Chapitre 2 | Terminale Bac Pro (Grpt 1) | Physique – Electricite | ⏱ 35 min
Nadia est technicienne en energies renouvelables chez SolairEnergie, une entreprise d'installation de panneaux photovoltaiques a Grenoble.
Elle installe un systeme photovoltaique sur le toit d'un atelier. L'installation comprend :
Nadia branche un oscilloscope a differents points du circuit pour analyser les signaux.
a) Identifier chaque convertisseur de l'installation et preciser son role (type de conversion).
b) Quel type de courant (continu ou alternatif) est disponible a chacun des trois points de mesure A, B et C ?
a)
b)
Nadia observe les oscillogrammes suivants a l'oscilloscope. Associer chaque oscillogramme au point de mesure correspondant (A, B ou C).
Pour l'oscillogramme 2 (signal sinusoidal) :
a) Mesurer la periode T sur l'oscillogramme. En deduire la frequence f.
b) Lire la tension maximale Umax. En deduire la tension efficace U.
a) T = 4 divisions × 5 ms/div = 20 ms = 0,020 s
\(f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{0{,}020} = \mathbf{50 \text{ Hz}}\)
b) Umax = 325 V (amplitude lue sur l'oscillogramme).
\(U = \dfrac{U_{\max}}{\sqrt{2}} = \dfrac{325}{1{,}414} \approx \mathbf{230 \text{ V}}\)
Decrire les differences entre le signal au point A (continu) et le signal au point B (alternatif) en utilisant les criteres suivants :
| Critere | Point A (DC) | Point B (AC) |
|---|---|---|
| La tension change-t-elle de signe ? | ... | ... |
| Le signal a-t-il une periode ? | ... | ... |
| La valeur moyenne est-elle nulle ? | ... | ... |
| Critere | Point A (DC) | Point B (AC) |
|---|---|---|
| La tension change-t-elle de signe ? | Non : toujours positive (38 V) | Oui : alterne entre +325 V et -325 V |
| Le signal a-t-il une periode ? | Non : constant | Oui : T = 20 ms |
| La valeur moyenne est-elle nulle ? | Non : valeur moyenne = 38 V | Oui : valeur moyenne = 0 V |
Le chargeur de batterie fonctionne en deux etapes pour convertir le courant alternatif en courant continu :
Voici les oscillogrammes intermediaires. Associer chaque oscillogramme a l'etape correspondante.
a) Pourquoi le signal redresse double alternance a-t-il une frequence double de celle du signal d'entree ?
b) Si le signal d'entree a une frequence de 50 Hz, quelle est la frequence du signal redresse ?
a) Le pont de diodes retourne chaque alternance negative pour la rendre positive. Chaque demi-periode produit donc une bosse positive : on obtient deux bosses par periode du signal d'entree, soit une frequence double.
b) \(f_{\text{redresse}} = 2 \times 50 = \mathbf{100 \text{ Hz}}\)
Le condensateur de filtrage du chargeur a une capacite C = 4 700 μF. La resistance de charge est R = 10 Ω.
a) Calculer la constante de temps τ = R × C.
b) Comparer τ a la demi-periode du signal redresse (T/2 = 10 ms a 50 Hz). Conclure sur la qualite du filtrage.
a) \(\tau = R \times C = 10 \times 4{,}700 \times 10^{-3} = \mathbf{0{,}047 \text{ s} = 47 \text{ ms}}\)
b) Demi-periode du signal redresse : T/2 = 10 ms.
τ = 47 ms >> T/2 = 10 ms. La constante de temps est environ 5 fois plus grande que la demi-periode : le condensateur se decharge tres lentement entre deux pics, ce qui garantit un bon filtrage avec une faible ondulation residuelle.
Nadia verifie que l'onduleur fonctionne correctement. Elle mesure a sa sortie une tension efficace de 228 V et une frequence de 50,1 Hz.
a) Ces valeurs sont-elles conformes aux normes du reseau electrique (230 V ± 10 %, 50 Hz ± 1 %) ?
b) L'onduleur peut-il injecter sa production dans le reseau ?
a)
b) Oui, les deux parametres sont dans les tolerances. L'onduleur peut injecter sa production dans le reseau.
Completer le tableau recapitulatif des convertisseurs :
| Convertisseur | Entree | Sortie | Composants cles | Exemple dans l'installation |
|---|---|---|---|---|
| Redresseur | ... | ... | ... | ... |
| Onduleur | ... | ... | ... | ... |
| Convertisseur | Entree | Sortie | Composants cles | Exemple dans l'installation |
|---|---|---|---|---|
| Redresseur | AC (alternatif) | DC (continu) | Pont de diodes + condensateur de filtrage | Chargeur de batterie |
| Onduleur | DC (continu) | AC (alternatif) | Transistors de commutation (IGBT) | Onduleur photovoltaique |
Rediger une synthese de 4-5 lignes expliquant le parcours de l'electricite dans l'installation de Nadia, depuis les panneaux solaires jusqu'a la batterie de stockage. Preciser chaque conversion effectuee.
Exemple de reponse :
Les panneaux solaires produisent un courant continu (DC) a 38 V. L'onduleur convertit ce courant continu en courant alternatif sinusoidal (AC) 230 V / 50 Hz, compatible avec le reseau electrique. Le courant alternatif du reseau alimente ensuite le chargeur de batterie, qui realise l'operation inverse : un pont de diodes redresse le signal (supprime les alternances negatives), puis un condensateur filtre le signal pour obtenir une tension quasi continue de 48 V qui charge la batterie de stockage.
Courant continu (DC) : la tension est constante au cours du temps, toujours de meme signe. Exemples : panneaux solaires, batteries.
Courant alternatif (AC) : la tension varie periodiquement et change de signe. Le reseau electrique fournit un courant alternatif sinusoidal (230 V / 50 Hz).
Redressement : conversion AC → DC a l'aide d'un pont de diodes. Le redressement double alternance retourne les alternances negatives.
Filtrage : un condensateur lisse le signal redresse pour obtenir une tension quasi continue. Plus τ = RC est grand devant la periode, meilleur est le filtrage.
Onduleur : conversion DC → AC. Indispensable pour injecter la production photovoltaique dans le reseau.