TP AL 1.1 Chargeur de batterie Chariot de golf

AL Les sources d’énergie
TP AL-1.1
chargeur de batterie
TP AL 1.1
Chargeur de batterie
Chariot de golf
Moyens : Le logiciel Ma tlab/Simulink
Prérequis : le cours sur les sources d’énergie AL-2
Groupes : binôme
Durée : 1h30
Problème technique :
Le chariot de golf Trolem 120C est équipé d'une batterie plomb-acide de 12V, 24 A.h. Suite à un
changement de fournisseur, la société envisage de livrer le chariot avec un nouveau chargeur de
batterie PSWU32 (doc. en Annexe). Le fabricant de la batterie préconise cependant la procédure de
charge suivante, nécessaire pour assurer une durée de vie optimale :
- charge à courant constant de 3A, jusqu'à 14 V ;
- puis fin de charge à tension constante et courant dégressif jusqu'à 0.
L'étudiant doit :
Effectuer les calculs et des mesures de courants, tensions et puissances,
Analyser le fonctionnement d'un convertisseur (formes d'ondes des tensions et
courant),
Identifier les convertisseurs.
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Afin d'évaluer la bonne adaptation du nouveau chargeur à la batterie existante, on veut modéliser et
simuler la chaîne d'énergie complète entre le réseau et la batterie.
Démarche : on se propose de :
- identifier les entrées et sorties des différentes fonctions de la chaîne d'énergie ;
- modéliser, paramétrer et simuler ces différentes fonctions ;
- critiquer la solution choisie par le constructeur.
1- Identification fonctionnelle et matérielle :
Le schéma structurel (simplifié) de la chaîne d'énergie est le suivant :
Le schéma fonctionnel de la chaîne d'énergie est le suivant :
Q1 Compléter les éléments de la chaîne d'énergie électrique :
- nom des constituants sous chaque fonction ;
- forme et caractéristiques de l'énergie électrique à l'entrée / sortie de chaque fonction.
Q2 Entourer sur le schéma structurel les composants réalisant chaque fonction.
Q3 Où s'applique l'ordre de commande provenant de la fonction TRAITER ?
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Dans la chaîne fonctionnelle, les fonctions ALIMENTER, CONVERTIR et FILTRER permettent, à partir du
réseau 230 V – 50 Hz, d'obtenir une tension quasi-continue (autour de 15V).
A l'aide du logiciel Matlab/Simulink, nous simulerons le fonctionnement de ces fonctions afin d'en valider le
choix.
2- Etude de la fonction alimenter :
L'objectif de cette partie est de simuler le fonctionnement d'un transformateur monophasé et d'en
constater ses propriétés fondamentales.
La fonction ALIMENTER est assurée par un transformateur monophasé.
Q4 Ouvrir le fichier « chargeur.mdl » et compléter le schéma suivant sur le logiciel Matlab/Simulink en
insérant les appareils de mesures permettant de relever les tensions et courants au primaire et secondaire
du transformateur. (Bibliothèque Simscape/FoundationLibrary/Electrical)
?
?
?
?
R = 8Ω ; L = 20mH ; Générateur de tension : 230V 50Hz
Q5 Lancer la simulation et relever les valeurs max des courants et tensions au primaire et secondaire du
transformateur. En déduire les valeurs efficaces.
Q6 Déterminer le rapport du nombre de spires m = Np/Ns et conclure en donnant les relations entre ce
rapport et les valeurs efficaces exprimées précédemment.
Q7 Mesurer le déphasage au primaire entre le courant et la tension. (On pourra utiliser le programme
macro « mesures.m » disponible sur l’espace de travail de Matlab pour visualiser plus précisément les
courbes)
Pour faciliter le travail il est possible d’utiliser les curseurs :
Pour insérer le premier curseur :
menu : Tools/Data Cursor
Puis il faut cliquer sur la courbe à l’endroit où l’on souhaite voir le curseur.
Pour en insérer ’autres il suffit ensuite de cliquer aux endroits voulus en maintenant la touche [Alt]
enfoncée autant de fois que nécessaire.
Q8 En déduire la valeur de la puissance moyenne et vérifier avec la valeur numérique donnée par le
programme. Le transformateur étant idéal, quelle sera la puissance moyenne absorbée par le secondaire
du transformateur ?
Q9 Calculer la puissance apparente S puis le facteur de puissance et comparer avec la valeur du
déphasage.
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3- Etude de la fonction Convertir AC-DC :
L'objectif de cette partie est de simuler le fonctionnement d'un convertisseur statique AC / DC : le pont
redresseur monophasé à diodes ("pont de diodes PD2").
Protocole expérimental et saisie du pont redresseur :
Q10 D'après le problème technique cité dans l'introduction de ce TP, quelle doit être la charge de ce
convertisseur statique ?
Sauvegarder le schéma sous un autre nom, puis le compléter pour avoir le résultat suivant :
Source de courant
Q11 La tension en sortie du pont redresseur est-elle continue ? Comment nomme-t-on sa forme ?
Q12 Quelle serait l’incidence de cette forme de tension pour la charge d’une batterie ?
4- Etude de la fonction Filtrer :
L'objectif de cette partie est de visualiser l'impact d'un filtrage de la tension redressée par simple
condensateur, ou par un filtre LC.
Q13 Compléter le montage avec le condensateur C, de capacité 2,2 mF ainsi que les appareils de
mesures.
I3
I2
V3
V2
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Q14 Simuler le fonctionnement et afficher les grandeurs V2, V3 et I3.
Comment à évolué le courant I3 ?
Critique de la solution du constructeur et amélioration
Les pointes du courant I2 ou I3 sont élevées, et se justifient par le fait que le pont de diodes établit la
conduction directe entre 2 sources de tension (secondaire transformateur et condensateur C). La valeur
efficace I2 est également élevée, et le transformateur doit fournir une puissance apparente S = V2.I2 (en
V.A) importante.
Q15 Pour limiter ces pointes de courant on rajoute une inductance L = 2 mH. Relancer la simulation. Le
problème est-il résolu ?
La charge de la batterie ne peut se faire correctement que si V3moy > 15 V en régime permanent.
Q16 Diminuer la valeur de C (valeurs normalisées 820 µF, 1000 µF, 1500 µF) tout en conservant une
ondulation acceptable (∆V3 < 10V).
Q17 Calculer la nouvelle puissance apparente à fournir par le transformateur. Conclusion ?
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