Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 ELEC TROTEC HN IQU E Travaux dirigés Première année E. Clavel, N. Devismes, M

1 ELEC TROTEC HN IQU E Travaux dirigés Première année E. Clavel, N. Devismes, M. Oddon Département de Génie électrique et Informatique Industrielle 1 2 S O M M A I R E Semaine 0 : Révisions Chap. I : Circuits Monophasés Chap. II : Puissance Monophasée Chap. III : Circuits Triphasés Chap. IV : Puissance triphasée Chap. V : La force de Laplace – 2ème loi de l'électromagnétisme du vide Chap. VI : Force électromotrice (FEM) Chap. VII : Les circuits magnétiques Partie A : Milieux magnétiques et circuits magnétiques Partie B : Circuits magnétiques à 1 enroulement et à 2 enroulements Chap. VIII : Le transformateur monophasé Chap. IX : Le transformateur triphasé Chap. X : Le redressement Chap. XI : Le moteur à courant continu 3 Semaine 0 : Simulations sur PSIM de dispositifs simples Travail sur la représentation des signaux sinusoïdaux - Rappels Préambule : Pour cette manipulation, on va utiliser le logiciel PSIM. Se reporter à la fin de ce document pour obtenir un « petit guide » utilisateur. 1- Définition d’une source alternative sinusoïdale monophasée On souhaite définir la tension d’alimentation domestique 230 V efficace, 50 Hz. a- Rappel de vocabulaire – Définitions Signal alternatif : …………………………………………………………… Valeur efficace : ……………………………………………………………. b- Définition temporelle v(t) = Vmax sin (ωt). Donner la relation entre Vmax et Veff. Calculer Vmax. Que représente ω ? Valeur de ω. 2- Courant dans une charge On branche sur cette prise une charge. On désire dans cette partie visualiser le courant et calculer sa valeur en fonction de la charge. a- Convention récepteur / générateur Convention d’orientation« récepteur » Convention d’orientation « générateur » charge I U charge I U charge I U charge I U Le dipôle reçoit de l’énergie. Le dipôle fournit de l’énergie. Rem : si I>0, U>0 en convention récepteur. si I>0, U>0 en convention générateur. Pour notre cas, on travaille sur des charges qui reçoivent de l’énergie. b- Composants de base On va brancher sur la tension définie précédemment une charge élémentaire R puis L puis C. Pour chaque charge, on désire : - visualiser la tension à ses bornes u(t), - visualiser le courant i(t) - mesurer Imax, - calculer Vmax/Imax. Comment s’appelle cette grandeur ? - mesurer le déphasage temporel (puis angulaire) entre les deux signaux u(t) et i(t) - les puissances (avec un wattmètre et un varmètre). Que représentent ces différentes puissances ? Attention dans PSIM il faut spécifier la fréquence du varmètre. Prendre la même que la source. R = 10 Ω R = 20 Ω R = 30 Ω Imax Vmax/Imax Déphasage (ϕ) P Q f = 50 Hz f = 1 kHz L (H) 0.1 0.05 0.001 0.1 0.05 0.001 Imax Vmax/Imax Déphasage (ϕ) P Q I(t) U(t) 4 f = 50 Hz f = 1 kHz C 1 mF 100 µF 10 µF 1 mF 100 µF 10 µF Imax Vmax/Imax Déphasage (ϕ) P Q Dans chaque cas donner l’expression de i(t). Et la mettre sous forme d’un sinus. Rappels sur les relations entre sinus et cosinus : cos(a+b), cos(a-b), sin(a+b), sin(a-b). c- Récepteur quelconque Dans cette partie on refait le même travail mais le récepteur est constitué d’une résistance R = 10 Ω en série avec L = 50 mH. Rappels définitions : Mise en série de composants : ………………………………………… Mise en parallèle de composants : ………………………………………. Une maille : …………………………………………………………………….. Un nœud : ……………………………………………………………………….. Faire un schéma Refaire le même tableau. Donner l’expression de i(t). Dans ce cas on a une maille, visualiser la tension aux bornes de chaque composant. Dans le cas d’un récepteur quelconque, on se rend compte que cette écriture est compliquée. On va donc préférer une autre représentation. Les éléments importants dans la représentation temporelle sont : l’amplitude et le déphasage, à condition de se donner une référence et de tout exprimer en sinus (par exemple). L’outil mathématique qui permet ceci est le vecteur. 3- Représentation vectorielle : Fresnel a- Composants de base Pour les composants de base précédents, faire une représentation vectorielle du courant et de la tension. b- Charge R-L Faire le même travail pour la charge R-L précédente. Traduire en vectoriel la maille constituée par ce récepteur. Montrer qu’on doit faire une somme vectorielle pour obtenir la tension globale aux bornes du récepteur. Attention : interdiction de faire la somme des amplitudes des tensions. Pourquoi ? Cette somme vectorielle peut être effectuée de plusieurs manières : - graphiquement, - en utilisant les coordonnées des vecteurs Mais si on utilise les coordonnées des vecteurs dans le plan, on peut alors écrire les vecteurs sous forme complexe. 4- Représentation complexe Rappels : Forme algébrique d’un nombre complexe : …………………………………………… Forme exponentielle d’un nombre complexe : ……………………………………… Pour les différents cas précédents, R, L, C et R-L, écrire sous forme complexe : - u, - i, - v/i : que représente cette grandeur ? 5- Etude d’installations électriques a- Premier cas On branche sur la même prise une lampe et un radiateur. Ces deux éléments se comportent comme des résistances pures appelées respectivement R1 et R2. - faire le schéma du dispositif, - de quel type d’association s’agit-il ? - la lampe consomme 100 W, calculer R1. - Le radiateur consomme 3 fois plus que la lampe, calculer R2. - Faire la simulation sur PSIM et vérifier. - Vu de l’alimentation, comment se comporte ce récepteur ? - Donner son impédance équivalente. 5 b- Second cas On réalise le montage suivant. L = 1 mH, f = 50 Hz, R inconnu. On veut déterminer R telle que le courant dans R représente un tiers du courant total. R L R I L I V I r o Sans calcul, donner, dans le plan, une représentation vectorielle des grandeurs du dispositif en prenant la tension comme référence des phases. o Déterminer le courant iL. o Calculer alors iR. o Déterminer ensuite R. o Vérifier par la simulation sur PSIM. o Qualitativement, que se passe-t-il sur la représentation de Fresnel si on branche en parallèle un condensateur ? - au niveau de l’amplitude du courant total, - au niveau du déphasage entre le courant total et la tension d’alimentation. 6- QCM Aller sur le site suivant http://f.leplus.free.fr/Theorie/theorie.htm : Effectuer les QCM suivants : - QCM sur les grandeurs sinusoïdales, - QCM1 sur le régime sinusoïdal - QCM sur les valeurs moyennes (excepté les 2 dernières questions un peu dures) - QCM sur les valeurs efficaces 7- Utilisation de PSIM Psim est un logiciel de simulation dont la version de démonstration (gratuite) permet de simuler le comportement de nombreux circuits en ayant recours à des composants électroniques classiques. (R, L, C, Diodes, Thyristors, Mos, ponts redresseurs etc...). Lancer le logiciel PSIM qui permet de tracer le schéma structurel « schématic » du montage à étudier. Placer vos composants (disponibles pour la plupart dans la barre de menu en bas de l’écran ou dans le menu éléments). Un petit rond indique la borne comptée positive de votre composant. Clic droit pour effectuer une rotation de π/2. ESC pour changer de composant. Placer la masse (GND) et les différents appareils de mesure qui vont correspondre aux signaux que voulez visualiser après la simulation (voltmètre et ampèremètre dans la rubrique sensors). o Remarque: On peut ne pas mettre d’ampéremètre car on peut visualiser le courant dans n’importe quel élément du circuit en le signalant lors de sa caractérisation (voir plus loin). Tracer les fils de liaison à l’aide du crayon. Caractériser chaque élément du montage (Double clic sur l’élément à caractériser) en précisant la valeur initiale des tensions ou courants le cas échéant. Si vous voulez visualiser le courant dans le composant, mettre la rubrique Current Flag à 1 Placer le « Simulate control » (Menu Simulate) sur votre page et donner le temps total de simulation et le pas de calcul (Double clic puis Total Time et Time Step). o On peut décider de ne visualiser qu’une partie de la simulation. A ce moment là, on remplit la rubrique « Print Time » en précisant l’instant à partir duquel on veut visualiser (pratique pour un régime permanent par exemple). Lancer le moteur de calcul Psim (Menu Simulate Run Psim ou l’icône) et corriger les éventuelles erreurs signalées. Lancer Sim View (Menu Simulate Run Psim View ou l’icône) qui permet de sélectionner les signaux temporels à visualiser. (Ne pas mélanger courants et tension sur le même écran car il n’y a qu’une échelle en Y). o On peut rajouter des écrans de visualisation en faisant Screen Add Screen. o On peut rajouter ou effacer des siganux dans un écran en faisant Screen Add/Remove curves. On sélectionne alors les grandeurs à ajouter (Add) ou à effacer (Remove). o Après chaque simulation, penser à remettre à jour les données en cliquant sur l’icône data (Re-load data). On peut changer les axes (X et Y), mesurer des temps (DT en cliquant sur le bouton droit de la souris), mesurer des valeurs moyennes uploads/s3/ exercices-elec1112.pdf