Simulation Redressement

TP Simulation de redressement monophasé

Redressement monophaséSimulation en électronique de puissance

avec PSIM

I- Introduction :Le schéma classique de transport d'énergie électrique de la centrale de production vers le particulierest donné ci-dessous.

Productiond'énergie Transport TransformateurTransformateur

Centrale EDF RTE Particulier

20 000V/50Hz 230V/50Hz400 000V/50Hz225 000V/50Hz63 000V/50Hz

ConvertisseurCompteur

230V/50Hz25 000V/4 400Hz5V, 12V DC...

Illustration 1 : Schéma classique du transport de l'énergie de la production -EDF- vers le particulier.

Dans ce T.P. nous allons nous intéresser au convertisseur statique : alimentation flyback que l'onretrouve classiquement chez les particuliers -illustration 2-. Et plus particulièrement à la partieredressement.

Réseauélectrique Redresseur Interrupteur Transformateur Sortie

230V/50Hz

Bus continu

300V 230V/50Hz25 000V/4 400Hz5V, 12V DC...

Illustration 2 : Schéma classique d'un convertisseur statique -alimentation de TV, PC etc...-.

Ce T.P. porte donc sur la simulation de redressement monophasé non commandé, sur différentstypes de charges résistives, capacitives et inductives.

II- Objectifs :Les 2 objectifs de ce T.P. sont :– l'apprentissage d'un logiciel de simulation d'électronique de puissance, outil qui va par la suite

être utilisé régulièrement dans l'ensemble des autres T.P. d'électronique de puissance.– la prise en compte des différences de caractéristiques du redressement monophasé, selon le type

de charge.

III- Logiciel utilisé :Il existe de nombreux logiciels de simulation en électronique : electronics workbench, pspice,simplorer etc... Tous ces logiciels ont leur domaine de prédilection, l'électronique petit signal,l'électronique numérique, l'électronique de puissance. PSIM est spécialisé dans l'électrotechnique etl'électronique de puissance. C'est à dire qu'il permet de simuler par nature les commande demoteurs : machines à courant continu, machines synchrones, machines asynchrones, ainsi que lesconvertisseurs statiques : alimentation flyback, forward, buck, boost etc... partie commande et partiepuissance.La version utilisée en T.P. est la version démonstration du logiciel PSIM. Elle n'est en aucun caslimitée dans le temps, mais uniquement bridée par le nombre de composants que l'on va utiliser

Fait sous Linux et OpenOffice/StarOffice page 1/8


pour la simulation, ainsi que par le nombre de points qui va être affiché. Le logiciel esttéléchargeable gratuitement en version démonstration à l'adresse suivantehttp://www.powersimtech.com.

A- Fonctionnement interne du logiciel :Le logiciel PSIM est constitué de 2 modules interdépendants :

– PSIM, permet la saisie graphique du système à simuler, c'est ce que l'on appelle l'éditeur deschémas électriques. Il permet aussi la configuration du simulateur.

– SIMVIEW, gère l'affichage graphique des résultats de simulation calculés par PSIM.

B- Interface :La description du système à simuler se fait graphiquement sous la forme d'un schéma

électrique. Une barre d'outils en bas de l'écran donne accès à l'ensemble des éléments courammentutilisés en simulation, dont les principaux sont :– les sources de tension

continue, alternative, triangulaire, etc...

– les composants passifs

résistance, inductance, condensateur

– les interrupteurs -au sens large du terme-

diode, thyristor, MOSFET, IGBT

– les sondes

tension -V-, courant -A-

– les capteurs

capteur de tension, courant

– les composants constitutifs d'un circuit de commande

proportionnelle, intégrale, sommateur, différenciateur, etc...

– les paramètres de simulation -menu simulate/simulation control-



C- Précautions d'emploi :Vous devez impérativement avant d'exécuter une simulation réaliser les points

suivants :– construire le schéma électrique du circuit de commande (lorsqu'il existe)1,– définir les valeurs des paramètres des éléments du circuit de commande1,– établir le schéma électrique du circuit de puissance,– définir les valeurs des paramètres des éléments du circuit de puissance2,– placer les sondes de mesures -courant, tension-, afin de pouvoir accéder sous SIMVIEW, aux

résultats de simulation souhaités,– définir les paramètres de simulation.

On utilisera, sauf indication contraire, comme paramètres de simulation :– Time Step : 1.10-4 seconde,– Total Time : 0.1 seconde.

IV- Applications :Pour l'ensemble des montages ci-dessous, vous devez :– de manière théorique

– représenter l'allure du courant et de la tension dans la charge3,– calculer l'expression analytique de « si l'expression est facilement calculable » :

– la valeur moyenne du courant et de la tension dans la charge3,– la valeur efficace du courant et de la tension dans la charge3,

– avec PSIM sur le même graphique:– tracer la tension d'entrée, la tension de la charge et la tension aux bornes des différents

éléments -R, L ou C -4,– tracer le courant d'entrée, le courant dans la charge et le courant dans les différents éléments

-R, L ou C -4,– donner l'expression calculée par le logiciel de la valeur moyenne de la tension et du courant

dans la charge3 et 4.

A - Redressement double-alternance : 1- Charge résistive :

~230V50Hz

D3

D2

D4

D1

R

R=100Ω

1 N'intervient pas dans la première partie de ce T.P.2 Il ne faut en AUCUN cas laisser une valeur nulle pour les valeurs des impédances des résistances, des inductances

et des condensateurs, sous peine de n'avoir aucuns résultats de simulation valide, voire même aucune simulation.3 La charge est représentée par soit une résistance seule, une inductance en série avec une résistance, ou un

condensateur en parallèle avec une résistance.4 Ces simulations sont à effectuer pour l'ensemble des valeurs qui vous sont proposées.



2 - Filtrage capacitif :

C~230V50Hz

D3

D2

D4

D1

R

R= 100Ω, 50Ω, 10Ω, 1Ω et C fixé à 100µFC= 100µF, 50µF, 10µF, 1µF et R fixé à 100ΩCalculer et représenter la FFT des signaux courant et tension absorbés par le pont + la charge.Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « capacitive » et sur chargerésistive.

3- F iltrage inductif :

~230V50Hz

D3

D2

D4

D1

R

L

R= 500Ω, 100Ω, 50Ω, 10Ω et L fixé à 100mHL= 100mH, 50mH, 10mH, 1mH et R fixé à 100ΩCalculer et représenter la FFT des signaux courant et tension absorbés par le pont + la charge.Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « inductive » et sur charge résistive.

4- Conclusion sur le redressement double-alternance : Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impédance de R ou celle du condensateurou de l'inductance.Voyez-vous certaines similitudes entre le redressement double-alternance sur charge « capacitive »et sur charge « inductive »? Si oui lesquelles?

A - Redressement commandé double-alternance : 1- Circuit de commande :Le circuit de commande des thyristors doit être synchronisé avec le

réseau électrique. La commande de plus doit être variable, puisque on doit être en mesure demodifier l'angle de retard à l'amorçage α des thyristors.– Donner le schéma de commutation des thyristors en fonction des alternances du réseau, pour un

α donné.– Donner le chronogramme de commande des thyristors en fonction du schéma de commutation

précédant.– A partir de ces informations proposer un synoptique du circuit de commande.



– Pour chacune des parties donner le circuit correspondant PSIM et effectuer la simulation pourvérifier son fonctionnement.

– Pour la suite du TP on utilisera la fichier commande_thyristors.sch pour commander lescommutations de composants. Avantages et inconvénients du circuit proposé.

2- Charge résistive :

~230V50Hz

Th3

Th2

Th4

Th1

R

R=100Ω

3 - Filtrage capacitif :

C~230V50Hz R

Th3

Th2

Th4

Th1

R= 100Ω, 50Ω, 10Ω, 1Ω et C fixé à 100µFC= 100µF, 50µF, 10µF, 1µF et R fixé à 100ΩCalculer et représenter la FFT des signaux courant et tension absorbés par le pont + la charge.Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « capacitive » et sur chargerésistive.

4- F iltrage inductif :

~230V50Hz R

L

Th3

Th2

Th4

Th1

R= 500Ω, 100Ω, 50Ω, 10Ω et L fixé à 100mHL= 100mH, 50mH, 10mH, 1mH et R fixé à 100ΩCalculer et représenter la FFT des signaux courant et tension absorbés par le pont + la charge.



Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « inductive » et sur charge résistive.

5- Conclusion sur le redressement double-alternance : Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impédance de R ou celle du condensateurou de l'inductance.Quel est l'avantage et/ou l'inconvénient de l'utilisation d'un redressement commandé?Voyez-vous certaines similitudes entre le redressement commandé double-alternance sur charge« capacitive » et sur charge « inductive »? Si oui lesquelles?

Est-il possible avec les montages ou l'un des montages proposés de fabriquer une tension négative?Justifiez votre réponse.



Rappels

I- Résistance :

symbole représentatif

Lois Significations et désignations

U = R.I

R= lS

Loi d'Ohm

U : tension aux bornes en Volt -V-

I : courant traversant la résistance en Ampère-A-

ρ : résistivité Ohm/m -Ω-

l : longueur de la résistance linéique en mètre-m-

S : surface du fil résistant en mètre2 -m2-

P=R⋅I 2 =V2

R

P= 1 T ∫

0

T

U t ⋅I t ⋅dt

Puissance dissipée par la résistance en régimecontinu en Watt -W-

Puissance dissipé en régime périodique par larésistance en Watt -W-

II- Condensateur :

+

Symbole d'un condensateur non polarisé et polarisé -électrolytique-.

Lois Commentaires

Q=C.V

I=C dVdt

V j= 1 j C

⋅I j

Q : charge électrique en Coulomb emmagasinée -C-

V : différence de potentiel appliquée en Volt -V-

C : capacité en Farad -F-

I : courant traversant la capacité en Ampère -A-

Z j= 1 jC : impédance complexe du condensateur



Lois Commentaires

C= Se

Capacité d'un condensateur plan

S : surface des armatures en mètre carré -m2-

e : épaisseur en mètre -m-

III- Bobine :

Symbole représentatif

Lois Commentaires

V=L⋅dIdt

I=1 L∫

0

t

V⋅dt

V j= j L⋅I j

V : tension aux bornes de la bobines en Volt -V-

L : inductance propre en Henri -H-

I : courant traversant la bobine en Ampère -A-

Z j= j L : impédance complexe d'unebobine

IV- Diode :

symbole représentatif

Domaine Expression du courant traversant la diode

Région normalement passante

V ≥ Vs

Vs seuil de conduction (généralement de l'ordrede 0.6V)

I=V−V s

rd

rd : résistance différentielle en Ohm -Ω-

Régime normalement bloqué

V < Vs I=0

VIS

I

Vs

Caractéristique réelle d'une diode


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