Support Cours LGE604 09 BF

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE

LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE HOUARI BOUMEDIENE

FACULTE DELECTRONIQUE ET INFORMATIQUE

DEPARTEMENT ELECTROTECHNIQUE

Prsent par : Dr. F.Bouchafaa

Anne universitaire 2008/2009

Universit des Sciences et de Technologie Houari Boumediene

Facult dElectronique et dInformatique

ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

Dr. F.Bouchafaa 2008/2009 MEL502 / LGE604 1

LES INTERRUPTEURS SEMI-CONDUCTEURS

I- Prsentation: Les systmes utiliss en lectrotechnique permettent de transformer la nature de lnergie lectrique et de convertir lnergie lectrique en une autre forme dnergie (mcanique, thermique, chimique, lumineuse, ). Llectronique, lautomatique et linformatique sintressent essentiellement au traitement du signal (ou de linformation). Les systmes de llectrotechnique traditionnelle (machines tournantes, clairage, chauffage, climatisation, ) permettant la conversion de lnergie lectrique, ne peuvent pas toujours tre relis directement une source lectrique. Il faut alors avoir recours un dispositif, jouant le rle dinterface, permettant dadapter (de transformer) les caractristiques de la source afin dassurer le bon fonctionnement (et dintroduire des moyens de rglage de transfert dnergie). Ce dispositif est un convertisseur lectrique. Lorsque linterface est ralise par des moyens purement lectroniques (semi conducteurs), elle est alors appele convertisseur statique. Ces convertisseurs statiques peuvent se trouver aussi bien discipline technologique associe ces ralisations est appele lectronique de Puissance. Elle permet:

Une utilisation plus souple et plus adapte de lnergie lectrique, Une amlioration de la gestion, du transport et de la distribution de lnergie lectrique, Une rduction des masses et des volumes, mais aussi du bruit.

Un convertisseur statique est un dispositif, base de semi-conducteurs, qui transforme de lnergie lectrique disponible, en une forme approprie pour alimenter une charge.

I- Fonctions de base et terminologie des convertisseurs statiques: Lnergie lectrique est disponible soit sous forme alternative (rseau de distribution lectrique, alternateurs) soit sous forme continue (batterie daccumulateurs, gnratrice courant continu, cellules photovoltaques, pile combustible, ). La charge peut ncessiter une alimentation en alternatif ou en continu. Il existe donc quatre fonctions de base des convertisseurs statiques. Ces convertisseurs transforment directement lnergie lectrique, sont appels mono-tages.

Energie Systme Electrotechnique

Energie

Commande, Controle

Systme Electronique

(Automatique,Informatique)

Alimentation

Information

Signal

Information

Signal

Figure 1. Complmentarit de llectrotechnique par rapport llectronique, lautomatique et Informatique





Un convertisseur statique est dit rversible lorsque lnergie, peut transiter (en gnral, tre contrle) de manire bidirectionnelle, cest dire aussi bien dans un sens que dans lautre. Les notions dentre et de sortie ne sont alors plus videntes. Un convertisseur non rversible transfre lnergie dune source vers une charge utilisatrice.

A- Conversion Alternatif Continu (AC/DC): Le convertisseur jouant le rle dinterface entre une source alternative et une charge alimente en continu, est appel : Redresseur (Rectifier).

Le plus souvent, il est aliment par le rseau frquence industrielle. La tension (ou le courant) de sortie peut tre, ou non, rglable par rapport la grandeur dentre (tension ou courant).

B- Conversion Continu Continu (DC/DC): Le convertisseur jouant le rle dinterface entre une source continue et une charge alimente en continu, est appel : Hacheur (Chopper).

C- Conversion Continu Alternatif (DC/AC): Le convertisseur jouant le rle dinterface entre une source continue et une charge alimentes suivant le type de charge, ce convertisseur est appel onduleur autonome ou assist. Dans le dernier cas, le convertisseur est compos de thyristors, sa structure est la mme que le redresseur rversible (AC-DC / DC-AC).

D- Conversion Alternatif Alternatif (AC/AC): Ces convertisseurs permettent dobtenir une tension alternative variable de frquence constante ou variable, partir dune source alternative. Trois types sont possibles: 1. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative variable. Cest le gradateur

Figure 2. Rversibilit (et non rversibilit) des convertisseurs statiques.





2. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative de valeur efficace variable et de frquence variable infrieure la frquence de la source. Cest le cyclo-convertisseur. 3. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative de valeur efficace variable avec tension et frquence variable. La frquence de la tension de sortie peut tre suprieure ou infrieure la frquence de la source. Cest un convertisseur alternatif-continu-alternatif: un redresseur command est utilis pour obtenir une tension continu variable; et un onduleur est utilis pour obtenir, partir la tension continu, une tension de sortie tension et frquence variable.

II- Applications des convertisseurs statiques:

1- Applications domestiques: - Alimentation des appareils lectroniques (TV, PC, magntoscopes, ).- lectromnager (aspirateur, rfrigrateur, lave-linge, lave-vaisselle, robots culinaires, ).- clairage. - Chauffage.- Appareil lectroportatif (perceuse, ).- Actionneurs domotiques (volets roulants, stores lectriques, ). Lutilisation de llectronique de puissance prend de plus en plus dimportance pour deux raisons principales: Les cots de fabrication diminuent (facteur primordial dans les domaines de la grande srie), les contraintes sur les niveaux de perturbations et le rendement augmentent.

2- Applications industrielles: - Pompes, compresseurs. -Variation de vitesse. -Chariots lectriques. -Chauffage par induction. - Grues. - Fours ( arcs, rsistance).- Appareils de soudage.- lectrolyse.- Onduleurs de secours.

3- Transport: Rseaux de bord davion, commande lectrique. Traction lectrique (trains, mtros, voitures lectriques, ). Propulsion lectrique des navires, gnration dlectricit bord des navires. Gnration de lnergie lectrique par des cellules photovoltaques, les stations spatiales.

4- Production et Distribution de llectricit: Compensateur de puissance ractive et filtrage actif (augmenter le facteur de puissance dune installation et limiter les harmoniques de courant sur le rseau). Dispositif de stockage de lnergie. Les applications les plus puissantes des convertisseurs statiques concernent le transport courant continu - haute tension (CC-HT).

III. Constitution des convertisseurs statiques: Une conversion dnergie doit tre faite avec le meilleur rendement, pour les raisons suivantes:

difficult dvacuer (dissiper) les pertes si elles sont trop importantes, le cot des dispositifs dissipateur de chaleur est important, la fiabilit dun composant (dun systme) diminue quand sa temprature augmente,





il faut assurer une autonomie suffisante des appareils fonctionnant sur piles ou batteries, il est ncessaire de conserver un bilan conomique satisfaisant.

Dans le cas o les semi-conducteurs de puissance peuvent tre considrs comme des interrupteurs parfaits, l'analyse du principe de fonctionnement des convertisseurs de puissance est videmment grandement facilite.

IV. Les interrupteurs semi conducteurs: Dans ce chapitre, nous allons dcrire simplement les principales caractristiques externes des composants. Ils peuvent tre classs en trois groupes :

1. Diodes. tats ferm ou ouvert contrls par le circuit de puissance. 2. Thyristors. Ferm par un signal de commande, mais doit tre ouvert par le circuit de puissance. 3. Interrupteurs commandables l'ouverture et la fermeture. Ouverts et ferms par un signal de commande. La catgorie des interrupteurs commandables inclut de nombreux types de composants :

Transistors Bipolaires Jonctions (Bipolar Junction Transistors - BJTs); Transistors effet de champ Metal-Oxyde-Semi conducteur (MOSFETs); Thyristors commands l'ouverture (Gate-Turn-Off Thyristors - GTO Thyristors); Transistors bipolaires grille isole (Insulated Gate Bipolar Transistors - IGBTs); Thyristors MOS Commands (MOS-Controlled Thyristors - MCTs). 1. Diodes La figure ci dessous dcrit les diffrentes diodes existantes, le symbole de la diode et sa caractristique statique iD= f(VD). Lorsque la diode est polarise en direct, elle commence conduire partir dune faible tension de seuil Vseuil directe de l'ordre de 1V. Lorsque la diode est polarise en inverse, seul un faible courant de fuite ngligeable (quelques mA) circule jusqu' atteindre la tension d'avalanche. En fonctionnement normal, la tension inverse ne doit pas atteindre la tension d'avalanche.

2.Thyristors La figure 4 dcrit le symbole du thyristor et sa caractristique statique iA=f(VK). Le courant principal circule de l'anode (A) vers la cathode (K). En polarisation directe, le thyristor possde deux caractristiques selon qu'il est command ou non. Il peut supporter une tension directe positive sans conduire comme dcrit sur la figure 4 (tat off). Lorsque le thyristor est polaris en direct, il peut tre plac dans l'tat on en appliquant une impulsion de courant positive sur la gchette (G). La caractristique iA=f(VK) rsultante est dcrite sur la figure 4 (tat on).

Figure 3. Structure, Symbole, Caractristiques relle et idale dune diode jonction PN.





Lorsque le thyristor commence conduire, le courant de gchette peut tre annul. Le thyristor ne peut alors plus tre plac l'tat off par la gchette et se comporte comme une diode. Il se bloque seulement au moment o le courant iA sannule. En polarisation inverse, des niveaux de tension infrieurs la tension d'avalanche inverse, seul un courant de fuite ngligeable circule dans le thyristor. Dans les documentations des fabricants de composants, il existe diffrents types de conceptions des thyristors comme lindique la figure 5.

3. Transistor MOSFET Le transistor MOSFET est un interrupteur unidirectionnel en tension et bidirectionnel en courant. A lavantage dune commande relativement simple qui ncessite peu de puissance. En lectronique de puissance, il est utilis comme lment de commutation et par consquent prsente deux tats distincts.

Figure 4. Structure, Symbole, Caractristiques relle et idale dun thyristor.

Figure 6. Structure dun transistor MOSFET canal N et enrichissement, Symbole, Caractristique.

Figure 5. Diffrentes reprsentations des thyristors sur le march





4. Transistors IGBT Les concepteurs ont voulu avoir les avantages suivants : Tension leve ltat ouvert, Tension faible ltat ferm, Facile commander, Bonnes performances dynamiques. Les IGBT sont trs rpandus dans les systmes de conversion conus depuis les annes 1990. Il est utilis dans le domaine des moyennes et fortes puissances. Ce composant est command en tension. Lamorage est identique celui du MOSFET. Ces composants sont de plus en plus utiliss dans les systmes modernes de traitement de lnergie lectrique, comme les onduleurs, les redresseurs MLI, les convertisseurs multi-niveaux,

5- Thyristors GTO Par rapport au thyristor classique, le thyristor GTO est en plus commandable louverture par un courant, iG, ngatif. Ce composant entirement commandable est trois segments la diffrence des transistors prcdents. Du point de vu de sa commande, la gchette est parcourue en permanence lors de la phase de conduction, par le courant iG. Sa commande est donc plus difficile mettre en oeuvre que pour les composants grille isole. Un autre inconvnient est la prsence de pertes importantes lors de louverture.

Figure 8. Symboles, Caractristiques relle et idale dun Thyristor GTO.

Figure 7. Structure dun transistor IGBT, Symbole et Caractristiques.





6- Comparaison entre les diffrents interrupteurs entirement commandables Ce tableau reprsente les caractristiques des diffrents interrupteurs. Il est bien vident quun tel tableau ne peut pas faire apparatre les subtilits entre les diffrents semi-conducteurs. Il permet davoir une vue densemble de leurs performances.

Puissance dutilisation Rapidit de commutation BJT Moyen Moyen

MOSFET Faible Rapide IGBT Moyen Moyen GTO Fort Lent

En rsum:

Alimentation Rcepteur Convertisseurs

Alternatif (U1, f1) Continu U2 fixe ou variable Redresseur

Continu U1 Alternatif (U2 et f2 fixe ou variable) Onduleur

Continu U1 Continu U2variable Hacheur

Alternatif (U1, f1) Alternatif (U2, f2 ) Gradateur (U2 variable f2 fixe ) . Redresseur + Onduleur (U2 f2 variable)

II. LES INTERRUPTEURS ELECTRONIQUES:

Passant : iu

Bloqu: iu

La Diode .

u

iA C

I

P

BU

* Conditions de conduction : u >0 * Etat passant (P): . u 0,7V 0 et i >0 le point

de fonctionnement dpend de la charge . * Conditions de blocage : u0 et des impulsions de gchette . * Etat passant (P) : u 1,1V 0 et i>0 le point de fonctionnement dpend de la charge . * Conditions de blocage : I





7- Grandeurs caractristiques CARACTERISTIQUES DES SIGNAUX PERIODIQUES ET LEURS MESURES .

Valeur Moyenne Valeur efficace

Dfinition =

1T

Aire (i,t)= 1T

i t dtT

( )0 I= < >i 2 : Racine carre de la moyenne des carrs RMS: root mean square.

Mesure

- appareil en position continu ( ) ou DC -Un voltmtre analogique ( aiguille)

magntolectrique ( symbole : ) sur la position DC. -Un voltmtre numrique sur la position DC ( continue, =)

-Signal Alternatif sinusodal: appareil en position alternatif ou AC -Signal quelconque: RMS en position AC ou AC+DC (ci-dessous ) -Un voltmtre analogique ferromagntique

(symbole: ) sur la position AC. -Un voltmtre numrique dit RMS capable de mesurer la valeur efficace dune tension de forme quelconque sur la position AC. -Bien sr les ferromagntiques et les numriques RMS permettent de mesurer la valeur efficace d'une grandeur alternative sinusodale et ce sur les positions AC ou AC+DC.

Remarque : Composantes continue et alternative d'un signal priodique : U = + Ua.

Signal rel priodique

* Le signal rel est observ avec

l'oscilloscope en position DC * U2 =2 + UA

2 RMS (AC+DC) * ond= U

u< > =$U U

u

< >(

Composante continue

* La composante continue est la valeur moyenne du signal (supprim en position AC de l'oscilloscope )

* Appareils en position continu ( ) ou (DC) .

Composante alternative

* Signal observ avec l'oscilloscope en position AC. La valeur moyenne de la composante alternative est nulle =0 .

*Sa valeur efficace vaut : UA=

< >uA2 Appareils RMS (AC)





1- Introduction Le principe de fonctionnement consiste en une modification priodique du circuit lectrique entre les connections d'entre (rseau) et de sortie (rcepteur) du dispositif redresseur, de faon recueillir en sortie des tensions et des courants d'ondulations suffisamment faibles pour tre ngliges. Pour l'tude nous distinguerons les montages redresseurs diodes, thyristors et mixtes.

2- Plan d'tude des montages redresseurs Lors de ltude, nous considrerons que les lments lectroniques constituant les montages, diodes et thyristors, seront considrs comme des interrupteurs parfaits. En particulier on ngligera la chute de tension leurs bornes lorsqu'ils sont passants, et on supposera que les courants qui les traversent peuvent varier instantanment lors des commutations. 1- Commutation simple alternance diode 1.1- Dbit sur une charge rsistive 1- Schma de principe

2- Etude du fonctionnement Ds que la tension dentre Vs est positive, la diode devient passante jusqu' ce que le courant qui la traverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2. partir de cet instant, la diode est bloque. Par consquent, la tension aux bornes de la charge rsistive est:

===

0Uc(t)2

Pour

)sin(VVsUc(t)2

0Pour max

TtT

tTt

3- Etude des tensions

La valeur moyenne de la tension Uc(t) est donc:

VVU max2T

0max

TCCmoy

t)dtsin(T1(t)dtU

T1(t)U ====>< c

La valeur moyenne de la tension de sortie est positive et dpend uniquement des paramtres de la tension d'entre. - La tension maximale supporter par les diodes en inverse est: VDmax=VD2 (t = /2)= -Vm 4- Etude des courants

La valeur moyenne du courant ic(t) est donc: R.

t)dtsin(RT

1(t)dtiT1i(t) VVI max

2T

0

max

TCCmoy ====><

CONVERTISSEURS AC/DC

REDRESSEMENT NON COMMAND MONOPHASS

Figure 1. Montage dun redresseur monophas alimentant une charge purement rsistive

Uc

icD

is

VDVs

Tr

V1

i1On envisage une structure comportant une source sinusodale et une diode pour atteindre une chargersistive. On distingue alors les trois blocsprcdemment dfinis: une source, un commutateur et la charge.





La prsence de la diode impose que le courant ait un signe constant. La valeur moyenne de ce courant est impose par les paramtres de la source et de la charge rsistive.

Les oscillogrammes sont donns par la figure 2.

1.2- Dbit sur une charge inductive

La diode conduit ds que la tension Vs est positive.

Pour le courant ic(t), on assiste un rgime transitoire rgit par lquation diffrentielle suivante: t).sin(V(t)vRi

dtL maxeccdi ==+

La rsolution de lquation diffrentielle admet deux solutions: - Solution homogne iH(t):

RL

AvecK.(t)i 0Ridt

L edi t

HHH ===+

- Solution particulire iP(t) : ( ) Vsj.LRIp. VsR.IpIpj.L =+=+ Do:

Ainsi:

( ))tsin(

L 2R 2

Vsip(t) ++

=

Donc La solution gnrale est:

( ))tsin(

L 2R 2

VsK.ip(t) (t)i)( e t

H ++

+=+= ti G

Condition initiale :

( )0)sin(

L 2R 2

VsK.0iG(o) 0t =+

+==

( ))sin(

L 2R 2

VsK +

=

Finalement lexpression gnrale iG(t) est:

( )

++

= ).sin(-)tsin(L 2R 2

Vs)( e t ti G

Figure 2. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R.

( )

=+

=

+= R

L L 2R 2

VsIp

:Avecj.L R

VsIp

tg 1

Uc

icD

RVD

is

Vs

Tr

V1

i1

L

Figure 3. Montage dun redresseur monophas alimentant une charge inductive

En lectrotechnique les charges sont souvent combines: inductive et rsistive. Le schma permettant la nouvelle tude est ci-dessous:





On remarque la superposition du rgime transitoire (terme exponentiel) et du rgime permanent faisant apparatre le dphasage du courant sur la tension. Le courant ic ne sannule pas pour =, mais un peu au-del. La diode est alors en conduction force si bien que la tension Vs devient ngative jusqu lannulation de ic. Les oscillogrammes sont donns par la figure.

Les performances du montage sont mdiocres, la tension redresse Uc tant en partie ngative, sa valeur moyenne est diminue par rapport au cas dune charge rsistive.

1.3- Dbit sur une charge inductive avec diode roue libre Pour viter cet inconvnient, on emploie une diode Dr dite roue libre, monte en parallle inverse sur la charge inductive.

La nouvelle structure reprsente sur la figure ci-dessus, assure une phase de roue libre qui sinspire de dmagntisation du circuit inductive. Durant lalternance positive de la tension Vs, la diode D est passante, si bien que Dr est bloque. Le comportement du montage est connu. Ds que Vs sannule la diode D peut se bloquer car la diode Dr prend le relais de la conduction du courant ic dans la charge. Dr conduisant, la tension

Figure 4. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L.

Figure 6. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL avec diode roue libre

Uc

icD

RVD

is

Vs

Tr

V1

i1

LDr

iDr

Figure 5. Montage dun redresseur monophas avec diode roue libre





ses bornes Uc est nulle. Lnergie emmagasine dans linductance est dissipe dans la rsistance R et le courant ic dcrot et sannule en 0. Lannulation du courant caractrise un fonctionnement en conduction discontinue. Si lnergie est suffisante, le courant ne sannule pas, cest la conduction continue.

2- Commutation parallle simple - P2 diodes 1- Schma de principe Le montage redresseur P2 diodes est constitu de deux diodes connectes en sortie d'un transformateur point milieu:

2- Etude du fonctionnement A partir du rseau monophas, on obtient par l'intermdiaire du transformateur point milieu deux tensions sinusodales V1 et V2 de mme amplitude et dphases entre elles de :

V2(t) = Vm sin t = Vm sin (t + ) = - V1(t) =-Vm sin t Les diffrentes phases de fonctionnement du montage sont alors dcrites par le tableau suivant:

Intervalles Diode passante Tensions aux bornes des diodes bloques Tension redresse0 t < D1 VD2 = V2 - V1 + VD1 V2 - V1 Uc = V1

t < 2 D2 VD1 = V1 - V2 + VD2 V1 - V2 Uc = V2 3- Etude des tensions - Valeur moyenne de la tension redresse est donne par:

[ ]

2V tcos

V tt.dsin.V1(t)dtU

T1u m0m

0m

TCmoyU =====><

- Tension inverse maximale aux bornes des diodes bloques

La tension aux bornes de la diode Di est: VDi = VDj - Vj + Vi Vi - Vj i {1,2} j {2,1} 0 t < VD2 V2 - V1 = -2Vm sin t t < 2 VD1 V1 - V2 = 2Vm sin t La tension maximale supporter par les diodes en inverse est: VDmax=VD2(t = /2)=-2Vm 4- Etude des courants Les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants:

{ }1,2i2

dt .(t)T1,

2dt .(t)i

T1 IiiIiIi c

T

2ieff

c

Timoycmax =====

3- Commutation parallle double - PD2 diodes 1- Schma de principe Le montage redresseur PD2 diodes, ou pont de Gratz, est constitu de quatre diodes connectes deux par deux en inverse:

D1 D4

D2 D3

VS UC

ic

UD1

iD1

is

Uc ic

i2

V1

Tr

V

i

VD1

D1

VD2

D2

Charge

V2

i1

Figure 7. Montage dun redresseur monophas point milieu

Figure 8. Montage dun redresseur monophas alimentant une charge inductive





2- Etude du fonctionnement Les diffrentes phases de fonctionnement du montage sont alors dcrites par le tableau suivant:

Intervalles Diodes passantes Tensions aux bornes des diodes bloques Tension redresse

0 t < D1, D3 VD2=-Vs+VD1-Vs VD'1=-Vs + VD'2 -Vs Uc = Vs

t < 2 D2, D4 VD1 = Vs + VD2 Vs VD'2 = Vs + VD'1 Vs Uc = - Vs

3- Etude des tensions - La valeur moyenne de la tension redresse est donne par:

[ ]

2V tcosV tt.dsin.V

1(t)dtU

T1u m0m

0m

TCmoyU =====><

- La tension maximale supporter par les diodes en inverse est: VDmax=VD2 (t = /2)= -Vm 4- Etude des courants Les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants:

{ }1,2i2

dt .(t)T1,

2dt .(t)i

T1 IiiIiIi c

T

2ieff

c

Timoycmax =====

On supposera que la charge est suffisamment inductive pour maintenir le courant de sortie constant. Les oscillogrammes sont donns par la figure.

Figure 10. Forme donde sur un pont de greatz

(redresseur double alternance) Figure 9. Forme donde sur un point milieu

(redresseur double alternance)





1- Commutation simple alternance thyristor Un montage redresseur command permet dobtenir une tension continue rglable (de valeur moyenne non nulle) partir dune tension alternative sinusodale (de valeur moyenne nulle). Lutilisation de commutateurs commandable tels que les thyristors permet de raliser des redresseurs dont la tension moyenne de sortie peut varier en fonction de langle damorage des commutateurs.

1.1- Dbit sur une charge rsistive: t = t0, on amorce le thyristor en agissant sur sa gchette. Il se met en rgime de conduction jusqu' ce que ic(t) s'annule linstant t=T/2, puis il se bloque spontanment. Il restera alors bloqu jusqu' ce qu'il soit ramorc. L'angle correspondant t0 (=2.t0/T) s'appelle l'angle de retard l'amorage. Par consquent, la tension aux bornes de la charge rsistive est:

[ ]

=

==

0Uc(t),2

,0Pour

)sin(VVsUc(t)2

,Pour max

TT

tT

Les oscillogrammes sont donns par la figure.

3- Etude des tensions : La valeur moyenne de la tension Uc(t) est donc:

( ) cos1t)dtsin(T1(t)dtU

T1(t)U VVU max

2T

maxT

CCmoy +====>< c La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut tre ajuste en fonction de la valeur de langle de retard lamorage . 4- Etude des courants

La valeur moyenne du courant ic(t) est donc: ( ) cos1R.t)dtsin(RT1(t)dti

T1i(t) VVI max

2T

max

TCCmoy +====><

REDRESSEMENT COMMAND MONOPHASS

Figure 2. Forme donde redressement command monoalternance sur charge rsistive

Ucic

is

RVs

Tr

V1

i1

VTh

Th iG

Figure 1. Montage dun redresseur monophas alimentant une charge purement rsistive





1.2- Dbit sur une charge inductive En lectrotechnique les charges sont souvent combines: inductive et rsistive. Le schma permettant la nouvelle tude est reprsent sur la figure 3.

Lexpression gnrale iG(t) est: : ( ) ( ) ( )

= )(LR

Mc esintsinZ

Vti

Les performances du montage sont mdiocres, la tension redresse Uc tant en partie ngative, sa valeur moyenne est diminue par rapport au cas dune charge rsistive. Pour viter cet inconvnient, on emploie une diode Dr dite roue libre, monte en parallle inverse sur la charge inductive.

1.3- Dbit sur une charge inductive avec diode roue libre La nouvelle structure reprsente sur la figure 4,

2- Commutation parallle simple - P2 thyristors 1- Schma de principe

Figure 5. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL.sans et avec diode

Uc ic

i2

V1

Tr

V

i

VTh1

Th1

VTh2

Th2

Charge

V2

i1

Figure 6. Redresseur command point milieu

i2

Uc

ic

V2

Tr

V1

i1

Dr

iDr

VTh

Th

Figure 4. Charge R-L avec diode roue libre

Uc

ici2

V2

Tr

V1

i1

VTh

Th

Figure 3. Montage dun redresseur avec une charge inductive

Le montage redresseur P2 thyristors est constitu de deuxthyristors connects en sorties d'un transformateur pointmilieu. A partir du transformateur point milieu deux tensionssinusodales V1 et V2 dphases entre elles de : V1(t) = Vm sin t = - V2(t)





Les impulsions de dblocage sont envoyes sur les gchettes des thyristors respectivement aux angles. Pour Th1 t = + 2k Pour Th2 t = (+) + 2k 2- Etude du fonctionnement Les diffrentes phases de fonctionnement du montage sont alors dcrites par le tableau suivant:

Intervalles Thyristors passants Tensions aux bornes des thyristors bloqus Tension redresse t < 2 + Th1 VTh2 = V2 - UC Uc = V1

+ t /2 VThmax = Vth2 (t = 3/2 ) = 2Vm 2- Commutation parallle double - PD2 thyristors Le montage redresseur PD2 thyristors est constitu de quatre thyristors connects deux par deux en inverse: Les impulsions de dblocage sont envoyes sur les gchettes des thyristors respectivement aux angles. Pour th1 et th4 t = +2k, Pour th2 et th3 t = (+)+2k Les diffrentes phases de fonctionnement du montage sont alors:

Intervalles Thyristors passants Tensions aux bornes des thyristors bloqus Tension redresse

t < + th1, th4 Vth2 = -Vs +Vth1 -Vs Vth3 = -Vs+Vth4 -Vs Uc= Vs

+t< +

+

Deux cas sont considrer:

- /2, la valeur moyenne de la tension redresse est positive, le transfert de puissance se fait du cot alternatif vers le cot continu, le systme fonctionne en redresseur. - > /2, la valeur moyenne de la tension redresse est ngative, le transfert de puissance se fait du cot continu vers le cot alternatif, le systme fonctionne en onduleur. Le rseau continu nanmoins imposer la frquence et fournir de la puissance ractive, d'o la prcision parfois ajoute dans la dnomination d'onduleur non-autonome. 2- Etude des courants Les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants sont:

{ }1,2i2

dt .(t)T1,

2dt .(t)i

T1 IiiIiIi c

T

2ieff

c

Timoycmax =====

VThmax = 2Vm

Uc(t)

ic

Ve(t)Secteur

SONELGAZ

Th1 Th2

Th4Th3

i

UTh1

iTh1

Figure 7. Redresseur command en pont sur charge R L.






3- Commutation parallle double - PD2 mixte 1- Schma de principe Le montage redresseur PD2 mixte de deux thyristors Et de diodes connects comme suit:

2- Etude du fonctionnement Les impulsions de dblocage sont envoyes sur les gchettes des thyristors respectivement aux angles. Pour th1 t = +2k, Pour th2 t = (+)+2k Les diffrentes phases de fonctionnement du montage sont alors dcrites par le tableau suivant:

Intervalles Elments passants Tensions aux bornes des lments bloqus Tension redresse

t





3- Etude des tensions - La valeur moyenne de la tension redresse est donne par:

[ ] ( )cos 1.

V tcos

V tt.dsin.V1(t)dtU

T1u mmm

TCmoyU +=====><

- Tensions maximales aux bornes des diodes et des thyristors bloqus

/2 Vthmax = Vth2 (t = /2 ) = -Vm > /2 Vthmax = Vth2 (t = 3/2 ) = + Vm La tension maximale supporter par les diodes en inverse est VDmax = VD1 (t = /2) = -Vm 4- Etude des courants Les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants sont:

{ }1,2i2

dt .(t)T1,

2dt .(t)i

T1 IiiIiIi c

T

2ieff

c

Timoycmax =====


VD1 = - Vs + VD2 -Vs

Figure 13. Forme donde sur un pont mixte (redresseur double alternance)

Phase de roue libre Phase de rcupration





1- Commutation parallle simple P3 diodes 1- Schma de principe


Intervalles Diode passante Tensions aux bornes des diodes bloques Tension redresse

/6t





La tension maximale supporter en inverse par les diodes est : ( ) mD2Dmax V33tVV === 4- Etude des courants Les formes d'ondes des courants dans ces dernires:

D'o les expressions de imax, imoy et ieff, les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants:

{ }1,2,3 i3

dt .(t)T1,

3dt .(t)i

T1 IiiIiIi c

T

2ieff

c

Timoycmax =====

2- Commutation parallle double PD3 diodes 1- Schma de principe

.


Intervalles Diodes passantes Tension aux bornes de la diode D2 Tension redresse /6 t < /2 D1, D5 VD2 = VD1 - Vs1 + Vs2 Vs2 - Vs1 Uc = Vs1 - Vs2 /2 t < 5/6 D1, D6 VD2 = VD1 - Vs1 + Vs2 Vs2 - Vs1 Uc = Vs1 - Vs3 5/6 t < 7/6 D2, D6 VD2 = 0 Uc = Vs2 - Vs3 7/6 t < 3/2 D2, D4 VD2 = 0 Uc = Vs2 - Vs1 3/2 t < 11/6 D3, D4 VD2 = VD3 - Vs3 + Vs2 Vs2 - Vs3 Uc = Vs3 - Vs1 11/6 t < 13/6 D3, D5 VD2 = VD3 - Vs3 + Vs2 Vs2 - Vs3 Uc = Vs3 - Vs2

D1

D4

iR

UD1

D2

D5

D3

D6

iD1

V1

V2V3

N

AA

B

R

S

T

UcLe montage redresseur PD3 diodes estconstitu de six diodes, connectes deux par deux en inverse





Les trois diodes D1, D2, D3 forment un commutateur plus positif, qui laisse passer tout instant la plus positive des tensions, et les diodes D4, D5, D6 forment un commutateur plus ngatif, qui laisse passer la plus ngative des tensions. La tension redresse est tout instant la diffrence entre ces deux tensions, soit :

3- Etude des tensions La valeur moyenne de la tension redresse est donne par:

V33

.d3

2-sin-sin.V2 3(t)dtU

T1U m

2

6

mT

CmoyU =

===> /2, la valeur moyenne de la tension redresse est ngative ainsi donc que la puissance active; le transfert de puissance se fait du cot continu vers le cot alternatif, le systme fonctionne en onduleur ou redresseur invers. Le rseau continu nanmoins imposer la frquence et fournir de la puissance ractive, d'o la prcision parfois ajoute dans la dnomination d'onduleur non-autonome. - Tensions maximales aux bornes des thyristors bloqus

Lorsque le thyristor thi (i{1, 2, 3}) est passant, la tension aux bornes de thj bloqu (j{1, 2, 3}) est: Vthj = Vthi - Vsi + Vsj Vsj - Vsi i {1, 2, 3} j {1, 2, 3} Considrons, par exemple, le thyristor th2, la tension ses bornes a l'allure suivante:

La tension maximale supporter par les thyristors est : mthmax V3V = 4- Etude des courants Le courant de sortie tant considr comme constant, de valeur Ic, et les thyristors parfaits, on dduit de l'tude du fonctionnement les formes d'ondes des courants dans ces derniers:





i1, i2, i3 sont respectivement les courants dans les thyristors th1, th2, th3. D'o les expressions de imax, imoy et ieff, les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants:

{ }1,2,3i3

dt .(t)T1,

3dt .(t)i

T1 IiiIiIi c

T

2ieff

c

Timoycmax =====

2- Commutation parallle double PD3 thyristors

iR'

UTh1iTh'1

V'1

V'2V'3

N'

A'A

B'

R'

S'

T'

U'c

Th'1

Th'4

Th'2 Th'3

Th'5 Th'6





1- Introduction Un gradateur est un interrupteur statique caractriser par un fonctionnement avec un phnomne de commutation naturelle.

1- Schma de principe Llment de base est form de deux thyristors monts en ttes bches (ou en anti-parallle) et placs entre la source et le rcepteur (figure 1). La source de la tension Vs est suppose parfaite; elle fournit une tension sinusodale.

2- Etude du fonctionnement Quand on envoie une impulsion sur la gachte dun des deux thyristors, celui-ci conduit si la tension appliqu entre son anode et sa cathode est positive puis il se bloque lorsque le courant qui le traverse sannule. Le fonctionnement du gradateur monophas doit tre envisag suivant la nature de la charge 1-Charge rsistive :

Les thyristors sont dbloqus avec un retard en angle de , c'est dire que des impulsions de dblocage sont envoyes sur les gchettes des thyristors respectivement aux angles. Pour Th1 t = + 2k Pour Th2 t = (+) + 2k 2- Etude du fonctionnement Les diffrentes phases de fonctionnement du montage sont alors dcrites par le tableau suivant:

Intervalles Thyristors passants Tensions aux bornes des thyristors bloqus Tension redresse 0 t < Aucun VTh2 = V2 - UC Uc = V1 t





2- Charge rsistive et inductive: Dans le cas dune charge inductive nous devons tenir compte de la valeur relative du retard lamorage , et du dphasage propre du circuit . Ce dernier rduit la plage de variation de langle . Pour un circuit R-L srie (Figure 3), savons que:

22

L RZetR

L tg +==

Lors de lallumage, lexpression du courant est donne par :

t).sin(V(t)vRidt

L maxeccdi ==+

Solution homogne iH(t) donne: RL

AvecK.(t)i 0Ridt

L edi t

HHH ===+

Solution particulire iP(t) donne: )tsin(Vip(t) smax =Z

Do, la solution gnrale iG (t) est :

( ) e tG K.tsinZVsmax(t)i +=

Les conditions initiales : t = iG=0 ( )

== ee .t-smax

H.smax )sin(V(t)isinZ

VK

Z

Ainsi:

= e .t-smax

G )sin(-)tsin(V(t)i

Z Lanalyse du courant iG(t), permet davoir trois cas possibles suivant le signe de (-). Cas o = [ ])tsin(V(t)i smaxG =

Z. Cas o (





.

Cas o (

Figure 4. Allure de la tension et du courant aux bornes de la charge R-L avec =

Figure 6. Les allures de la tension et du courant aux borne de R-L pour >





1. LES HACHEURS Les hacheurs sont des convertisseurs directs du type continu-continu. Leur utilisation permet la conversion et le traitement de lnergie lectrique dans des structures o napparaissent que des sources dnergie courant continu avec souplesse. Le principe du hacheur est bas sur louverture et la fermeture rgulire dun interrupteur statique (thyristor ou transistor) faisant partie dun circuit lectronique gnralement simple plac entre lentre (la source dnergie) et la sortie (utilisateur).le rglage relatif des temps douverture et de fermeture de linterrupteur permet le contrle de lchange dnergie.

2- Hacheur Srie: hacheur survolteur Il est appel aussi abaisseur de tension, dvolteur, Buck converter. Ce hacheur commande le dbit dun gnrateur de tension Vs, dans un rcepteur de courant.

2.1-Charge rsistive :

Rapport cyclique : Le rapport cyclique est le rapport entre le temps de conduction de linterrupteur, et, la priode du signal. Cest un nombre sans dimension, not , compris entre 0 et 1. tf: temps de fermeture .et to: temps douverture. On dfinie le rapport cyclique

signaldu priodeurinterruptel' de conduction de temps

Ttf ==

Valeur moyenne de Uc:

La tension moyenne et le courant moyen sont respectivement .EUc = et RE

. =R

cUcI =

CONVERTISSEURS DC/DC

VS

ic

UC

Etat 0 : H ouvert ic=0 Etat 1 : H ferm ic= E

R

H

UcE

iCiH

RUH

Figure 3. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R.

Uc (V)

t (ms)

E

0

ic (A)

Ouvert Interrupteur Ferm Ferm

t (ms)

0

E/R

UH (V)

t (ms)

T

E

tf t0

Figure 1. Structure dun convertisseur statique Continu - Continu





2.2- Charge rsistive et inductive:

Fonctionnement: On ferme H courant dans la charge (accumulation de lnergie) On ouvre H dcharge de inductance travers la diode (priode de roue libre).

E dt

dicL Ric Uc =+=

Aprs que le rgime transitoire est disparu, on trace lallure du courant de charge en rgime permanent et on suppose t=0 , ic(0)=Imin et t=tf, Ic(tf)=Imax.

RL= avec )(c

REAeti

t +=

3- Linarisation du courant ic Lorsque x est grand on approxime e-x par une droite et par consquent la fonction ic(t) dans chaque phase tend devenir affine (rectiligne). De cette constatation, on va faire une approximation chaque phase de fonctionnement de remplacer le terme R.ic par le terme .IcR . Il est remarquer que .E Uc.IcR Ec ==+

+=+=

dtdicL E 0

dtdicL + Ic R. + Ec =0ouvert H

dtdicL E E

dtdicL + Ic R. + Ec = E ferm H

H ferm : === cteL)(1E

dtdic

) -E(1dtdicL t

L)(1E ic(t) Imax+=

( t = 0, ic = Imin) t1= tf = .T o H va tre ouvert I.TL)(1EI minmax +=

0 tf t (ms)

Imax Uc(V), ic(A)

t0 T

Imin

ouvert fermferm ouvert Interrupteur Figure 5. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R.

H

Dr UcE

iCiH

iD

R

LUH

UDr





H ouvert: EL-

dtdic

.E -dtdicL ==

ic(tf)=Imin minILT)E(t ic(t) += t2=T o H va tre ferm ic=Imax. minmax IL

)TE(1I += Pour calculer la valeur moyenne de lintensit du courant dans la charge, nous utiliserons le fait que lintensit ic est porte par des segments de droites, la valeur moyenne se calcule donc en prenant les deux extremums, et en calculant directement la moyenne entre eux.

2II I CmCMC

+= Pour calculer la valeur moyenne du courant dans la diode et linterrupteur lectronique, nous utiliserons la mme mthode des aires que celle utilise pour calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge. I)1( I CD .= I I CH .= 2.3- Charge comportant un lectromoteur:

H

DrUcE

iC

MCC

L

iH

iD

Uc

MCC

L

EC

R

L

OuvertInterrupteur

Uc (V)

UH (V)

Ferm Ferm

t (ms)

t (ms) t1 T

0

E

E T

tf t0

ic (A)

t (ms)

t (ms)

t1 T 0

Icmin in

iDr (A)

t (ms)

iH (A)

Icmax Icmin

Icmax

Icmax Icmin

Figure 6. Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L.





1- Conduction interrompue:

H est ferm Ec dtdicL R.ic E Uc ++== , on dfinie tr temps de roue libre

to>tr le courant sannule avant la fermeture de H et Imax=0 on distingue 3 phases. H ferm: ic croit de 0 Imin et Uc = E H ouvert et D passante : ic dcrot de Imin 0 et Uc=0 H ouvert et D non passante: ic=0 et Uc=Ec 2- Conduction ininterrompue: t0





1- Rglage T constant et Tf variable:procd valable pour la puissance T=Tf + to (avec tf:temps de fermeture et to:temps douverture)

or )t(TTt

2LE)

Tt(1

Tt

2LET

)(1f1

2LE

2L)ET(1Ic ffff ==== )

Tt(1t

2LE

Ic ff =

Londulation est maximale

== 0,5= 021 ic . Pour

8LET

Icmax,50 = = Pour une valeur donne de T donc de la frquence de fonctionnement du hacheur, londulation c est thoriquement nulle pour = 0 et =1. Londulation passe par un maximum pour =0,5 cest dire pour une tension de sortie moiti de la tension dentre. Londulation est inversement proportionnelle la frquence, ce type de rglage ne fournit pas des tensions de sortie trs basses surtout si la frquence est leve (T petite) car le rapport cyclique ne peut descendre au dessous dune valeur minimale qui dpend de linterrupteur et du circuit de commande, or dans de nombreux cas on est appel fonctionner avec des tensions de sortie voisines de zro par exemple dans le cas du dmarrage dune machine courant continu.

2- Rglage tf constant et T variable: cas des hacheurs autonomes auto-oscillant

)(1t

2RE)

Tt(1t

2REI fff == c

- Londulation sera dautant plus faible que le temps tf est trs petits. Ce type de rglage est particulirement bien adapt au cas ou la tension de sortie du hacheur doit prendre des valeurs trs faibles. Pour la commande des machines on est amen raliser des commandes frquences variables et rapport cycliques variables.

3- Hacheur parallle: hacheur survolteur Par rapport la prcdente structure, les rles de gnrateur et de rcepteur sont inverss entre la source de tension et la source de courant :

Dans un premier temps tf. Th ferm on stocke directement lnergie lectromagntique dans linductance L (Uc=0). Dans un second temps, on ouvre Th(commutation force) linductance L se dcharge travers D, donc E>E Uc=E.

La valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge:





== TT EdtETUc )1(''1 or E =VLmoy + Ucmoy = Ucmoy = Uc , car la valeur moyenne VLmoy est nulle, toute lnergie emmagasine pendant tf est restitue pendant to donc:

1E E')-(1E' E Uc = ==

Ce hacheur est lvateur de tension de mme Isortie=(1- )Ientre. 4- Hacheur survolteur-dvolteur

Dans un premier temps la source E est ferme sur une inductance qui stocke de lnergie.

Dans un second temps to, la source est dconnecte et linductance restitue lnergie accumule la charge (reprsente par une fcem fictive E).

E-1=E' 0E'E'.E

TE'tE'

TE.TdtE'

T1Edt

T1V

T

tf

tf

0

f.flmoy ==+=+=

On a un hacheur abaisseur par 0,5 cmoymoy i1

i =

La puissance transite cmoymoy i1

EE.iP = =

5. Rversibilit des hacheurs Pour transfrer lnergie dune source E une charge se prsentant comme une fcem E telle que E< E lutilisation dun montage type dvolteur simpose.





Pour inverser le sens du transfert de lnergie, il faut bien entendu que la source E soit susceptible de recevoir de lnergie, la charge susceptible den fournir do lutilisation du montage survolteur. La charge peut tre un moteur courant continu par exemple.

5.1. Hacheur rversible en tension (deux quadrants). La structure recherche doit permettre une rversibilit en tension de la source de courant qui reste unidirectionnelle en courant. Pour un MCC, le convertisseur doit permettre un fonctionnement rversible (moteur-gnratrice) par rversibilit du flux dexcitation. La rversibilit ntant pas la mme dans les deux sources, les phases actives de fonctionnement dans les deux cas ncessitent un croisement de linterconnexion des sources. La combinaison des deux structures nous permet de concevoir un montage dont le schma de principe est celui ci.

Ce montage ncessite linversion de la polarit de la fcem E, Pour passer au fonctionnement dvolteur un fonctionnement survolteur, si la charge est un induit dune MCC on inversera la polarit de linducteur.





E'1)E(2 Vmoy = Le sens du courant dans la charge reste le mme, mais la tension E peut varier entre E et -E.

5.2- Hacheur rversible en courant (2 quadrants). Les sources dentre et de sortie sont toujours de natures diffrentes, mais la structure recherche doit permettre une rversibilit en puissance moyenne du dispositif. Pour fixer les ides, cette structure doit pouvoir sappliquer lalimentation dune MCC par un hacheur et permettre des phases de traction et de freinage sans rversibilit de la vitesse (tension unidirectionnelle), mais avec rversibilit de couple (rversibilit de courant). Puisquon na pas de rversibilit en tension, les modes dinterconnexion des deux sources sont reprsents sur la figure , qui se comporte : - Comme un hacheur dvolteur lorsque la source de courant impose un courant positif (I > 0) ; - Comme un hacheur survolteur lorsque la source de courant impose un courant ngatif (I < 0). La combinaison des structures (hacheurs parallle-hacheur srie) nous permet de raliser le montage suivant:

On commande alternativement Th1 et Th2 pour obtenir un changement de signe de la valeur moyenne du courant ic, alors que le signe de Ec reste le mme.

dic>0; Vc=E (ic>0) dic0) Th2 est susceptible de conduire, il conduit au moment o le courant de charge ic sannule.





La bobine se charge (accumulation de lnergie).

VA-VB=Ec+VL avec VL=Ldicdt

0,5 E > 0 i et w (nergie) sens 1 < 0,5 E < 0 i et w sens 2 ic dans le sens 1

- Th2 et Th3 commands; Th1 et Th4 bloqus.

si > 0,5 E> 0 i et w sens 2 si < 0,5 E< 0 i et w sens 1





1- Onduleur autonome: Un onduleur autonome est un convertisseur statique (Continu Alternatif) fournissant partir dune source de courant continu une onde de tension ou de courant de frquence variable. - Un commutateur de tension est un onduleur dont londe de tension est impose la charge. - Un commutateur de courant est un onduleur dont londe de courant est impose la charge. Un onduleur est assist, si la frquence et la tension sont imposes par le rseau, dans le cas prsent nous pourrons rgler la frquence et la tension, l'onduleur sera donc autonome.

2- Onduleur deux interrupteurs lectroniques: 2.1- Charge rsistive: Deux alimentations dlivrant deux tensions, continues et gales, alimentent une charge rsistive par lintermdiaire de deux interrupteurs H1 et H2. Ces deux interrupteurs peuvent tre des transistors ou des thyristors, composants lectroniques unidirectionnels commands. Ils sont tels que si le premier est ouvert, l'autre est ncessairement ferm et inversement. Le basculement des interrupteurs est pratiquement instantan. Le montage est donn par la figure suivante.

La tension Uc ne peut donc prendre que les deux valeurs suivant le cas:

H1 ferm H2 ouvert Uc = E. H1 ouvert H2 ferm Uc = -E.

La valeur moyenne de Uc est cU =0V de mme pour le courant cI = 0A.

CONVERTISSEURS DC/AC

VS

ic

UC

Figure 1. Structure dun convertisseur statique Continu - Alternatif

Figure 2. Reprsente un onduleur deux interrupteurs

R

E

Uc

H1

H2E

ic





La valeur efficace de Uc est Uc = E. et pour le courant est RE Ic = .

La frquence f = T1 est impose par le dispositif de commande des interrupteurs.

A partir de deux tensions continues fixes, nous avons maintenant un courant alternatif de frquence rglable.

2.2- Charge rsistive et inductive: Pour une charge fortement inductive. Ce nouveau composant oblige ladjonction de deux diodes montes en antiparallle sur les interrupteurs comme lindique la figure 4. Elles permettent ainsi la bobine, de restituer lnergie emmagasine, lors de louverture des interrupteurs, permettant au courant de ne pas subir de discontinuit. La tension Uc ne peut donc prendre que les deux valeurs suivantes :

H1 ferm H2 ouvert Uc = E. H1 ouvert H2 ferm Uc = -E.

La reprsentation de la tension Uc ne change pas avec la charge, les calculs des valeurs moyenne et efficace seffectuent comme prcdemment (Charge rsistive). Les diodes D1 et D2 ne jouent aucun rle dans la reprsentation de la tension.

E

Figure 3. Chronogrammes de la tension et du courant pour une charge R.

Figure 4. Reprsente un onduleur deux interrupteurs alimentant une charge inductive

D1

R-L

EH1

H2E

D2

Uc

ic

H2 ferm H1 fermElments Conducteurs H1 ferm -E

T2T

2T3

E/R

t (ms) 0

Uc(V), ic(A)

- E/R





Le courant ic nest plus la rplique de la tension, lintensit du courant dans la charge peut tre positive alors que la tension ses bornes est tantt positive et tantt ngative, il en est de mme lorsque lintensit du courant ic est ngative, les diodes sont donc essentielles dans ltude de la circulation du courant. Ltude porte essentiellement sur la circulation du courant. Le signe de Uc et le sens de ic, indique les composants passants et non passants. Toutes les donnes sont contenues dans le tableau suivant:

Temps Courant ic Tension Uc Interrupteurs Commands Elments Passants 0 < t < t1 ic < 0 Uc > 0, Uc =E H1 : ferm D1 Passante

t1 < t < ic > 0 Uc > 0, Uc =E H1 : ferm H1 Passante

< t < t2 ic < 0 Uc < 0 , Uc =-E H2 : ferm D2 Passante

T2 < t < T ic > 0 Uc < 0, Uc =-E H2 : ferm H2 Passante

- Fonctionnement:

Lorsque le produit Uc.ic >0 : la charge reoit de l'nergie lectrique. Lorsque le produit Uc.ic





3- Onduleur quatre interrupteurs lectroniques (Onduleur en pont): Ce type donduleur comporte quatre diodes sont montes en antiparallle sur quatre interrupteurs lectroniques unidirectionnels et commands comme lindique la figure 6. La tension de sortie a une valeur rglable grce au dcalage de langle dallumage es interrupteurs statiques. . 3.1- Commande symtrique: La commande du pont est symtrique H1 et H3 sont ferms simultanment pendant la moiti de la priode. Le reste de la priode voit la fermeture des interrupteurs H2 et H4. Lorsque H1 et H3 sont ferms, les deux autres interrupteurs sont ncessairement ouverts. La tension Uc ne peut donc prendre que les deux valeurs suivantes :

H1 et H3 ferms H2 et H4 ouverts U = E. H2 et H4 ferms H1 et H3 ouverts U = - E.

- Etude des squences de conduction :

Toutes les donnes sont contenues dans le tableau suivant :

Temps Courant ic Tension Uc Interrupteurs Commands Elments Passants t1 < t 0 Uc > 0 H1 et H3 ferms H1 et H3 passants

2T < t < t2 ic > 0 Uc < 0 H2 et H4 ferms D2 et D4 passantes

t2 < t < T ic < 0 Uc < 0 H2 et H4 ferms H2 et H4 passants

0 < t < t1 ic < 0 Uc > 0 H1 et H3 ferms D1 et D3 passantes

2T t t1





T t t2 0 H1 et H3 ferms H1 et H3 passants

t1 < t < 2T ic > 0 Uc = 0 H3 et H4 ferms H3 et D4 passants

2T < t < tb ic > 0 Uc < 0 H2 et H4 ferms D2 et D4 passants

tb < t < t2 ic < 0 Uc < 0 H2 et H4 ferms H2 et H4 passantes t2 < t < T ic < 0 Uc = 0 H1 et H2 ferms H2 et D1 passants 0 < t < ta ic < 0 Uc > 0 H1 et H3 ferms D1 et D3 passantes

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Figure 7. Chronogrammes de la tension et du courant pour une Commande symtrique.

Uc (V), ic (A) E

-E

t (ms)

0 t2 t1+T t1 T2T

2T3

H1 D1 D3 H3

D2 D4

H2 H4

H1 D1 D3 H3 H3

D2 D4

Elments Conducteurs





Etude du fonctionnement :

Lorsque Ucic >0: la charge reoit de l'nergie lectrique. Lorsque Ucic





La charge est inductive, le courant dans la charge ic est sinusodal. Le courant ic est en retard par rapport la tension aux bornes de la charge, il est reprsent ci aprs: La valeur moyenne de Uc est : cU = 0V ; la valeur efficace de Uc est:

Tt2 E Uc 1= .

4. Onduleur de tension triphase: Un onduleur triphas se comporte de trois phases dont les ondes de tensions sont dphass respectivement de 2/3 et 4/3 par rapport lune delles. Nous nous intresserons uniquement la structure de l'onduleur trois bras et interrupteurs en srie. Considrons le schma ci-dessous (trois onduleurs monophass en pont). On suppose que la charge est suppose quilibre Nous avons immdiatement les relations suivantes au niveau de la charge :

=++=++

0VVV0iii

321

321 et

===

(3)VVU(2)VVU(1)VVU

1331

3223

2112

En effectuant membre membre la diffrence entre les quations ( 1 ) et ( 3 ), on obtient :

13213112 3.VVV2.VUU == On arrive ainsi l'expression de la tension simple : )U.(U3

1V 31121 = Et par permutation circulaire des indices 1,2,3, on peut tablir les expressions des deux autres tensions simples

)U.(U31V 12232 =

)U.(U31V 23313 =

E1

23

Charge triphase

N

T1 D1 T2 D2

T4 D4 T5 D5

T3 D3

T6 D6

i1i2

i3V3

isA

B

V1

Figure 9. Reprsentation dun onduleur triphas





Reprsentons les diffrentes allures des graphes des tensions simples v1 et v2 que nous allons construire partir des tensions composes.

Figure 10. Chronogrammes des tensions dun onduleur de tension triphas

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