Fiches TD Electronique de Puissance Avec Solutions USTO

U.S.T.
O / Faculté de Génie électrique

Département d’Electrotechnique
Option : Commande Électrique / Module : Électronique de Puissance Avancée
TD 1 : LE HACHEUR SÉRIE
Exercice 1
Le hacheur de la figure ci-contre fonctionne
avec les paramètres suivants :
Vs =120 V cc, L=50mH, R=12 Ω, f= 1kHz
et Vo= 60 V.
Calculer :
1. Le rapport cyclique du hacheur,
2. La durée de fermeture et la durée d’ouverture de l’interrupteur principal,
3. Le courant moyen dans la charge et la puissance en sortie,
4. Le courant moyen dans la source et la puissance à l’entrée,
5. ΔIL, écart entre maximum et minimum de courant.
Exercice 2
Un hacheur série est alimenté par une source de tension Vs = 230V cc, la charge étant une résistance
R=10 Ω. La chute de tension aux bornes de l’interrupteur principal est de 2V. Pour un rapport cyclique
D=0.4, calculer :
1. Les tensions de sortie moyenne et efficace,
2. Le rendement du hacheur.
Exercice 3
Le hacheur série de l’exercice 1 fonctionne avec les paramètres suivants :
Vs =120 V DC, R=12 Ω, f= 1kHz, la durée de conduction de l’interrupteur principal étant de 0.5ms.
Si le courant moyen dans la source est de 2A, déterminer :
1. La tension moyenne de la charge,
2. Le courant moyen dans la charge,
3. La puissance moyenne absorbée par la charge,
4. La valeur minimum de l’inductance en conduction continue.
Exercice 4
Le hacheur série de la figure ci-contre est
utilisé pour contrôler la vitesse d’un moteur
à courant continu.
La constante du moteur est KΦ=0.1 V/tmin-1
(rappel : Ea =KΦn) et sa résistance d’armature est
Ra =0.2 Ω.
La fréquence de commutation des interrupteurs
est de 250 Hz et la tension de source est Vs = 120 V.
La vitesse de rotation du moteur doit être n = 400 tmin-1 pour un courant de charge i0 = 100 A.
1. Dessiner les formes d’onde de v0, i0 et is (courant de source),
2. Déterminer la durée de conduction (fermeture) ton de l’interrupteur principal,
3. Calculer la puissance développée par le moteur, la puissance absorbée par Ra et la puissance fournie
par la source.
U.S.T.O / Faculté de Génie électrique
TD 2 : LE HACHEUR PARALLÈLE
Exercice 1
Le hacheur de la figure ci-contre alimente une
charge (L =10 mH, R = 4 Ω).
Vs = 60 V CC, V0 = 80 V, Ton = 2ms.
Calculer :
2. La fréquence de commutation de l’interrupteur principal,
3. Le courant moyen dans la charge,
4. Le courant moyen dans la source,
Exercice 2
Le hacheur parallèle de l’exercice 1 fonctionne avec les paramètres suivants :
Vs =50 V cc, V0 = 75 V cc, R=2.5 Ω, L = 2mH, f= 500 Hz. Si le courant moyen dans la source est de
2A, déterminer :
2. La durée de conduction de l’interrupteur principal et sa durée de fermeture (T on et T off),
3. Le courant dans la charge et le courant dans la source,
Exercice 3
Un hacheur parallèle est alimenté par une source de tension de 220 V cc et fournit une tension de
charge de 660 V cc. Si le temps d’ouverture de l’interrupteur principal est de 100 μs :
1. Calculer la largeur de l’impulsion de la tension de sortie,
2. Si la largeur d’impulsion est divisée par deux pour la même fréquence, calculer la nouvelle
tension de sortie.
Exercice 4 : Conception d’un hacheur

Nous voulons concevoir un hacheur qui fournit une tension de sortie de 30 V à partir d’une source de
tension de 12 V cc. La charge est une résistance de 50 Ω.
La conception se fera pour un courant d’inductance continu et une ondulation de tension inférieure à
1%. Les composants seront considérés comme idéaux.
TD 5 : REDRESSEURS COMMANDÉS – REDRESSEURS P3
Exercice 1
Un redresseur P3 est alimenté par une source de tension triphasée (230 V efficaces phase-phase, 50
Hz). La charge est constituée d’une résistance de 10 Ω. La tension de charge désirée doit être de 50%
du maximum de la tension de sortie. Déterminer :
a. L’angle de retard à l’allumage des thyristors,
b. Les valeurs moyenne et efficace du courant de charge,

c. Le rendement du redresseur.
Exercice 2
Un redresseur P3 est alimenté par un transformateur (180 V efficaces phase-neutre, 50 Hz). La charge
est constituée d’une résistance de 2.5 Ω et d’une inductance L ≈ ∞. L’inductance par phase du
transformateur est Ls = 4mH. L’angle de retard à l’allumage α = 55°. Calculer :
a. L’angle d’empiètement µ,
b. La chute dans la tension de sortie due à l’inductance de la source,
c. Le courant de charge.
Exercice 3
Un redresseur P3 est alimenté par une source de tension triphasée (175 V efficaces phase-neutre, 50
Hz). Il alimente un moteur CC avec une f.é.m. Eb = 90 V.
Ra = R = 1.2 Ω, L = ∞, α = 58° et Ls = 1.8 mH.
Calculer :
a. Le courant de charge,
b. La chute de la tension de charge,
c. La tension de charge.
TD 6 : REDRESSEURS COMMANDÉS – REDRESSEURS PD3
Exercice 1
Un redresseur PD3 est connecté à une source (230 V efficaces, 50 Hz). Il charge une batterie de f.é.m.
Eb = 200 V et de résistance interne r = 0.5 Ω.
Une inductance connectée en série avec la batterie permet d’avoir un courant de charge constant à
20 A. Calculer :
a. L’angle de retard à l’allumage des thyristors,
b. Le facteur de puissance de la source.
Exercice 2 : Régulation de vitesse d’un moteur CC à excitation séparée

Un moteur à excitation séparée (93.25 kW, 600 V, 1800 tmin-1) est contrôlé par un redresseur PD3
alimenté par une source triphasée (480 V, 60 Hz). Le courant d’armature est Ia = 165 A.
Les autres paramètres du moteur sont : Ra = 0.0874 Ω, La = 6.5 mH et KaΦ = 0.33 V/tmin-1.
Calculer :
a. Les vitesses à vide pour α = 0° et α = 30°. On supposera qu’à vide, le courant d’armature est
de 10% du courant nominal et est continu.
b. L’angle de retard à l’allumage pour obtenir la vitesse nominale de 1800 tmin-1 pour le courant
nominal,
c. La régulation de vitesse pour l’angle de retard à l’allumage obtenu en b).
Exercice 3
Soit le redresseur de la figure ci-contre.
Pour α = 45°, ce redresseur fournit un courant de 10 A.
Il est alimenté par une source triphasée (400 V efficaces, 50Hz).
a. Exprimer le courant de source en série de Fourier,
b. Calculer le facteur de distorsion (DF), le taux de
distorsion harmonique total (THD) et le facteur de puissance du courant de source,
c. Calculer les puissances active et réactive fournies par la source.
Exercice 4
Un redresseur PD3 contrôlé est connecté à une source triphasée (230 V par phase et une fréquence de
50 Hz). L’inductance de source LS = 4 mH. Le courant de charge est constant à 20 A. La charge est
constituée par une f.é.m. E = 400 V ayant une résistance interne r = 1 Ω. Calculer :
a. L’angle de retard à l’allumage,
b. L’angle d’empiètement dû à l’impédance de la source.

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Exercice 4 : Conception d’un hacheur

TD 5 : REDRESSEURS COMMANDÉS – REDRESSEURS P3

b. Les valeurs moyenne et efficace du courant de charge,

TD 6 : REDRESSEURS COMMANDÉS – REDRESSEURS PD3

b. Le facteur de puissance de la source.

Exercice 2 : Régulation de vitesse d’un moteur CC à excitation séparée

Soit le redresseur de la figure ci-contre.

Pour α = 45°, ce redresseur fournit un courant de 10 A.

Il est alimenté par une source triphasée (400 V efficaces, 50Hz).

a. Exprimer le courant de source en série de Fourier,

b. Calculer le facteur de distorsion (DF), le taux de

distorsion harmonique total (THD) et le facteur de puissance du courant de source,

c. Calculer les puissances active et réactive fournies par la source.

a. L’angle de retard à l’allumage,

b. L’angle d’empiètement dû à l’impédance de la source.

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