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Etude
du réseau continu 750 V.
La tension continue 750 V est produite à partir du réseau monophasé 20
kV ; 50 Hz. Le schéma de principe pour une alimentation LAC est
représenté ci-dessous :
Les
caractéristiques du transformateur sont les suivantes :
Tension nominale primaire : U1n = 20 kV ;
Tension nominale secondaire : U2n = 590 V ;
Puissance apparente nominale : Sn = 1 000 kVA.
Calculer
le rapport de transformation m du transformateur.
m = U2n
/ U1n= 590 / 20 000 =0,0295 ~0,030.
Démontrer
que le courant efficace secondaire fourni par le transformateur est de I2n= 1,7 kA.
I2n = Sn / U2n =
1000 / 590 =1,695 ~ 1,7 kA.
Quel type
de conversion effectue un redresseur ?
Un redresseur convertit un courant alternatif en courant continu.
Citer
un composant permettant d’obtenir un lissage de la tension à la sortie
d’un redresseur. Comment
doit-on le brancher ?
Une
bobine inductive montée en série avec la charge.
Etude
de l'onduleur de tension.
La tension continue Uc=750
V alimente un onduleur embarqué à bord du tramway.
Le schéma de principe de l’onduleur est donné sur la figure ci-après :
La tension E est obtenue à partir du réseau continu : E = UC/2
= 375 V. La charge correspond à un des enroulements statoriques du
moteur asynchrone. L’onduleur a la structure suivante :
K1 et K2 sont des
interrupteurs électroniques supposés parfaits.
Entre 0 et T/2 : K1
est fermé et K2 ouvert.
Entre T/2 et T : K1 est ouvert et K2
est fermé.
T désigne la période de fonctionnement des interrupteurs : T = 11,4 ms.
Quel
type de conversion effectue un onduleur de tension ?
Conversion courant continu - courant
alternatif.
Calculer
la fréquence f de la tension v1(t).
f = 1/T = 1/0,0114 =87,7 Hz.
Compléter
le chronogramme en indiquant les valeurs maximales et minimales de v1(t).
Quelle
est la valeur moyenne <v1>
de v1(t) ?
Justifier.
Sur l'intervalle [ ½T; T], u est égal à +E ;
sur l'intervalle [ ½T; T], u est égal à -E : la valeur moyenne de v1est
donc nulle sur une période.
Donner la
valeur efficace V1 de v1(t).
Quel type
de voltmètre permet de mesurer la valeur efficace de v1(t) ?
Préciser la position du sélecteur (AC ou DC) à choisir.
Un voltmètre numérique ( touche AC sélectionée), monté en dérivation
aux bornes de la charge, permet de mesurer la valeur efficace. La
touche DC sera sélectionnée pour mesurer la valeur moyenne.
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Moteur asynchrone triphasé, à 4 pôles, couplé en étoile.
Les conditions de fonctionnement nominales sont les suivantes :
Tension efficace entre phases : UN = 585 V ; fréquence des tensions du réseau d’alimentation : fN = 88 Hz ; intensité efficace nominale en ligne : IN = 35,4 A.
Facteur de puissance nominal : cos f = 0,734 ; fréquence de rotation nominale du rotor : nN = 2610 tr.min-1.
Compléter le schéma du couplage des enroulements du moteur.
Déterminer la fréquence de synchronisme nS, en tr.min-1.
ns = fN/p =88 / 2 =44 Hz ou 44*60 = 2640 tr min-1.
Calculer le glissement nominal gN.
gN = 1 - nN/ns =1-2610/2640 =0,01136 ~0,011 ( 1,1 %).
Calculer la puissance active PaN absorbée par le moteur en
fonctionnement nominal.
PaN= 3½UI cos f = 1,732 *585 *35,4 *0,734 =26,327 ~26,3 kW.
L’ensemble des pertes nominales s’élève à 1 700 W.
Citer les trois types de pertes dans un moteur.
Calculer la puissance utile nominale PuN.
PuN = 26327-1700 =24,628 ~24,6 kW.
En déduire le couple utile nominal TuN.
w = 2 p *2610/60 = 6,28*2610/60 =273,3 rad/s : TuN = PuN / w = 24628 / 273,3 = 90,1 N m.
Calculer le rendement nominal h du moteur.
h = PuN / PaN = 24628 / 26327 =0,6354 ~0,94 ( 94 %).
La partie utile de la caractéristique mécanique d’un moteur
asynchrone est une droite. Tracer cette droite, notée Tu=f(n), sachant que la vitesse en fonctionnement à vide est égale à ns.
On prendra la valeur du couple utile nominal égal à TuN = 90 N.m
Sur une portion de la ligne, le tramway doit monter une pente. Le couple résistant correspondant TR ramené sur l’arbre d’un moteur peut être considéré comme constant. La caractéristique mécanique TR=f(n) est tracée.
Placer le point de fonctionnement, noté P. En déduire la valeur de la fréquence de rotation n du moteur.
La vitesse linéaire vlin du tramway est reliée à la vitesse angulaire w du rotor par la relation : vlin = 0,093 w avec vlin : en km.h-1.
Calculer la vitesse vlin du tramway au cours de cette montée.
w = 2 p *2620/60 = 6,28*2620/60 =274,36 rad/s ; vlin = 0,093*274,36 = 25,51 ~26 km/h.
On désire augmenter la vitesse du tramway, et donc celle du moteur. Que doit-on modifier au niveau de l’alimentation du moteur ?
Il faut augmenter w, donc faire croître la tension d'alimentation.
Ce problème propose l’étude de l’installation de panneaux photovoltaïques sur le centre de maintenance du tramway
Un panneau photovoltaïque permet de convertir l’énergie solaire en énergie électrique. Son rendement dépend de l’éclairement et de l’angle d’incidence des rayons lumineux.
On représente un panneau photovoltaïque installé sur le toit du centre de maintenance.
Représenter l’angle d’incidence, noté i, du rayon incident sur la figure. Indiquer la valeur de i.
Tracer le rayon réfléchi. Représenter sur la figure l’angle de réflexion noté r, puis indiquer sa valeur.
Toute l’énergie du faisceau lumineux incident est-elle entièrement réfléchie par la surface externe du panneau photovoltaïque ? Justifier votre réponse.
Non. Une partie de l'énergie lumineuse reçue est convertie en énergie électrique.
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