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Centre National de l'Évaluation, des Examens et de l’Orientation Examen National du Brevet de Technicien Supérieur Session de Mai 2016 - Sujet - Page 1 23 Filière : ELECTROTECHNIQUE Durée : 4H Épreuve : Association convertisseur machine et régulation Coefficient : 30 La haute qualité et la disponibilité de l’énergie électrique sont désormais des besoins stratégiques pour tous les secteurs de l’économie. L’alimentation sans interruption ou de secours est une solution efficace pour faire face aux perturbations affectant la tension du réseau (creux, variations de fréquence, coupures). Recommandations générales Vérifier que le sujet comporte : 1 page de présentation 16 pages de questionnaire (A rendre) 4 pages de documents réponses (A rendre) 1 page annexe ALIMENTATION SANS INTERRUPTION HYBRIDE Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 2 23 Présentation générale L’alimentation sans interruption (ASI, ou en anglais UPS, Uninterruptible Power Supply) est utilisée d’une manière générale pour assurer la continuité de service avec une autonomie donnée à l’aide de sources d’énergie auxiliaires et pour améliorer la qualité de l’énergie électrique consommée. Selon la continuité de service requise, pour les charges sensibles aux interruptions tels que l’informatique, les télécommunications, les hôpitaux, les procédés industriels, les aéroports…, on distingue trois topologies d’ASI : en attente passive (off-line ou passive stand-by), en interaction avec le réseau (line-interactive) et à double conversion (on-line ou double conversion). Nous nous intéressons dans ce sujet à l’ASI on-line hybride, plus particulièrement aux différents convertisseurs de puissance utilisés ainsi qu’aux sources d’énergie de secours potentiellement utilisables et finalement au réglage du courant d’excitation de l’alternateur en vue de stabiliser sa tension de sortie. Architecture générale d’une ASI on-line hybride monophasée AC DC DC AC DC DC DC DC DC DC Redresseur Onduleur Réseau électrique Groupe Électrogène PAC Batteries Bus DC Charge Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 3 23 Questionnaire Ce questionnaire comporte 3 parties indépendantes : Partie A : Etude des convertisseurs de puissance…………………….40 pts Partie B : Etude des sources d’énergie de secours……………………40 pts Partie C : Réglage du courant d’excitation ………………………….20 pts Total :………………………………………………………………100 pts Partie A : Etude des convertisseurs de puissance A1 : Etude du redresseur PD2 (…. /10pts) Le schéma de principe du redresseur PD2 est représenté sur la figure A.1 Figure A.1 : Schéma de principe du redresseur PD2 Un essai de mesure sur ce redresseur PD2 est donné sur le document-réponse DR01, où l’on relève : La tension du réseau définie par : 2sin ; 230 ; 2. .50 R R R R R v t V t V V rad s Le courant i t à l’entrée du PD2 est tel que : 1 1 2 2 sin 2 sin R k R k k i t I t I k t R v t i t 1 D i t 1 D v t 1 D 2 D 3 D 4 D L C E v t C v t Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 4 23 1 50 I A avec un déphasage nul ( 1 cos 1 ) 3 10,8 I A 5 5,35 I A 7 3,6 I A 9 1,9 I A 11 1,55 I A 13 1 I A Les harmoniques d’ordre supérieur seront négligés. A1.1 Tracer sur le document-réponse DR01, les allures des tensions 1 D v t , E v t et du courant 1 D i t . 3pts A1.2 Calculer la valeur moyenne de la tension E v t notée E V et en déduire la valeur moyenne de la tension C v t notée C V . ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts A1.3 Exprimer la valeur efficace I du courant i t en fonction du fondamental et des harmoniques. Calculer sa valeur numérique. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts A1.4 En déduire la puissance apparente S . ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 1pt A1.5 Calculer le taux de distorsion harmonique i THD de ce courant. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 5 23 A2 : Etude de l’onduleur monophasé (…. /25 pts) Le convertisseur statique principal de cette alimentation est l’onduleur de tension en pont monophasé illustré sur la figure A.2. Il est composé de deux bras B1 et B2 composés respectivement de deux interrupteurs (K1, K’1) et (K2, K’2). Dans cette partie, le bus DC est modélisé par une source de tension parfaite VDC=400 V. La charge est supposée équivalente à une source de courant sinusoïdal en retard par rapport au fondamental de la tension us(t). Les interrupteurs électroniques sont supposés parfaits. Figure A.2 : Schéma de principe de l’onduleur monophasé IS : désigne la valeur efficace du courant absorbé par la charge ; φ : le déphasage du courant iS(t) par rapport au fondamental de la tension de sortie uS(t). Commande pleine onde A2.1 Définir les conditions que doivent remplir les commandes de K1, K'1, K2 et K'2 pour ne pas endommager la source de tension et pour ne pas perturber la charge. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 1pt B1 iDC(t) VDC iS(t) us(t) K1 A K’1 K2 B K’2 B2 VK1 VK’1 VK2 VK’2 IK1 IK’1 IK’1 IK’2 Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 6 23 A2.2 Tracer, sur le Document-Réponse DR02, les formes d’ondes des grandeurs suivantes : la tension de sortie uS(t) ; les tensions vk1(t) et vk1’(t) aux bornes des interrupteurs K1 et K’1 ; les courants ik1(t) et ik1’(t) circulant dans les interrupteurs K1 et K’1 ; le courant iDC(t) absorbé par l’onduleur en pont. 4pts A2.3 Tracer toujours, sur le Document-Réponse DR02, la caractéristique statique ik1=f( vk1). Proposer une solution technologique pour réaliser cet interrupteur. 1pt A2.4 Calculer la valeur efficace US de la tension de sortie uS(t). ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts Pour analyser la distorsion harmonique de ce convertisseur, on donne la décomposition en série de fourrier la tension uS(t) : 4. 1 1 sin sin3 sin5 ... 3 5 DC s V u t t t t A2.5 En déduire la valeur efficace du fondamental US1 de la tension de sortie ainsi que celles des quatre premiers harmoniques. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 3pts A2.6 Calculer alors la valeur du taux d’harmonique THDV de la tension de sortie. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts A2.7 Exprimer la valeur moyenne IDC0 du courant absorbé par l’onduleur en fonction de la valeur efficace IS et du déphasage φ. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 7 23 Commande MLI pré-calculée Pour réduire la distorsion harmonique et par la suite améliorer le THDV de cet onduleur, on propose une commande MLI pré-calculée sélective permettant d’annuler certains harmoniques jugés les plus gênants. La commutation des interrupteurs se fait à des instants prédéfinis (par les angles α1, α2 et α3). La nouvelle allure de la tension de sortie est donnée dans le Document-Réponse DR03. A2.8 Compléter, sur le Document-Réponse DR03, les intervalles de conduction des quatre interrupteurs. 2pts A2.9 Exprimer la valeur efficace US de la tension de sortie en fonction de VDC et des angles de commutation α1, α2 et α3. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts On donne l’expression de l’amplitude des harmoniques de rang impair en fonctions des angles de commutation α1, α2 et α3. max 1 2 3 4 cos h cos h cos h . DC Sh V U h h représente le rang des harmoniques (h=1, 3, 5, 7, 9, 11…) A2.10 En déduire l’expression de la valeur efficace du fondamental US1 de la tension de sortie ainsi que celles des trois premiers harmoniques. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts A2.11 Donner alors les trois équations permettant de calculer les angles de commutation annulant les trois premiers harmoniques. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2pts Sujet de l’Examen National du Brevet de Technicien Supérieur - Session de Mai 2016 - Filière : Électrotechnique Épreuve de : Association convertisseur machine et régulation Page 8 23 A2.12 Calculer la valeur du taux uploads/Industriel/ u1-2016-sujet.pdf
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- Publié le Jan 31, 2022
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