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TP STI GE LYCEE TECHNIQUE PIERRE EMILE MARTIN - 18 026 BOURGES
TET GENIE ELECTROTECHNIQUE
Durée : 3 heures Tp gradateur trains d'ondes 10-11 GRADATEUR A TRAINS D'ONDES
S.T.I. Laboratoire des systèmes
Pré-requis :
� Principe d’un gradateur à trains d’ondes entières
� Utilisation d’un oscilloscope à mémoire associé à
une pince multifonction
� Utilisation d'un compteur d'énergie actif
monophasé
Objectif :
Vérifier les performances d’un modulateur d’énergie
à trains d’ondes entières associé à un récepteur
résistif au moyen de mesurages pertinents.
Conditions de réalisation:
� Travail en binôme.
Moyens mis en oeuvre : • Une charge résistive monophasée (four ou convecteur)
• Un modulateur d’énergie ("JUMO")
avec sa documentation technique • Dossier pédagogique avec le questionnaire
• Appareils de mesure avec notices explicatives
Tp Gradateur à trains d'ondes entières Classes : TET 1/16
Problématique:
On souhaite chauffer un four à résistance par un modulateur d'énergie.
Quelles seront les particularités de ce modulateur d'énergie choisi?
A-Introduction à la modulation d'énergie d'un four
Dans cette étude on va s’intéresser aux techniques utilisées pour moduler l’énergie afin de maintenir une
température constante dans un four. En milieu industriel, il est souvent nécessaire de pouvoir faire varier la
température d’un four ou d’une étuve à différent niveau de température. Fonction d'usage A-0
1- Première technique : modulation par commutation de résistances en fonctionnement Tout Ou Rien
R1
R1
R1
S1
S2
S3
Capteur de température
230V~
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1-1 Sachant que la puissance maximale du four est de 3kW, déterminer la valeur ohmique et la puissance
dissipée par R1
1-2 A partir du relevé ci-dessous, commenter le relevé de la température en fonction du temps ci-dessus sur les
critères de rapidité en fonction du nombre de résistances commutées et de la précision par rapport à la
consigne de température.
2- Deuxième technique : modulation par variation à angle de phase
Cette technique est utilisée couramment pour faire varier la luminosité des lampes halogènes. Elles présentent
un inconvénient majeur qui est la création d’harmoniques de fréquences cause de nombreux problèmes dans les
installations.
2-1 Lancer le programme EXCEL : Gradateur à angle de phase et consigner vos résultats dans un
tableau suivant le modèle ci-dessous.
2-2 Vérifier qu'un signal "déformé" (qui "s'éloigne" d'un signal alternatif sinusoïdal) génère des
harmoniques.
Angle de commutation 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
U efficace
Puissance du four
Valeur du fondamental 50
Harmonique de rang 3 150
Harmonique de rang 5 250
Harmonique de rang 7 350
Harmonique de rang 9 450
Harmonique de rang 11 550
Ce type de modulateur limite le courant de démarrage et est utilisé dans certaines applications thermiques
comme par exemple chauffage par résistances (faible résistance à froid).
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3- Troisième technique : modulation par trains d’ondes
Cette technique consiste à laisser passer un certain nombre d’ondes pleines, en fonction de la
température du four, pendant une période de modulation. Ton = Tmodulation ⇒ le four chauffe à puissance
nominale, Ton = 0 ⇒ le four ne chauffe pas. Cette technique génère des phénomènes de "pompage"
(marche, arrêt, ...). Ce type de gradateur est utilisé pour des constantes de temps du système
commandé longue (systèmes à inertie importante).
3-1 A partir de quel(s) composant(s) électronique(s) cette modulation d’énergie est-elle réalisée ? (voir
document constructeur p 10, composant situé entre les bornes U1 et U2)
A quel autre composant cela vous fait-il penser ?
3-2 Citer les six différents signaux de commande analogiques possibles du modulateur (voir document
constructeur p 16). Quel est l'avantage d'une commande 4-20mA sur une commande 0-20mA et 0-10V?
3-3 En utilisant le document constructeur p 16, indiquer la position des interrupteurs (swiths), pour que
le modulateur fonctionne en train d’ondes (burst-firing en anglais) avec une période de modulation
fixe sur une charge résistive constante avec une commande en 0-10V.
Numéro du swith (interrupteur) Position
S1
S2
S3
S10
S11
S12
S13
S14
S17
S18
S19
S20
3-4 Donner la référence du gradateur TYA-110/3,….,….,TR (option:TR) (voir document constructeur p 13).
3-5 Pourrait-on utiliser ce modulateur en tant que gradateur de lumière ? (justifier la réponse).
B- Partie expérimentale (le four à résistance est remplacé par un convecteur 650W, 230V~ monophasé)
Ton
Tmodulation
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Le modulateur d'énergie choisi est un gradateur à trains d'ondes entières
On utilise un signal de commande en tension analogique 0-10V (les "swiths" sont positionnés correctement) Placer les commutateurs en position:
- commande interne.
- gradateur à trains d'ondes entières
1- Calculer le courant nominal Ieff nominal et justifier le choix du modulateur utilisé pour cette maquette.
(Voir annexes) sachant que P = 650W, 230V~ monophasé
2- Sur la maquette comment modifie -t-on le rapport cyclique ?
3- S’il ne passe qu’une période de sinusoïde pendant la durée de modulation, quelle est alors la puissance
moyenne dissipée par le récepteur ?
Rappel: ulation
on
T
T
mod
=α avec T modulation = 500 ms
4- Montage hors tension, placer les appareils de mesure pour visualiser le courant dans la charge i = f(t)
Pour six valeurs de réglage du potentiomètre (Uconsigne mini ; 1V ; 2,5V ; 5V ; 7V et Uconsigne maxi).
5- Visualiser pour les six valeurs de U consigne, i = f(t) et calculer le rapport cyclique αααα correspondant.
Imprimer i = f(t) pour U consigne = 2,5V.
A partir du relevé i = f(t), calculer la valeur efficace du courant Ieff dans le récepteur et vérifier avec la
réponse de la question B1.
6- On souhaite mesurer ou calculer la puissance moyenne consommée dans le récepteur:
Méthode 1 : A partir d'un oscilloscope : Pmoy = α Pn
Méthode 2 : A partir d'un compteur monophasé d'énergie active: t(s)
W(Wh)3600(W)Pmoy
×=
W= n x C avec C constante du compteur en Wh/tr (valeur indiquée sur le compteur) et n nombre de
tours du disque du compteur pris en compte. Pour simplifier les calculs, il suffira de mesurer le temps
écoulé lorsque le disque effectue un tour complet (prendre un repère sur le disque).
Consigner les résultats dans un tableau suivant le modèle ci-dessous et justifier tous les calculs.
U consigne
(en V)
αααα
α
P moy
(W) méthode 1
Ueff
nominal
(V)
U moy
(V)
I eff
nominal
(A) t(s)
P moy
(W)
méthode 2 0 1 2,5 5 7,5 10
7- Tracer Pmoy = f (U consigne)
� en noir pour la méthode 1
� en vert pour la méthode 2
Indiquer l’origine et les échelles.
8- Commenter l’allure de ces courbes, les comparer et conclure sur l’utilité d’un modulateur d’énergie à
trains d’ondes entières dans une application thermique.
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Ce que je dois retenir….
Il permet le réglage d'………………………………….., par envoi de trains d'ondes ……………………, d'amplitude et de fréquence ……………………………. à celles du réseau, séparés par des absences totales de tension. Son principal domaine d'application est ………………………………………………………………………………………………………..
MODULER
GRADATEUR
Tension ………….
Tension
…………..
T ON
Tm
Rapport cyclique :
αααα = ……………
Puissance moyenne délivrée au récepteur
P moyen = …………………
* La puissance est constituée de………………………… (thyristors montés
…………………………………………………).
* La commande peut être une …………………………. ou un
………………………………… (moins sensible aux ………………………..) *Le gradateur à trains d'ondes entières est utilisé pour des récepteurs à constantes de temps…………………. (1 exemple:……………………….)
Schéma électrique –Charge monophasée-
Commande en 0-10V
Exemple : tracez le signal de sortie pour αααα=20% Calculez la puissance moyenne délivrée par un récepteur de 1000 W : P moy =
Il présente l'avantage de ne pas créer de perturbations
radioélectriques (harmoniques) et de ne pas dégrader le facteur de
puissance de l'installation.
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