TP REGIMES NON SINUSOÏDAUX

Étude du redresseur - Activités des modélisateurs

Mise en situation et objectifs

Un modèle acausal du redresseur PD2 vous est fourni :

    Vous allez dans un premier temps exploiter ce modèle afin de simuler le comportement du redresseur et visualiser les courbes de tension et de courant consommé dans le réseau d'alimentation, ainsi que que le spectre de fréquence de ces grandeurs.
    Il faudra ensuite construire un modèle permettant de modéliser le courant de ligne, puis insérer les filtres anti harmoniques dimensionnés par le chef de projet.

B.1.2 Caractéristiques électriques du courant

Documents ressources pour cette partie :
Simulation Simulink et outil "powergui"

Question 1

    Télécharger le modèle Simulink Redresseur_PD2.slx.
    Simuler le fonctionnement du redresseur sur une durée de 2 secondes. L'affichage du scope "Tension et courant de réseau" affiche la tension d'alimentation et le courant consommé par le redresseur, avec le régime transitoire et le régime permanent.

    Observer l'allure du courant sur 2 périodes (en zoomant le signal) en régime permanent. Quelles particularités remarquez-vous ? Le récepteur est-il linéaire ?
    Relever les grandeurs suivantes :
        * Valeurs crête de la tension et du courant
        * Périodes de la tension et du courant

Question 2

    Ouvrir la fenêtre d'analyse Powergui du modèle, et lancer l'analyse FFT.

ANALYSE DE LA TENSION
    Paramétrer l'analyse comme suit :
        * Nom du signal : Entree_Redresseur
        * Entrée : Input1
        * Temps de début d'analyse : 1.5 s
        * Nombre de cycles à analyser : 20
        * Fréquence du fondamental : 50 Hz
        * Fréquence maximale à analyser : 500 Hz
        * Style d'affichage : par barres, relatives au fondamental

    Lancer l'analyse. Commenter le résultat.
    Relever la valeur de l'amplitude du fondamental.

ANALYSE DU COURANT
    Paramétrer l'analyse de façon identique à l'analyse de la tension, à l'exception de :
        * Entrée : Input2
        * Fréquence maximale à analyser : 1250 Hz

    Lancer l'analyse. Commenter le résultat.
    Relever les valeurs des amplitudes du fondamental et ds harmoniques de rang 3 à 15 (Le style d'affichage "par liste, relatives au fondamental" est plus adapté pour cette question).

B.1.5 Filtrage des harmoniques

Documents ressources pour cette partie :
Simulation Simulink et outil "powergui"

    On souhaite dans cette partie modéliser le courant consommé par le redresseur, et étudier l'impact des deux filtres dimensionnés par le chef de projet.
    Le courant est, d'après la décomposition en série de Fourier, la somme de plusieurs courants sinusoïdaux dont les amplitudes et les fréquences ont été relevés à la question précédente jusqu'au rang 15. Il sera donc modélisé par l'association en parallèle de 7 sources de courant :

Question 3

    Créer un nouveau modèle Simulink (Filer > New > Model).
    Ouvrir l'explorateur de bibliothèques, et développer la bibliothèque "Simscape > SimPowerSystems > Specialized Technology > Fundamental Blocks".
    Créer un modèle acausal permettant de modéliser le courant de ligne :

    Vous aurez besoin d'insérer les blocs suivants :

        * Source de courant (Electrical Source)
        * Résistance (Elements) : il s'agit d'une branche RLC dans laquelle on ne configure que la résistance
        * Mesure du courant (Measurement)
        * Afficheur (Bibliothèque Simulink > Sinks)
        * Analyseur Powergui

    Paramétrer les sources de courant avec les amplitudes et les fréquences relevées à la question 2.
    Paramétrer la résistance de ligne avec une valeur R=0,2 Ω.

    Vérifier la validité de votre modèle en lançant une simulation d'une durée de 50 ms, et en observant l'allure du courant de ligne sur le scope.
    Commenter la simulation obtenue.

Les harmoniques peuvent être filtrées par l'ajout en parallèle des sources de courant d'un dipôle constitué de l'association en série d'une bobine et d'un condensateur.

Des valeurs judicieusement choisies pour ces composants permettent de dérouter dans le filtre les harmoniques filtrées, et donc extraire ces harmoniques du courant du réseau.
Ainsi, le filtre LC ci-contre déroutera un courant de pulsation égale à

    Supposons que l'on souhaite filtrer dans un courant de fréquence fondamentale f0 l'harmonique de rang 3, donc de pulsation ωh3=3*(2πf0).
    Il suffira alors de choisir les valeurs de L et C telles que

Question 4

    Le chef de projet a dimensionné deux filtres, ayant pour fonction de filtrer les harmoniques de rang 3 et 5. Demander au chef de projet les valeurs des inductances et des capacités de chacun de ces filtres.
    Modifier votre modèle précédent en insérant les deux filtres, ainsi qu'un capteur de courant dans chacun de ces filtres.

    Paramétrer chacune des branches RLC avec les valeurs fournies par le chef de projet.

    Le scope doit à présent être muni de 3 ports d'entrée, afin de visualiser le courant du réseau, ainsi que les courants circulant dans les deux filtres.

Question 4

    Simuler le comportement du circuit avec ses filtres sur une durée de 0,4 s.
    Visualiser sur le scope la forme des courants circulant dans chacun des filtres. Sont-ils approximativement sinusoïdaux ?
    Mesurer sur le scope les fréquences de ces courants dans les filtres.
    Conclure sur l'intérêt de cette solution.

Question 5

    A l'aide de l'outil d'analyse Powergui, afficher le spectre fréquentiel du courant du réseau. Qu'observez-vous de significatif ?
    Visualiser également les spectres des courants circulant dans chacun des filtres.

    Conclure sur l'intérêt et le fonctionnement du filtrage anti harmonique.

FIN DE CETTE PARTIE

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