Convertisseur continu alternatif, panneaux solaires bac STI génie électrotechnique 2008.

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Partie C : convertisseur continu alternatif. Le schéma du dispositif est représenté ci-dessous : La tension fournie par les batteries est UB=48 V. K1 et K2 sont des interrupteurs électroniques supposés parfaits commandés périodiquement. Chaque interrupteur électronique Ki est constitué d'un interrupteur commandé Hi et d'une diode Di en antipparallèle afin de permettre la conduction dans les deux sens. La charge est de nature inductive. Les chronogrammes des grandeurs alternatives ua et ia sont représentés ci-dessous. La période vaut T=20 ms.     Quel autre nom peut-on donner à ce convertisseur continu-alternatif ? Onduleur. Que se passerait-il si les interrupteurs K1 et K2 étaient fermés simultanément ? Est-ce souhaitable ? Justifier. K1 et K2 sont fermés simultanément, les deux sources de tension E sont court-circuitées.( la tension aux bornes d'un interrupteur parfait, fermé est nulle). Ce n'est pas souhaitable car il en résulterait une très forte intensité pouvant endommager les composants. Ecrire l'expression de la puissance instantanée reçue par la charge. p=ua ia. Compléter le tableau en indiquant pour les 4 intervalles de temps considérés : l'interrupteur fermé ( K1 ou K2), la valeur de la tension ua, l'élément passant, le signe de la puissance reçue par la charge et le comportement de la charge ( G : générateur ; R : récepteur). 0 t1 ½T t2 T interrupteur fermé K1 K1 K2 K2 valeur ua U0 U0 -U0 -U0 signe de ia - + + - élément passant D1 H1 D2 H2 signe de p - + - + comportement de la charge générateur récepteur générateur récepteur de 0 à t1 : ua>0, donc K1 est fermé, K2 ouvert ; ia<0, donc D1 conduit ; le produit ia ua étant négatif, la charge fournit de l'énergie et se comporte en générateur. de t1 à ½T : ua>0, donc K1 est fermé, K2 ouvert ; ia>0, donc H1 conduit ; le produit ia ua étant positif, la charge reçoit de l'énergie et se comporte en récepteur. de ½T à t2 : ua<0, donc K1 est ouvert, K2 fermé ; ia>0, donc D2 conduit ; le produit ia ua étant négatif, la charge fournit de l'énergie et se comporte en générateur. de ½T à T : ua< 0, donc K1 est ouvert, K2 fermé ; ia<0, donc H2 conduit ; le produit ia ua étant positif, la charge reçoit de l'énergie et se comporte en récepteur. Avec quel type de voltmètre peut-on mesurer la valeur efficace de la tension ua ? Donner la valeur efficace et la fréquence de cette tension ? Voltmètre numérique ( position AC sélectionnée). La valeur efficace de la tension ua est U0 = 24 V. Fréquence (Hz) = 1/ période (s) = 1/20 10-3 = 50 Hz. Partie E : panneaux solaires. Un panneau solaire photovoltaïque produit de l'énergie électrique à partir de l'énergie lumineuse reçue. Il peut être considéré comme un générateur continu. Les caractéristiques courant tension d'un panneau solaire, pour deux ensoleillements différents, sont donnés : La courbe 1 coorespond à l'ensoleillement maximal. Déterminer la valeur de la tension à vide d'un panneau solaire. 44 V. Déterminer l'intensité du courant de court-circuit. 4,6 A. Déterminer la puissance électrique fournie par le panneau pour une tension de fonctionnement égale à 35 V. P= UI = 35*4,4 = 154 W. En déduire l'énergie électrique produite en 10 heures d'ensoleillement. W= P t avec t = 10*3600 = 36 000 s W= 154*36000 =5,54 106 J = 5,54 MJ = 0,154*10 kWh = 1,54 kWh. Courbe 2 : l'ensoleillement est plus faible. Déterminer la puissance électrique fournie par le panneau pour une tension de fonctionnement égale à 35 V. L'intensité lue sur la courbe 2 est voisine de 2,5 A P= 35*2,5 =87,5 W. Pour disposer d'une puissance suffisante il faut associer plusieurs panneaux. Quel est l'intérêt d'une association en série ? Les tensions aux bornes de chaque panneau s'ajoutent ; l'intensité est la même dans tous les panneaux ( intensité relativement faible). Quel est l'intérêt d'une association en parallèle ? Les tensions aux bornes de chaque panneau sont identiques ; les intensités s'ajoutent ( intensité relativement grande). La puissance maximale délivrée par chaque panneau vaut 150 W. L'installation doit pouvoir fournir une puissance maximale égale à 2100 W. Combien de panneaux faut-il utiliser ? 2100/150 = 14 panneaux. La tension de fonctionnement nominal d'un panneau est 35 V. L'installation doit délivrer une tension de 70 V. Comment les panneaux doivent-ils être associés ? Associer les panneaux deux par deux en série ; monter en parallèles les 7 couples de panneaux. Déterminer l'intensité du courant débité par l'installation lors d'un fonctionnement à puissance nominale. I = P/U = 2100/70 = 30 A.

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