GL-DLDZ-2A Banc d’essai complet pour l’électronique de puissance

I. Présentation
Le banc d’essai complet GL-DLDZ-2A, dédié à l’électronique de puissance, est principalement utilisé dans les cours d’électromécanique et d’automatique : travaux pratiques sur les principes des moteurs et la traction électrique (commande des moteurs et des moteurs), l’électronique de puissance, les systèmes de commande de transmission électrique, etc. Il permet de réaliser les travaux pratiques pédagogiques et offre une grande flexibilité d’extension pour répondre aux besoins de recherches approfondies ultérieures.
II. Caractéristiques du produit
1. Sa conception structurelle unique, combinant modules fixes (charges, alimentations AC et DC, et modules lourds) et modules suspendus, simplifie la préparation des travaux pratiques et facilite l’extension des fonctionnalités du banc d’essai.
2. Tout en permettant la réalisation de projets expérimentaux classiques, ce banc d’essai met l’accent sur la recherche en électronique de puissance et en théorie du contrôle modernes.
3. Le dispositif expérimental est équipé de systèmes de sécurité complets pour les personnes et les équipements. L’alimentation secteur de l’équipement est conçue avec une protection contre les surintensités. Un circuit de protection haute tension est prévu à l’extrémité de chaque orifice d’observation des impulsions de déclenchement, et le dispositif d’alimentation est doté d’un circuit de protection de sécurité. Afin d’éviter l’ajout de signaux électriques forts aux circuits électriques faibles, trois types de câbles expérimentaux sont utilisés. Ainsi, les étudiants ne risquent pas d’insérer incorrectement les fils haute et basse tension lors du câblage, ce qui endommagerait le circuit basse tension.
4. Moteur expérimental : La puissance du moteur expérimental utilisé est comprise entre 100 et 200 W. Il est spécialement conçu pour simuler les moteurs de petite et moyenne taille.
III. Caractéristiques techniques du produit
1. Puissance de la machine : < 1,5 kVA ;
2. Caractéristiques de fonctionnement : ~3N/380 V/50 Hz/3 A ;
3. Dimensions : 1565 mm × 720 mm × 1650 mm
4. Poids : < 150 kg
IV. Projet expérimental de banc d’essai complet pour l’électronique de puissance
1. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé demi-onde commandé
2. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé en pont demi-commandé
3. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé en pont entièrement commandé et d’un onduleur actif
4. Expérimentation d’un circuit redresseur triphasé demi-onde commandé
5. Expérimentation d’un circuit redresseur triphasé en pont demi-commandé
6. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé en pont entièrement commandé et d’un onduleur actif
7. Expérimentation d’un circuit onduleur actif triphasé demi-onde
8. Expérimentation d’un circuit redresseur triphasé en pont entièrement commandé et d’un onduleur actif
9. Expérimentation d’un circuit de régulation de tension alternative monophasé
10. Expérimentation d’un circuit de régulation de tension alternative triphasé
11. Détermination des paramètres et des caractéristiques de liaison d’un système de régulation de vitesse CC à thyristors
12. Mise au point des unités principales de la régulation de vitesse CC à thyristors
13. Recherche sur les caractéristiques statiques de Système de régulation de vitesse CC irréversible à boucle fermée simple
14. Système de régulation de vitesse CC irréversible à thyristors à double boucle fermée
15. Système de régulation de vitesse CC réversible à logique non circulante
16. Système de régulation de vitesse CC par largeur d’impulsion (PWM) à double boucle fermée
17. Système de régulation de tension et de vitesse pour moteur asynchrone triphasé à double boucle fermée
18. Système de régulation de vitesse en cascade pour moteur asynchrone triphasé à double boucle fermée
19. Expérimentation d’un circuit de déclenchement à transistor à jonction unique et d’un circuit redresseur monophasé commandé demi-onde
20. Expérimentation d’un circuit de déclenchement à déphasage synchrone sinusoïdal
21. Expérimentation d’un circuit de déclenchement à déphasage synchrone en dents de scie
22. Expérimentation d’un circuit de déclenchement intégré Siemens TCA785
23. Mesure des principaux paramètres d’un transistor à effet de champ de puissance (MOSFET)
24. Recherche sur le circuit de commande d’un transistor à effet de champ de puissance (MOSFET)
25. Recherche sur les caractéristiques d’un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) et son circuit de commande
26. Recherche sur le circuit de commande d’un transistor de puissance (GTR)
27. Recherche sur les caractéristiques des transistors de puissance (GTR)
28. Expérimentation de la technologie de commutation douce
29. Recherche sur les performances d’un circuit hacheur CC
30. Recherche sur les performances d’un circuit de conversion de fréquence monophasé CA/CC
31. Expérimentation de la régulation de tension CA par hachage
32. Expérimentation d’un circuit de conversion CC/CC en pont complet
33. Expérimentation d’une alimentation à découpage direct unipolaire
34. Expérimentation d’une alimentation à découpage flyback unipolaire
V. Description des fonctions techniques du produit
1. Description des dispositifs de sécurité du banc d’essai
1) Protection du personnel
① La protection flottante du transformateur d’isolement triphasé isole complètement l’alimentation du banc d’essai du réseau électrique, assurant ainsi une protection efficace du personnel.
② L’entrée d’alimentation triphasée est équipée d’un disjoncteur différentiel. Ce dernier se déclenche lorsque le courant de fuite dépasse 30 mA, conformément aux normes nationales de sécurité des appareils électriques basse tension.
③ La sortie du transformateur d’isolement triphasé est équipée d’un disjoncteur différentiel. En cas de tension de fuite sur le banc d’essai, ce dernier se déclenche automatiquement.
④ Le câble haute tension utilisé pour les essais est entièrement gainé de plastique. Il est constitué de fils de cuivre sans oxygène, étirés en un fil multibrins très fin et souple. La gaine extérieure est composée de fils de gros diamètre traités avec des produits anti-durcissement. La prise est composée de pièces en cuivre massif afin d’éviter tout risque d’électrocution lié au contact avec les parties métalliques.
2) Système de protection de l’équipement
① La sortie d’alimentation triphasée est équipée d’une double protection contre les surintensités et les courts-circuits, assurée par des circuits électroniques et des fusibles. En cas de courant de sortie supérieur à 3 A, l’alimentation est coupée et une alarme sonore retentit.
② La cathode du thyristor et les points de mesure de chaque circuit de déclenchement sont protégés contre les surtensions afin d’éviter tout branchement incorrect.
③ La table d’expérimentation utilise trois types de câbles non connectables. Le câble pour courant fort est entièrement gainé de plastique, tandis que celui pour courant faible est un câble métallique nu (dont le diamètre du noyau est supérieur à celui du câble pour courant fort). Le point de mesure utilise un câble de calibre 2 afin d’éviter toute erreur de connexion entre le courant fort et le courant faible.
④ L’alimentation CA et CC de la table d’expérimentation est équipée d’une protection contre les surintensités.
2. Description technique du panneau de commande
1) Panneau de commande et table d’expérimentation
La table d’expérimentation est en alliage d’aluminium et son plateau est en panneau de particules haute densité anticorrosion et ignifugé. De conception élégante, elle est équipée de deux tiroirs et d’une armoire de rangement pour les outils, les boîtes suspendues et le matériel. Montée sur quatre roulettes, elle se déplace et se fixe facilement, ce qui facilite l’aménagement du laboratoire.
2) Panneau de commande GLPE-01
Alimentation triphasée CA : Les alimentations triphasées 220 V et 240 V CA sont distribuées via un commutateur à bouton-poussoir industriel, fournissant l’alimentation nécessaire à la régulation de la vitesse CC et CA avec protection contre les surintensités. L’alimentation fournie aux étudiants pour leurs expériences est protégée par des circuits de sécurité tels que la protection contre les fuites de courant, un transformateur d’isolement triphasé et une protection contre les fuites de tension.
3) Panneau de fonctions auxiliaires GLPE-01A
① Alimentation d’excitation moteur : Fournit un ensemble d’alimentations d’excitation pour moteur CC avec interrupteurs de puissance indépendants et un voltmètre numérique.
② Réactances : Fournit les réactances de lissage et les filtres RC nécessaires aux expériences de régulation de vitesse CC. Les réactances de lissage utilisent une méthode de point milieu et sont disponibles en valeurs respectives de 50 mH, 100 mH, 200 mH et 700 mH. Elles maintiennent la linéarité lorsque le courant est inférieur à 1,5 A. La réactance peut également être utilisée comme charge inductive dans les expériences d’électronique de puissance.
③ Alimentation CC régulée : Fournit une alimentation CC régulée ±15 V/1 A et une alimentation CC régulée 24 V/2 A. Avec interrupteur indépendant et protection contre les courts-circuits, les surintensités, etc.
④ Transformateur triphasé : Utilisé comme transformateur d’onduleur dans le système de régulation de vitesse en cascade et le circuit d’onduleur actif.
⑤ Résistance ajustable triphasée : Fournit un ensemble de résistances ajustables 100-1000 Ω/1 A pour la résistance de charge du générateur et autres charges résistives expérimentales, ainsi que comme résistance de démarrage du moteur.
⑥ Résistance de démarrage du moteur : Résistance de démarrage du moteur à enroulement ajustable à cinq vitesses : 0 Ω, 2 Ω, 5 Ω, 15 Ω, ∞.
3. Description technique des composants expérimentaux couramment utilisés
1) Circuit de déclenchement à thyristor GLPE-10A (composant I)
Fournit un circuit de déclenchement intégré TCA785, un circuit de déclenchement synchrone à onde en dents de scie et un circuit de déclenchement synchrone à onde sinusoïdale. Chaque orifice d’observation permet une utilisation simple et sûre.
2) Circuit de déclenchement triphasé GLPE-11A (composant I)
Circuit de déclenchement : utilise un circuit intégré numérique, offre une forte immunité aux interférences, un intervalle d’impulsion triphasé uniforme et une bonne stabilité, produit des impulsions doubles étroites, avec une plage de déphasage de 0 à 160°.
3) Composant du circuit principal à thyristors triphasés GLPE-12
Le circuit principal comprend 12 thyristors, 6 diodes, une inductance de lissage et un circuit d’absorption RC.
4) Composant du circuit de commande de vitesse du moteur GLPE-13A
Ce circuit intègre les modules suivants : inverseur, bloqueur de zéro, tension de consigne, convertisseur de vitesse, régulateur de vitesse et régulateur de courant. Grâce aux résistances et condensateurs de rétroaction du régulateur, les paramètres du système peuvent être modifiés en cours d’expérimentation afin d’observer leur influence sur la stabilité et le temps de réponse du système.
5) GLPE-13-1 Circuit de commande de vitesse de moteur (II)
Ce module comprend les éléments suivants : identification de la polarité du couple (DPT), détection du niveau zéro (DPZ) et contrôleur logique (DLC).
6) GLPE-14 Composants de puissance
Ce projet de module expérimental porte non seulement sur l’étude des circuits de commande et des caractéristiques de commutation des transistors GTR, MOSFET, IGBT, GTO et autres composants, mais aussi sur l’analyse de l’application des diodes à récupération rapide, des optocoupleurs haute vitesse, des inductances, etc., dans les circuits d’électronique de puissance.
7) GLPE-15 Circuit hacheur CC
Six expériences types peuvent être réalisées : hacheur abaisseur, hacheur élévateur, hacheur élévateur-abaisseur, hacheur abaisseur, hacheur sélectif et hacheur zêta. Tous les circuits utilisent des composants discrets et sont construits par les étudiants.
8) GLPE-10B Composants du circuit de déclenchement à thyristor II
Ce module fournit un circuit redresseur triphasé en pont composé de 6 diodes et d’un circuit de déclenchement à transistor à jonction unique pour chaque observation.
9) GLPE-16 Principe de conversion de fréquence AC/DC monophasé
Les projets expérimentaux réalisables sont les suivants :
(1) Processus de formation de l’onde SPWM ;
(2) Conditions de fonctionnement et formes d’onde des circuits de conversion de fréquence AC/DC sous différentes charges (résistance, inductance et moteur), et influence de la fréquence de fonctionnement sur la forme d’onde du circuit ;
(3) Caractéristiques de fonctionnement du circuit intégré de commande dédié aux tubes IGBT.
10) GLPE-17 Système de régulation de vitesse DC/DC à double pont en H fermé
Les projets expérimentaux réalisables sont les suivants : (1) Expérimentation d’un circuit de conversion DC/DC en pont complet ; (2) Expérimentation d’une régulation de vitesse par largeur d’impulsion DC réversible à double boucle fermée.
11) GLPE-30 Régulation de tension par découpage AC monophasé et technologie de commutation douce
Le circuit de régulation de tension par découpage AC monophasé est composé d’un circuit principal et d’un circuit de commande. Les principaux éléments du circuit de commande sont : un circuit de modulation de largeur d’impulsion (PWM), un détecteur de tension et de courant, un circuit de commande, etc.
12) Alimentation à découpage flyback simple GLPE-31
La plage de tension d’entrée alternative est de 50 V à 200 V. La sortie se compose de trois alimentations continues : +5 V/5 A, +12 V/1 A et -12 V/1 A. La variation de la tension de sortie est inférieure à 0,3 % en fonction de la tension d’entrée alternative et de la charge de sortie continue.
13) Alimentation à découpage forward simple GLPE-32
Utilise un circuit intégré dédié comme contrôleur PWM, capable de piloter directement le transistor MOSFET de puissance.
14) Voltmètre numérique alternatif YB10
Trois voltmètres alternatifs : avec interface de communication, sélection automatique de gamme à plusieurs vitesses, boîtier industriel de 48 mm × 96 mm, précision : 0,5 niveau, plage : 0-500 V.
15) Ampèremètre numérique CA YB11
Trois ampèremètres CA : avec interface de communication, sélection automatique de gamme à plusieurs vitesses, boîtier industriel 48 mm × 96 mm, précision : 0,5 niveau, gamme : 0-5 A.
4. Description technique du rail de guidage et du moteur
1) Moteur CC shunt DJ02 : PN = 185 W, nN = 1 600 tr/min, IN = 1,1 A, UN = 220 V
2) Générateur CC DJ03 : PN = 185 W, nN = 1 600 tr/min, IN = 1,1 A, UN = 220 V
3) Moteur asynchrone triphasé bobiné DJ11 : PN = 100 W, IN = 0,6 A, nN = 1 400 tr/min, UN = 220 V, connexion en étoile
4) Rail de guidage, codeur photoélectrique et tachymètre DJ01
5. Câble expérimental GLPJ-01
Le câble de connexion expérimental est un connecteur enfichable entièrement encapsulé, très fiable. Il est composé de 128 brins de cuivre sans oxygène, fins comme des cheveux et souples, gainés de gros diamètre et traités chimiquement contre le durcissement. La fiche est en cuivre massif.