ele4400 - électronique industrielle

ÉCOLE POLYTECHNIQUE
ELE4400
ELE4400 - ÉLECTRONIQUE INDUSTRIELLE
Plan du cours – Hiver 2009
(2009-01-10)
Le cours Électronique industrielle traite de façon large des dispositifs de
conversion statique d’énergie qu’on retrouve dans tous les secteurs d’application
technologique du monde moderne, comme par exemple les variateurs électroniques des
machines électriques, les compensateurs statiques de réseaux électriques, les procédés de
galvanoplastie et les alimentations de secours. Une attention particulière est portée sur les
structures des convertisseurs statiques, leurs modes de fonctionnement et les impacts de
leur utilisation sur les réseaux électriques.
BUTS DU COURS
Le cours Électronique industrielle offre comme objectif général une formation en
apprentissage et en analyse des techniques associées à la caractérisation et au
fonctionnement des dispositifs statiques de conversion de l’énergie électrique, utilisés
comme interface de puissance entre un réseau électrique et un processus industriel
quelconque. La poursuite de cet objectif se fait par des activités d’enseignement dont les
buts principaux se résument comme suit :
o Décrire et analyser, succinctement et de façon détaillée, des montages
associés au monde de l'électronique industrielle :
identifier la terminologie et le monde de l'électronique industrielle et, plus
particulièrement, celui de l'électronique de puissance;
expliquer et appliquer les méthodes d'évaluation des convertisseurs de
courant;
analyser des montages connus afin de mettre en évidence les problèmes
liés à la conception de tout dispositif, de les perfectionner et d'en
développer de nouveaux.
o Utiliser, de façon synthétique, des connaissances antérieures issues de plusieurs
domaines scientifiques associés au génie :
développer des aptitudes pour mettre au point un devis technique, faire les
analyses associées à un problème spécifique et rédiger un rapport
technique.
o Spécifier des dispositifs applicables à des procédés industriels :
favoriser l'expression d'habiletés techniques par
expérimentale.
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une expertise
ÉCOLE POLYTECHNIQUE
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MATIÈRE DU COURS
L'enseignement donné dans le cours d'électronique industrielle s'étend de l'étude
des structures élémentaires des convertisseurs statiques jusqu’à la modélisation, aux fins
de simulation numérique, de dispositifs utilisés dans applications industrielles
spécifiques. Voici une liste qui résume les étapes importantes de la matière enseignée:
1. Situation actuelle du monde technologique en électronique industrielle.
2. Revue des semi-conducteurs de puissance.
3. Analyse générale de circuit électrique et considérations de puissance.
4. Étude des variateurs à courant continu et de leurs principales applications: les
hacheurs de courant de grande puissance et les alimentations à découpage.
5. Étude fonctionnelle des convertisseurs de courant à commutation naturelle;
analyse des comportements idéal et réel des convertisseurs.
6. Étude fonctionnelle des onduleurs à commutation naturelle et à commutation
forcée; principes, mise en œuvre et réglage.
7. Modélisation des convertisseurs et introduction aux méthodes de simulation
numérique.
8. Spécification fonctionnelle, normes et qualité d’onde.
TRAVAUX PRATIQUES
Quatre (4) séances formelles auront lieu dans le courant de la session. Le travail
tant expérimental que par simulation numérique a pour but une familiarisation avec le
fonctionnement réel de certains dispositifs de conversion statique d'énergie qui
représentent, vu du réseau, des charges non linéaires. Les sujets considérés, cette session,
sont les suivants:
A.
B.
C.
D.
Métrologie en électronique industrielle.
Étude comparative d’alimentations à découpage non isolées.
Fonctionnement d'un redresseur de puissance.
Convertisseur monophasé d’alimentation à 2 quadrants d’une MCC.
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ÉVALUATION
Examen périodique (2h30 – documentation limitée)
24%
Examen final (2h30 – documentation limitée)
24%
Travaux pratiques:
Réalisation des séances et rapports
32%
Devoirs :
Préparation des séances de T.P
TOTAL:
20%
_____
100%
Notes:
(1) À moins d’indication contraire, la remise de la préparation de chaque séance de T.P.
se fait quatre jours après le cours où les directives de la séance auront été données.
(2) À moins d’indication contraire, la remise du rapport de chaque séance de T.P. se fait
dix jours après la séance.
(3) À l’examen, la calculatrice non programmable est permise; la documentation limitée
signifie les notes personnelles, les rapports de T.P et les transparents de présentation
disponibles sur le site du cours (aucun livre ou manuel).
CONSULTATION
Les étudiants qui désirent rencontrer le professeur sont priés de prendre rendezvous au préalable; le local et le courriel du professeur sont:
Gilles ROY
A-343.12
[email protected].
L’adresse du site internet du cours est: http://www.cours.polymtl.ca/ele4400/
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BIBLIOGRAPHIE
Documentation de base et essentielle:
Notes de présentation du cours, disponibles sur le site du cours.
Autre document suggéré:
G. Roy, Électronique industrielle - Notes de cours - ELE4400, pré-édition v-0.95,
document no. 5119, École Polytechnique, Montréal, sept. 1996.
Manuels recommandés pour consultation: (ces manuels sont en réserve à la bibliothèque).
[1]
B.M Bird, K.G King, Power Electronics, John Wiley, 1983, 287p. TK 7881.15
B57 1983
[2]
H. Bühler, Électronique de puissance, 4è éd., Presses Polytechniques Romandes,
1987, 322p. TK 7881 B84 1987
[3]
C.W. Lander, Power Electronics, London, McGraw-Hill, 1987, 415p. TK
7881.15 L36 1987
[4]
M.H. Rashid, Power Electronics: Circuits, Devices and Applications, 3rd Ed.,
Englewood Cliffs, Prentice Hall, 2004, 880p. TK 7881.15 R37 2004
CALENDRIER
Début du cours:
lundi le 12 janvier, 2009
Visite des laboratoires
lundi le 19 janvier, 2009
Début des séances de T.P*
lundi le 26 janvier, 2009
Examen périodique :
lundi le 23 février, 2009
Fin du cours :
mercredi le 15 avril, 2009
* Note: Travaux pratiques – voir le calendrier complet dans les instructions de T.P.
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INSTRUCTIONS RELATIVES AUX TRAVAUX PRATIQUES
1.
Séances de laboratoire
(A)
(B)
(C)
(D)
2.
Métrologie en électronique industrielle
Étude comparative d’alimentations à découpage non isolées
Fonctionnement d'un redresseur de puissance
Convertisseur monophasé d’alimentation à 2 quadrants d’une MCC
Modalités d'exécution
2.1 Chaque équipe de laboratoire se compose nominalement de deux (2) étudiants (trois si
le nombre d’étudiants est plus important) et demeure inchangée pendant toute la session.
2.2 La présence à chaque séance est exigée; tout étudiant doit signer la feuille de présence;
les absences et les retards doivent être motivés au responsable.
2.3 Avant chaque séance, chaque équipe complètera une préparation adéquate (i.e. schéma
de câblage, procédure de mesure, calculs préliminaires, simulations (lorsqu’exigées) et
tableaux d’enregistrement des résultats). Une copie propre de cette préparation doit être
déposée (boîte de dépôt des rapports, adjacente à la porte A-330) au plus tard 4 jours
après le cours où les directives associées à la séance auront été données (soit vendredi
13h00). Cette préparation sera évaluée et commentée; elle sera ensuite remise, assez tôt
pour que les étudiants puissent en prendre connaissance avant de déposer leur rapport
final de séance. Les étudiants non préparés se verront refuser l'accès au laboratoire.
2.4 Faisant office de cahier de laboratoire, chaque équipe doit maintenir dans un portedocument toutes leurs notes de laboratoire, à savoir la préparation, les mesures, les
figures, etc... De plus, le texte relatif au rapport est aussi consigné dans ce cahier.
2.5 Le rapport de T.P doit être un texte concis qui contient tout ce qui est pertinent à la
manipulation: but, appareils utilisés, calculs, simulations, résultats, réponses aux
questions, commentaires.
2.6 Tous les membres de l'équipe doivent signer la page couverture de leur rapport. La
remise se fait au plus tard dix jours après l’exécution de la séance (soit mercredi 13h00).
2.7 La remise des documents (préparation ou rapport) se fait sous une reliure simple du type
celluloïde avec bande de retenue en plastique; les feuilles cartonnées pour couverture de
T.P, de couleur cyan (bleu pâle), viennent compléter la reliure; tous ces articles de
reliure sont disponibles à la Coopoly.
2.8 Le travail au laboratoire doit s'accomplir aux périodes statutaires; tout travail, fait en
dehors des périodes allouées, doit être exécuté sous la surveillance du personnel
autorisé; veuillez vous informer des consignes de sécurité à ce sujet.
3.
Modalités d'évaluation
L’ensemble des rapports de T.P est sujet à une évaluation qui vaut 32% de la note du
cours. La préparation des T.P est associée aux devoirs et est sujette à une évaluation de
20% de la note du cours. (Voir le modèle de grille d’évaluation disponible sur le site du cours).
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ÉLECTRONIQUE INDUSTRIELL (ELE4400)
HORAIRE DES TRAVAUX PRATIQUES
Session: Hiver 2009 - Locaux A-236 et A-328
Séance
Groupe
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
A
(A-236)
B
(A-328)
C
(A-236)
D
(A-328)
Jour
lundi
Date
26 janvier
Périodes
16-17-18
lundi
9 février
16-17-18
lundi
16 mars
16-17-18
lundi
30 mars
16-17-18
Titre de la séance
Poids
A
Métrologie en électronique industrielle
4+6%
B
Étude comparative d’alimentations à découpage isolées
6 + 10 %
C
Fonctionnement d'un redresseur de puissance
4+6%
D
Convertisseur monophasé comme alimentation 2 quadrants
pour une MCC
6 + 10 %
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ELE4400 – ÉLECTRONIQUE INDUSTRIELLE
HORAIRE - HIVER 2009
COURS: 3 crs
semaine
1
JOUR: lundi
HEURES: 9:30 à 12:20
date
LOCAL: L-2710
sujet
12 janvier
Situation de la technologie, dispositifs statiques de conversion d’énergie,
modes de conversion et classification des convertisseurs .
2
19 janvier
Paramètres d’évaluation des charges non linéaires; semi-conducteurs de
puissance I. Instructions séance TP-A.
3
26 janvier
Semi-conducteurs de puissance II. Hacheurs de courant: modes
dissipatif/régénératif, régime continu/discontinu . Séance TP-A
4
2 février
Alimentations à découpage: montages non isolés, ondulation de courant et de
tension fonctionnement en discontinuité de courant. Instructions séance TP-B.
5
9 février
Alimentations à découpage: modélisation et réglage. Séance TP-B.
6
16 février
Alimentations à découpage: montages isolés,
7
23 février
EXAMEN DE MI-SESSION (2h30).
8
2 mars
RELÂCHE.
9
9 mars
Redresseurs polyphasés: montages, relations convertisseur-transformateur,
analyse de la tension et du courant redressés. Instructions séance TP-C.
10
16 mars
Convertisseurs de courant: montage, opération idéale, analyse de signal.
Séance TP-C.
11
23 mars
Convertisseurs: analyse de la puissance et problèmes reliés aux harmoniques.
Modélisation et réglage. Instructions séance TP-D.
12
30 mars
Applications des convertisseurs: alimentation de machines et lien HTCC.
Séance TP-D.
13
6 avril
14
15 avril (mercredi)
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Onduleurs autonomes: montages de base et principe de fonctionnement.
Onduleurs autonomes: modulation MLI et applications.
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