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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.

une expertise

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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 oeuvre 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) Examen final (2h30 ­ documentation limitée) Travaux pratiques: Réalisation des séances et rapports Devoirs : Préparation des séances de T.P TOTAL: 24% 24%

32%

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 H. Bühler, Électronique de puissance, 4è éd., Presses Polytechniques Romandes, 1987, 322p. TK 7881 B84 1987 C.W. Lander, Power Electronics, London, McGraw-Hill, 1987, 415p. TK 7881.15 L36 1987 M.H. Rashid, Power Electronics: Circuits, Devices and Applications, 3rd Ed., Englewood Cliffs, Prentice Hall, 2004, 880p. TK 7881.15 R37 2004

[2]

[3]

[4]

CALENDRIER Début du cours: Visite des laboratoires Début des séances de T.P* Examen périodique : Fin du cours : lundi le 12 janvier, 2009 lundi le 19 janvier, 2009 lundi le 26 janvier, 2009 lundi le 23 février, 2009 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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HORAIRE DES TRAVAUX PRATIQUES Session: Hiver 2009 - Locaux A-236 et A-328 Séance A

(A-236)

B

(A-328)

C

(A-236)

D

(A-328)

Groupe 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

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 A B C D Métrologie en électronique industrielle Étude comparative d'alimentations à découpage isolées Fonctionnement d'un redresseur de puissance Convertisseur monophasé comme alimentation 2 quadrants pour une MCC

Poids 4+6% 6 + 10 % 4+6% 6 + 10 %

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HORAIRE - HIVER 2009 COURS: 3 crs semaine

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

JOUR: lundi

HEURES: 9:30 à 12:20 sujet

LOCAL: L-2710

date

12 janvier 19 janvier 26 janvier 2 février 9 février 16 février 23 février 2 mars 9 mars 16 mars 23 mars 30 mars 6 avril 15 avril (mercredi)

Situation de la technologie, dispositifs statiques de conversion d'énergie, modes de conversion et classification des convertisseurs . Paramètres d'évaluation des charges non linéaires; semi-conducteurs de puissance I. Instructions séance TP-A. Semi-conducteurs de puissance II. Hacheurs de courant: modes dissipatif/régénératif, régime continu/discontinu . Séance TP-A Alimentations à découpage: montages non isolés, ondulation de courant et de tension fonctionnement en discontinuité de courant. Instructions séance TP-B. Alimentations à découpage: modélisation et réglage. Séance TP-B. Alimentations à découpage: montages isolés, EXAMEN DE MI-SESSION (2h30). RELÂCHE. Redresseurs polyphasés: montages, relations convertisseur-transformateur, analyse de la tension et du courant redressés. Instructions séance TP-C. Convertisseurs de courant: montage, opération idéale, analyse de signal. Séance TP-C. Convertisseurs: analyse de la puissance et problèmes reliés aux harmoniques. Modélisation et réglage. Instructions séance TP-D. Applications des convertisseurs: alimentation de machines et lien HTCC. Séance TP-D. Onduleurs autonomes: montages de base et principe de fonctionnement. Onduleurs autonomes: modulation MLI et applications.

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