polycopie de cours ppt lge604 20012 bf

University of Sciences and Technology Houari BoumedieneLaboratoiry of Instrumentation (LINS) Algiers – ALGERIA

E-mail: [email protected]

USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique

Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE

http://www.usthb.dz

ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

Dr.F.BOUCHAFAA 1

PLAN DE TRAVAILPLAN DE TRAVAIL

Les thyristors

Les interrupteurs semi conducteurs

Applications des convertisseurs statiques

Les diodes

Les transistors

1

4

6

2

5

Constitution des convertisseurs statiques3

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene

Dr.F.BOUCHAFAA 2



Dr.F.BOUCHAFAA 3

Dr.F.BOUCHAFAA 4


Actuellement, on nActuellement, on n’’utilise pratiquement que des composants formutilise pratiquement que des composants forméés de semis de semi--conducteurs.conducteurs.

Les puissancesLes puissances commandablescommandables couvrent une large plage. Il existe en effet descouvrent une large plage. Il existe en effet descomposants capables supportercomposants capables supporter àà ll’é’étattat OFFOFF des tensions de plusieursdes tensions de plusieurs centaines decentaines devoltsvolts, et, et àà ll’é’étattat ONON des courants de plusieursdes courants de plusieurs milliers dmilliers d’’ampampèèresres..

La puissance que peutLa puissance que peut «« commandercommander »» un tel composant est le produit du courant maximumun tel composant est le produit du courant maximum(qu(qu’’il peut supporteril peut supporter àà ll’é’état conducteur) par la tension maximum (qutat conducteur) par la tension maximum (qu’’il peut supporteril peut supporter àà ll’é’étattatbloqubloquéé) .) .

En fait, les composants ne sont pas idEn fait, les composants ne sont pas idééaux et dissipent donc de la puissance sous forme deaux et dissipent donc de la puissance sous forme dechaleur. La puissance quchaleur. La puissance qu’’un composantun composant éélectronique de puissance peut dissiper en chaleur estlectronique de puissance peut dissiper en chaleur estcependant trcependant trèès infs inféérieurerieure àà la puissance qula puissance qu’’il peut commander : il ne faut pas confondre les deuxil peut commander : il ne faut pas confondre les deuxnotions.notions.

Dr.F.BOUCHAFAA 5


Commande, Contrôle

Système

ElectrotechniqueEnergie Energie

Système

Electronique

(Automatique, Informatique

Alimentation

Information

Signal

Information

Signal

Dr.F.BOUCHAFAA 6

Énergie électrique

fournie parl’alimentationélectrique

disponiblesur la charge

Énergie électrique


CONVERTISSEURSATIQUE

Interface


I

t

I

t

I

t

I

tI

t

I

t

I

t

I

t

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L’Énergie Électrique est disponible soit sous forme:

Continue (batterie d’accumulateurs, génératrice à courantcontinu, cellules photovoltaïques, pile à combustible, …).

Alternative (réseau de distribution électrique, alternateurs)

La charge peut nécessiter une alimentation en alternatif ou en continu. Il existe doncquatre fonctions de base des convertisseurs statiques.


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Les sources et les récepteurs alimentés par les différents convertisseurs d’énergie

Source alternative Récepteur alternatif

Récepteur continuSource continue

Gradateur

Redresseur

Onduleur

Hacheur

Action sur lavaleur efficace

Action sur lavaleur moyenne

I

t

I

t

I

t

I

t

I

t

I

t

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Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source alternative etune charge alimentée en continu, est appelé : Redresseur (Rectifier).

A- Conversion Alternatif – Continu (AC/DC):


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B- Conversion Continu – Continu (DC/DC):

Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue etune charge alimentée en continu, est appelé : Hacheur (Chopper).


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C- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC):

Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une chargealimentées suivant le type de charge, ce convertisseur est appelé onduleurautonome ou assisté.


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D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC):

Ces convertisseurs permettent d’obtenir une tension alternative variable defréquence constante ou variable, à partir d’une source alternative.

2. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tensionalternative de valeur efficace variable et de fréquence variable inférieure à lafréquence de la source. C’est le cyclo-convertisseur.

1. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tensionalternative variable. C’est le gradateur


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Un convertisseur statique est dit réversible lorsque l’énergie, peut transiter (engénéral, être contrôlée) de manière bidirectionnelle, c’est à dire aussi bien dans un sensque dans l’autre.

Un convertisseur non réversible transfère l’énergie d’une source vers une chargeutilisatrice.


Convertisseurréversible

Entrée Sortie

Energie

ConvertisseurNon réversible

Entrée Sortie

Energie

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Applications des convertisseurs statiques:


Applications domestiques

Applications industrielles

Production et Distribution de l’électricité

1

4

2

Transport3

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-Alimentation des appareils électroniques (TV, PC, magnétoscopes, …).-Électroménager (aspirateur, réfrigérateur, lave-linge, lave-vaisselle, robotsculinaires, …).- Éclairage. - Chauffage.- Appareil électroportatif (perceuse, …).-Actionneurs domotiques (volets roulants, stores électriques, …).

Applications domestiques:

http://www.frigidaire.com/buyingguidescategorytips?categoryid=116



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L’utilisation de l’électronique de puissance prend de plus en plus d’importancepour deux raisons principales:

Applications domestiques:

– Les coûts de fabrication diminuent (facteur primordial dans les domaines de lagrande série),

– les contraintes sur les niveaux de perturbations et le rendement augmentent.

Dr.F.BOUCHAFAA17



- Pompes, compresseurs. -Variation de vitesse. -Chariots électriques. -Chauffage parinduction.

Applications industrielles:

http://fr.ambrell.com/lp_ekoc.php?utm_source=Website%20FR&utm_medium=direct&utm_campaign=ekoc

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- Grues. - Fours (à arcs, à résistance).- Appareils de soudage.- Électrolyse.-Onduleurs de secours.

Applications industrielles:

http://french.alibaba.com/product-gs/vacuum-self-consumable-electrode-arc-furnace-301661062.html

http://www.europe-machinery.fr/pubs/clics.asp?annID=9593&rubriqueID=16&coteneuf=1

http://french.alibaba.com/product-free-img/box-type-resistance-furnaces-heat-treatment-furnace--291306566.html

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– Réseaux de bord d’avion, commande électrique.– Traction électrique (trains, métros, voitures électriques, …).– Propulsion électrique des navires, génération d’électricité à bord des navires.– Génération de l’énergie électrique par des cellules photovoltaïques, lesstations spatiales.

Transport:

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– Compensateur de puissance réactive et filtrage actif (augmenter le facteur depuissance d’une installation et limiter les harmoniques de courant sur le réseau).– Dispositif de stockage de l’énergie.Les applications les plus puissantes des convertisseurs statiques concernent letransport courant continu - haute tension (CC-HT).

Production et Distribution de l’électricité:

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A l’aide de la technique IGCT, on peut construire des installations électroniques depuissance plus compactes et de prix plus avantageux, par exemple des stations deconvertisseurs pour installations CCHT ou des compensateurs statiques depuissance réactive.

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nous allons décrire simplement les principales caractéristiques externesdes composants. Ils peuvent être classés en trois groupes :

1. Diodes. États fermé ou ouvert contrôlés par le circuit de puissance.

2. Thyristors. Fermé par un signal de commande, mais doit être ouvertpar le circuit de puissance.

3. Interrupteurs commandables. à l'ouverture et à la fermeture. Ouvertset fermés par un signal de commande.


III. Constitution des convertisseurs statiques:

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· Transistors Bipolaires à Jonctions (Bipolar Junction Transistors - BJTs);

· Transistors à effet de champ Metal-Oxyde-Semi conducteur (MOSFETs);

· Thyristors commandés à l'ouverture (Gate-Turn-Off Thyristors - GTO Thyristors);

· Transistors bipolaires à grille isolée (Insulated Gate Bipolar Transistors - IGBTs);

· Thyristors MOS Commandés (MOS-Controlled Thyristors - MCTs).

La catégorie des interrupteurs commandables inclut de nombreux types de composants:


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Les diodes de puissance

1. Diodes

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• La diode est un composant non linéaire qui ne laisse passer lecourant électrique que dans un seul sens

Symbole gSymbole géénnééralral ::

La diode est le semi-conducteur élémentaire constitué par une seule jonction PN età caractéristique courant – tension non linéaire. En électronique de puissance, ladiode est équivalente à un interrupteur unidirectionnel non commandé.

1. Diodes

KAA K

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1. Diodes

Fonctionnement en inverse

Fonctionnement en direct

Courant direct maximal d’emploi (IFM)Conductance dynamique (1/RD0)

VA

Tension de seuil (VD0)

Phénomène d’avalancheIrréversible: destruction de la jonction

Tension inverse maximale (VRM)Et le courant correspondant (IRM)

Caractéristique tension- courant de la diode

Courant inverse: qq (µA)

VD

ID

Tension d’avalanche

La figure ci dessous décrit la caractéristique statique de la diode iD= f(VD).

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1. DiodesLorsque la diode est polarisée en direct, elle commence à conduire àpartir d’une faible tension de seuil Vseuil directe de l'ordre de 1V. Lorsque ladiode est polarisée en inverse, seul un faible courant de fuite négligeable(quelques mA) circule jusqu'à atteindre la tension d'avalanche. Enfonctionnement normal, la tension inverse ne doit pas atteindre la tensiond'avalanche.

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1. Diodes

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1. Diodes

a) Faible puissance < 1W

b) Puissance moyenne

c) Puissance élevée (kW)

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1. Diodes

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1. Diodes

4500V/800A press pack and 1700V/1200A module diodes

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États possibles d'une diode à jonction 1. Diodes

Quand le circuit dans lequel la diode est placée tend à faire passer un courantdans le sens direct, c.à.d de l’anode «A» vers la cathode «K», la diode estconductrice ou passante. Le courant iAK positif prend une valeur qui lui estimposée par le reste du circuit. Il faut veiller à ce que la valeur moyenne deiAK ne dépasse pas le courant direct moyen tolérable par la diode.

• Si VAK > 0 : Ladiode est passante

( A + ; K - )

Équivalente à 1interrupteur Fermé

iAK > 0

VAK> 0

A

K

Etat passant :

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États possibles d'une diode à jonction 1. Diodes

Quand une tension négative aux bornes de la diode tend à faire passer lecourant dans le sens indirect, c.à.d de la cathode «K» vers l’anode «A», ladiode est bloquée ou isolante. La tension négative ou inverse peut prendre,sous l’effet du reste du circuit, des valeurs élevées. Il faut veiller à ce que latension inverse reste inférieure à la tension inverse maximale que peutsupporter la diode.

• Si VAK < 0 : La diodeest bloquée

( A - ; K + )

Équivalente à 0interrupteur Ouvert

iAK=0VAK<0

A

K

Etat bloqué :

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1. Diodes

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diodes d'usage général et de puissance

•redressement simple alternance

•redressement double alternance par pont de diodes

•redressement par doubleur de tension

•doubleur, tripleur, multiplicateur de tension

•protection contre les erreurs de branchement et les inversions accidentelles de polarité

•protection contre les surtension ( diode de Zener)

•référence de tension en régulation ( diode de Zener )

•circuits logiques simples

•obtention d'une faible chute de tension

•détection des signaux radios

•Thermométrie par diodes ( mesure de température en fonction de la variation de lacaractéristique)

1. Diodes

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_de_diodes

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VD

Id

- Vz

La tension inverse mesurée à ses bornes est stabilisée a Vz .

La diode zener est utilisé en stabilisateur de tension

Diode zener

Id

VD

VsVE RLR

1. Diodes

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Le courant IR proportionnel au flux lumineux est converti en tension parla résistance

aucune source externe de polarisation n’est utilisée la photodiodefonction ne en convertisseur d’énergie.

En mode photovoltaïque :

• En mode photoconducteurIR

E RLVD

1. Diodes

La photodiode

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elle a une particularité de détecter les signaux radiofréquence

La tension de seuil (0,3 V)

Le courant inverse de la jonction PN et plus faible que celui de ladiode de schottky

0,3V 0,6V VD(v)

Id(mA)

5.0

10.0

Comparaison entre une diode simple et une diode schottky

1. Diodes

Diode schottky

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Schottky.jpg

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Utilisée dans la réalisation des oscillateur HF

Résistance négatif

V

I

1. Diodes

Diode à effet tunnel

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Capacité décroître avec la tension

C= Co/[1+v/vo]n

(Co, Vo, n) constant

1. Diodes

Co

C(V)

V

Diode varicap

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• La LED(Light Emitting Diode ) diode électroluminescente

• La diode laser (DL)

Une diode parfaite est une diode idéale.•Chute de tension directe nulle,•Courant inverse nul.Elle joue le rôle d’un interrupteur parfait, fermé (diode passante) et ouvert (diode bloqué).

1. Diodes

Diode parfaite

Diode lumineuse

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2.Thyristors

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2.Thyristors

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2.Thyristors

Un thyristor est un dispositif à 4 couches et 3 jonctions qui possèdent 3 connexionsexternes: l’anode, la cathode et la gâchette. C’est un composant bistable (passant bloqué).

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2.Thyristors

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2.Thyristors

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2.Thyristors

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2.Thyristors

Fonctionnement en inverseFonctionnement en direct

Courant direct maximal d’emploi

Ih

Thyristor amorçable

Phénomène d’avalanche Tension inverse maximale (VRM)Et le courant correspondant (IRM)

Caractéristique tension- courant de thristor

Thyristor bloqué

VAK

IAK

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• Pour assurer l’amorçage du composant, l’impulsion de gâchette doit se maintenirtant que le courant d’anode n’a pas atteint le courant de maintien Ih.

• La largeur de l’impulsion de gâchette dépend donc du type de la charge alimentée

par le thyristor.

2.Thyristors

L’amorçage du thyristor

• Après annulation du courant iAK, la tension vAK doit devenir négative pendant untemps au mois égal au temps d’application de tension inverse tq (tq ≈ 100 μs).

• Si ce temps n’est pas respecté, le thyristor risque de se réamorcer spontanémentdès que vAK tend à redevenir positive.

Blocage du thyristor

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• Nous donnons ci-dessous quelques éléments définissant la plage convenable decommande de la gâchette pour obtenir un déclenchement du thyristor sans risque dedestruction de celui-ci. On notera que la technologie mise en oeuvre dans le boitierd'un thyristor a pour effet de limiter au maximum la résistance thermique et donc defaciliter au mieux l'évacuation des calories dissipées tant au niveau de la gâchetteque de la jonction en inverse.

2.Thyristors

La commande de gâchette

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2.Thyristors

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2.Thyristors

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2.Thyristors

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Transistor

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3. Transistor

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3. Transistor

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3. Transistor

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MOSFET de puissance

4.MOSFET

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4.Transistor MOSFET


En électronique de puissance, il est utilisé comme élément de commutation et parconséquent présente deux états distincts.

4.MOSFET

Le transistor MOSFET est un interrupteur unidirectionnel en tension etbidirectionnel en courant.

A l’avantage d’une commande relativement simple qui nécessite peu de puissance.

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4.Transistor MOSFET


4.MOSFET

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Insulated Gate Bipolar Transistor = IGBT

5.IGBT

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Dr.F.BOUCHAFAA 63


Les concepteurs ont voulu avoir les avantages suivants :– Tension élevée à l’état ouvert,– Tension faible à l’état fermé,– Facile à commander,– Bonnes performances dynamiques.

5. Transistors IGBT5.IGBT

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5. Transistors IGBT

1700V/1200A and 3300V/1200A IGBT modules

5.IGBT

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GTO : Gate Turn-Off thyristor

6.GTO

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6- Thyristors GTO

Par rapport au thyristor classique, le thyristor GTO est en plus commandable àl’ouverture par un courant, iG, négatif.Ce composant entièrement commandable.Un inconvénient est la présence de pertes importantes lors de l’ouverture.

6.GTO

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4500V/800A and 4500V/1500A GTOs

6.GTO

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OnduleurouiouiACDC

Hacheur

Alim. à découpage

s.o.ouiDCDC

CycloconvertisseurouiouiACAC

GradateurnonouiACAC

RedresseurVariateur DC

s.o.ouiDCAC

dénominationF varie?U varie?SortieEntrée

Autre convertisseur : combinaison AC/DC + DC/AC

Types de convertisseurs

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7. Comparaison entre SC de puissance

Le composant idéal :

• Tenue en tension infinie

• Tenue en courant infinie

• Temps de commutation nulle

• Courant de fuite nul

• Pertes par commutation et conduction nulles

• Puissance de commande nulle

• Faible coût

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7. Comparaison entre SC de puissance

Redresseurs à 50 Hz : thyristors ou diodes

• Hacheurs et onduleurs : (commutations rapides, pas de tensioninverse): transistors bipolaires, IGBT, MOSFET, GTO– Jusqu’à 15 kHz, GTO pour puissance (faibles pertes)

– Jusqu’à 100 kHz, transistor bipolaire et IGBT (faibles pertes parconduction)

– au-dessus de 100 kHz, MOSFET uniquement

Selon le type de convertisseur:

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Ce tableau représente les caractéristiques des différents interrupteurs. Il est bienévident qu’un tel tableau ne peut pas faire apparaître les subtilités entre les différentssemi-conducteurs. Il permet d’avoir une vue d’ensemble de leurs performances.

LentFortGTO

MoyenMoyenIGBT

RapideFaibleMOSFET

MoyenMoyenBJT

Rapidité de commutationPuissance d’utilisation

7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables

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Dr.F.BOUCHAFAA 73



1kHz20kHz5kHz3kHz1kHzFréquence

3000A400A500A1500A5000ACourant

4500V1200V1400V1500V6000VTension

GTOIGBTTransistorbipolaire

Thyristorrapide

Thyristor

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Dr.F.BOUCHAFAA 75


Power (VA)

IGBT

MOSFET

BIPOLARTRIAC

THYRISTOR

Fréquence (HZ)

GTO

100

100K

100M

10K

1K

10M

1M

10 100 10K 100K 1M




Dr.F.BOUCHAFAA 76


En résumé:

Gradateur (U2 variable f2 fixe ) .Redresseur + Onduleur (U2 f2

variable)

Alternatif (U2, f2 )Alternatif (U1, f1)

HacheurContinu U2variableContinu U1

OnduleurAlternatif (U2 et f2 fixe ou variable)Continu U1

RedresseurContinu U2 fixe ou variableAlternatif (U1, f1)

ConvertisseursRécepteurAlimentation

Dr.F.BOUCHAFAA 77


7- Grandeurs caractéristiques

CARACTÉRISTIQUES DES SIGNAUX PÉRIODIQUES ET LEURS MESURES .

Sur la position AC.-Un voltmètre numérique dit RMS capablede mesurer la valeur efficace d’une tensionde forme quelconque sur la position AC.-Bien sûr les ferromagnétiques et lesnumériques RMS permettent de mesurer lavaleur efficace d'une grandeur alternativesinusoïdale et ce sur les positions AC ouAC+DC.

Sur la position DC.-Un voltmètre numérique surla position DC ( continue, =)

Mesure

: Racine carrée de la moyenne des carrésRMS: root mean square.

Définition

Valeur efficaceValeur Moyenne

Dr.F.BOUCHAFAA 78


7- Grandeurs caractéristiques

La valeur moyenne se mesure avec :- un voltmètre analogique (à aiguille) magnétoélectrique (symbole : ).- un voltmètre numérique sur la position DC (continue, =).

La valeur efficace se mesure avec :- un voltmètre analogique ferromagnétique (symbole : ).- un voltmètre numérique dit RMS capable de mesurer la valeurefficace d’une tension de forme quelconque.RMS : Root (racine carré) Mean (valeur moyenne) Square (carré).



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REDRESSEMENT NON COMMANDÉ MONOPHASÉS

Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 3


Introduction

Commutation simple alternance à diode

Commutation parallèle simple - P2 à diodes

Conclusion

1

2

5

Commutation parallèle double - PD2 à diodes

3



4

Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pasde faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et latension continue de sortie. De plus, ils sont irréversibles, c'est-à dire que lapuissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu.


Un montage redresseur comporte :Une source monophasée, ou polyphasée.Des composants redresseurs (diodes).

Un circuit d’utilisation complété le plus souvent par un dispositif de filtrage

Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs,sont des convertisseurs de l'électronique de puissance qui assurentdirectement la conversion alternatif-continu. Alimentés par une source detension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenteren courant continu le récepteur branché à leur sortie.

On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors quel'énergie électrique est disponible en alternatif. Comme c'est sous cetteseconde forme que l'énergie électrique est presque toujours générée etdistribuée, les redresseurs ont un très vaste domaine d'applications.



• Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension

alternative sinusoïdale quelque soit la charge

Redressement monophasénon commandé

Ve Vs



).sin(2.V(t)V effe ω.t

Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation :

Veff : tension efficace (V) ω = 2.π.f = 314 rd/sω : la pulsation (rd/s)

Rappels



Ve(t)

Source

i

Uc

ic

R

Charge

D

C.S

VD

Montage d’un redresseur monophaséalimentant une charge résistive.

On envisage une structure comportant unesource sinusoïdale et une diode pour atteindreune charge résistive. On distingue alors les troisblocs précédemment définis: une source, uncommutateur et la charge.

Débit sur une charge résistive R


(rad)

0

2

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

2

3π2

π

(rad)


D

Uc Ve 0

VD Ve0

Étude du fonctionnement

D

Uc

ic

Ve(t)

i

R

VD

Vmax

UC(t)

VD(t)

iC(t)Imax

-Vmax

Dés que la tension d’entrée Ve est positive, la diodedevient passante jusqu'à ce que le courant qui latraverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2.

(rad)

02

π

2

3 π

Va

Va(t)

Vmax a

b(rad)

02

π

2

3 π

Vb

Vb(t)

Vmax

À partir de l’instant (π), la diode est bloquée. Parconséquent, la tension aux bornes de la chargerésistive est nulle:

iC 0Ve/R



d θsin θV2 π

1dttU

T

1U

π

0

max

T

0

ccmoy π

VU max

cmoy

dd

0

2max2

π

0

2max

T

0

2c

2ceff

2

2cos1

2

VsinV

2

1dttU

T

1U

2

VU max

ceff

La tension moyenne de Uc :

2

3π2

π

(rad)

Vmax

UC(t)

VD(t)

iC(t)Imax

-Vmax

La tension efficace de Uc :

La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax

0Uc(t)2

Pour

)sin(VVUc(t)2

0Pour max

TtT

teT

t



Le courant moyen ic(t) : πR

VI max

cmoy

πR

VII max

cmoyDmoy

2

3π2

π

(rad)

Vmax

UC(t)

VD(t)

iC(t)Imax

-Vmax

Le courant moyen iD(t) :

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

2

T

0

max

T

CCmoyC t)dtsin(

RT

1(t)dti

T

1(t)i V

I

La présence de la diode impose que le courant ait un signe constant.

La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de lacharge résistive.



Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :

Source

Ve(t)

i

C.S

D

VD

Uc

ic

R

Charge

E

Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie



Imax

D

Uc Ve E

Vmax

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

E

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

E

La durée de conductionLa durée de conduction

(rad)

02

π

2

3 π

E

ELa durée de conduction

variée suivant la valeur de ELa durée de conduction

variée suivant la valeur de E

iC(t)

UC(t)

1 : angle d’ouverture.

Avec :

2 : angle d’extinction (fermeture).

=( 2- 1 ) durée d’utilisationic (Ve-E)/R 00



EωtsinV 1max max

1V

Esin

1t Arc

dE.d.sin2

1dtU

T

1U

1

1

2

1

max

0

ccmoy VtT

11max

cmoy

cmoy 2Eθcosθ2VR2

1

R

EUI

π

max

1V

EsinArc


Le courant moyen ic(t) :

12 t2

Tt

12

11maxcmoy 2Ecos2V2

1U


(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

E

Vmax

EUC(t)



Uc

ic

Ve(t)

Source

iR

D

ChargeC.S

VD

L

Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive

En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive etrésistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous:

Débit sur une charge inductive (R-L)


La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entrela tension Ve et le courant i suite à l’introduction de l’inductance L . A cet effet:- Le courant i et la tension Ve ne sont plus colinéaire,- Le courant i s’annule après la tension Ve c.a.d après (T/2).



Uc

ic

Ve(t)

i

R

D

VD

L



Suivant la définition de la diode, quelle est passante lorsquela tension entre ses bornes est positive et elle se bloquelorsque le courant qui la traverse s’annule.

Ainsi, la diode D conduit à partir de =0 (t=0 )et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme pourune charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que lecourant ne s'annule pas.

Pour cela, on est obligé d'étudier la nature du courant ic.



Uc

ic

Ve(t)

i

R

D

VD

L tsinVtRidt

tdiL maxc

c ω

La diode D conduit dés que la tension Ve est positive.

Pour le courant ic(t), on assiste à un régime transitoirerégit par l’équation différentielle suivante:

La résolution de l’équation différentielle est: ic(t)=icH(t)+icp(t):

icH(t) est le courant homogène icP(t) est le courant particulier

0Ridt

L cHcHdi

Le courant homogène:

R

Lτ Constante du temps électrique

e τ

t

cH K.(t)i

Avec:



Le courant particulier

VeR.II.j.L cpcp

R

L ω

L ωRZ

Z

Ve.I

:Avecj.L ωR

VeI

tg1

22

cp

cp

ecpcp

VRidt

Ldi

En régime permanent:

Vej.LR.Icp

Le courant générale est:

)tsin(V

(t)imax

cp Z

Ainsi:

)tsin(Z

VK.(t)i(t)i(t)i

maxτ

t

cpcHc e



On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régimepermanent faisant apparaître le déphasage du courant sur la tension. Le courant ne s’annulepas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). La diode est alors en conduction forcée sibien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic.

Condition initiale

à: 0(o)i0t c )sin(Z

VK

max0)sin(

Z

VK

max

l’expression générale iC(t) est:

).sin(-)tsin(

Z

V(t)i e τ

tmax

c

La diode se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose lacontinuité du courant dans la charge.

Le courant générale est: )tsin(Z

VK.(t)i(t)i(t)i

maxτ

t

cpcHc e



(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

2

π

2

3π0

(rad)

Vmax

Imax

V(O)

UC(t)

iC(t)

D

Uc Ve 0

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

Etat des diodes

Tension aux bornes de la charge

Uc

ic

Ve(t)

i

R

D

VD

L

Uc

ic

Ve(t)

i

R

D

VD

L

= 0 , iC(t)=0, la diode s’arrête de conduire



(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

2

π

2

3π0

(rad)

Vmax

Imax

V(O)

UC(t)

iC(t)

D

Uc Ve 0

Etat des diodes


VD Ve0 Tension aux bornes de la diode

-Vmax

VD(t)


2

π

2

3 π0

(rad)

(rad)


V(O)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

Ve(t)<0 la diode esttoujours passante tant

que le courant ic n’estpas redevenu nulUc=Ve<0, Vd=0

Ve(t)<0 la diode esttoujours passante tant

que le courant ic n’estpas redevenu nulUc=Ve<0, Vd=0

Ve(t)>0 la diodeest passanteUc=Ve, Vd=0

Ve(t)>0 la diodeest passanteUc=Ve, Vd=0

A o ic =0V e(t)<0 la diode se

bloque

Uc=Ve<0 et Vd=0

A o ic =0V e(t)<0 la diode se

bloque

Uc=Ve<0 et Vd=0

sin.etsinZ

Vti

tL

R

maxC



2

π

2

3 π0

(rad)

(rad)

V(O)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

P>0 P<0

Uc(t)>0 et ic(t)>0donc P(t)>0


Uc(t)<0 et ic(t)>0donc P(t)<0


Onduleur assistéOnduleur assistéRedresseurRedresseur



dsinV2

1dttU

T

1U

0

0

max

T

0

ccmoy 0max

cmoy cos12π

VU

dd

00

0

2max2

0

2max

T

0

2c

2ceff

2

2cos1

2π

VsinV

2

1dttU

T

1U

00maxceff

2sin2/1

2

VU




dt

diLR.iU

CCC moy

CCmoyCmoy )

dt

diL(R.iU

0

CmoyCmoy R.iU

0max

cmoy cos1R2

VI

πDr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 24


2

π

2

3π0

(rad)

V(O)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

D

Uc VeVe 0

0max

cmoy cos12π

VU


On constate que cette surface qui estnégative va diminuer la valeur moyenne de Uc


les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant enpartie négative, sa valeur moyenne est diminuée par rapport au cas d'une charge résistive.Pour corriger le problème intervenant avec une charge de type inductif, on ajoute une diodede roue libre en parallèle de la charge. Les deux diodes sont alors placées en cathodescommunes comme le montre le schéma suivant :



Débit sur une charge inductive avec diode roue libre

Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre

Uc

ic

Ve(t)

Source

i

R

D

ChargeC.S

VD

L

On constate que les cathodes des deux diodes D et Dr sont reliées au même point (K).

(rad) 0

2

π

2

3 π

VeVe(t)

Vmax

K

Ainsi, dans ce type de montage (à cathodes communes). On dit qu’une diodeest passante lorsque la tension entre ses bornes est plus positive que lesautres.

Dr

iDr


•Représentation des signaux d’entrée


Durant l’alternance positive de la tension Ve, la diode D estpassante et la diode Dr est bloquée.Le comportement du montage est connu.

Dés que Ve s’annule, la diode D se bloque car la diode Dr prendle relais de la conduction du courant ic dans la charge.

Etude du fonctionnement

Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergieemmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R etle courant ic décroît et s’annule en θ0.

Uc

ic1

Ve(t)

i

R

D

VD

L

Uc

ic2

R

L

Dr

iDr

L’annulation du courant caractérise un fonctionnement en conduction discontinue.Si l’énergie est suffisante, le courant ne s’annule pas, c’est la conduction continue.

Diode de roue libre :

Elle est installée en parallèle inverse sur la charge, de nature inductive. Elle a double rôle :•D’imposer un signe constant à la tension. Quand la diode est bloquée, la charge est alimentéepar la source; quand la diode est passante; le courant dans la charge se boucle par la diode.La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique ;•D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge.




tsinV

dt

tdiLtRi max

CC

t

L

R

max0

maxC esin

Z

Visin

Z

Vti

t

2

Tt )

2

T(

L

R

max0

)2

T(

L

R

maxC sin

Z

Visin

Z

V

2

Ti

ee

A l’instant

on a :

Tt2

T

0tRidt

tdiL C

C

D bloquée et Dr passante: Uc(t)=0 et VD(t)=Ve(t).

2

Tt

L

R

CC e2

Titi

2

T

L

R

max0

2

T

L

R

max2

T

L

R

C0 esinZ

Viesin

Z

Ve

2

Tii

T

L

R

TL

R

2

T

L

R

max0

e1

eesin

Z

Vi

TL

R

2

T

L

R

maxC

e1

e1s

Z

V

2

Ti

in




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

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

2

π

2

3π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

D1

Uc 0Ve 0

Dr

Uc

ic

Ve(t)

i

R

D

VD

L

Uc

ic

R

L

Dr

iDr



2

π

2

3 π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

Ve(t)<0 la diode Dr rentre enconduction et la diode D se

bloque

Uc=0 et Vd=-Ve

Ve(t)<0 la diode Dr rentre enconduction et la diode D se

bloque

Uc=0 et Vd=-Ve

Ve(t)>0 la diodeD est passanteUc=Ve, Vd=0

Ve(t)>0 la diodeD est passanteUc=Ve, Vd=0

A o ic =0 la dioderoue libre Dr s’arrête de

conduire (se bloque)

Uc=0 et Vd=-Ve

A o ic =0 la dioderoue libre Dr s’arrête de

conduire (se bloque)

Uc=0 et Vd=-Ve

Phase de roue libre: La durée dedissipation de toute l’énergie

stockée dans l’inductance



sin.esinZ

Vti

tL

R

maxC t

iDr(t)iD(t)



2

π

2

3 π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

P>0 P=0



Uc(t)=0 et ic(t)>0donc P(t)=0


Phase de roue librePhase de roue libreRedresseurRedresseur



Montage d’un redresseur monophasé à point milieu

Ve1

Ve2

Ucic

R

Tr

V1

i1

VD1

D1

ie1

D2

VD2

ie2

Le montage redresseur à diodes est constitué de deux diodes connectées en sortie d'untransformateur à point milieu:

2- Commutation parallèle simple - P2 à diodes

A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieudeux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de :

Ve1(t) = Vmax sin t

Ve2(t) = Vmax sin (t + )

Ve2(t) = - Ve2 (t)


2

π

(rad)

02

3 π

(rad)

02

π

2

3 π

Ve(t)


Ucic

D2

Ve2

R

VD2

Tr

V1

i1

+ ie2

Ucic

VD1

Ve1

R

D1

+i1

V1

Trie1

Ve1VmaxVe2

Vmax

iC(t)

UC(t)

D1

Uc Ve1 Ve2

iC Ve2/RVe1/R

Etat des diodes


Courant traversant la charge

D2

Imax


0

2

π

2

3π

(rad)

Université des Sciences et de Technologie Houari BoumedieneVe(t)

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1VmaxVe2

VD1(t)

VD1 2Ve0

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve(t)

VmaxVe2

D1

Uc Ve1 Ve2

iC Ve2/RVe1/R

Etat des diodes



D2

(rad)

02

π

2

3 π

Vmax

iC(t)

UC(t)

Imax

-2Vmax

Tension aux bornes de la diode



π

2VU max

cmoy


Le courant moyen et efficace de ic(t) :


CmoyCmoy R.iU

π

2Vcos

π

V.dsin.V

π

1(t)dtU

T

1U maxπ

0max

0

max

T

CmoyU

c

dd

0

2max2

0

2max

T

0

2c

2ceff

2

2cos1

π

VsinV

1dttU

T

1U

2

VU max

ceff

π.R

2VI max

cmoy

R

V

2

1I max

ceff CeffCeff R.iU

La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-2Vmax



L

Ucic

D2

VD1

Ve1

Ve2

R

D1

Tr

V1

i1

ie1

ie2





D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeursIcmin et Icmax et l’écart iC(t) on le nomme ondulation du courant.

Le rôle du redresseur est d’avoir un courant redressé iCmoy constant . Par contred’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépendfortement de la constante du temps électrique (=R/L).

Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro, il faut augmenter lavaleur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse etconstant.

iC(t)Imax

Imin

iC(t)

T

2

π

2

3π0

π 2π

iC(t)

(rad)

iCmoy


(rad)

02

π

2

3 π

0

2

π

2

3π

(rad)

Ve(t)

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1VmaxVe2

VD1(t)

VD1 2Ve0

-2Vmax

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve(t)

VmaxVe2

D1

Uc Ve1 Ve2

iC IcmoyIcmoy

Etat des diodes



D2

VmaxiC(t)

UC(t)

Icmoy

Icmoy

ID1 0Icmoy

iD1(t)




π

2VU max

cmoy




CmoyCmoy R.iU

π

2Vcos

π

V.dsin.V

π

1(t)dtU

T

1U maxπ

0max

0

max

T

CmoyU

c

dd

0

2max2

0

2max

T

0

2c

2ceff

2

2cos1

π

VsinV

1dttU

T

1U

2

VU max

ceff

π.R

2VI max

cmoy

La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-2Vmax



Le pont de Graëtz est constitué de quatre diodes montées en parallèle deux par deux.

Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive

Commutation parallèle double - PD2 à diodes

K

A

D1 D2

D4 D3

TrVD1

V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

Source

iR

Charge

C.S

Ainsi, dans ce type de montage:A cathodes communes, on dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornesest plus positive que les autres.A anodes communes, on dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornesest plus négative que les autres.

Les diodes D1 et D2 sont à cathodes communes (sont reliées au même point K).

et les diodes D3 et D4 sont à anodes communes (sont reliées au même point A).


0

2

π

2

3π

(rad)


(rad)

2

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

0

D1 , D3

Uc Ve -Ve

ic -Ve/R

D2 , D4

VmaxUC(t)

iC(t)Imax

Etat des diodes



D2

D4

TriD2V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

iRiD4

+

D1

D3

TrVD1

V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

iR

iD1

iD3

+

Ve/R



(rad)

2

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

0

VD1 Ve0

Uc Ve -Ve

D1 , D3

D2 , D4


0

2

π2

3π

(rad)

VD1(t)-Vmax

(rad)

2

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

0

D1 , D3

Uc Ve -Ve

ic -Ve/R

D2 , D4

0

2

π

2

3π

(rad)

Vmax UC(t)iC(t)Imax

Ve/R



π

2VU max

cmoy




CmoyCmoy R.iU

π

2Vcos

π

V.dsin.V

π

1(t)dtU

T

1U maxπ

0max

0

max

T

Ccmoyc U

dd

0

2max2

0

2max

T

0

2c

2ceff

2

2cos1

π

VsinV

1dttU

T

1U

2

VU max

ceff

π.R

2VI max

cmoy

R

V

2

1I max

ceff CeffCeff R.iU






Uc

Charge

ic

L

RD1 D2

D4 D3

TrVD1

V1

i1

Ve(t)

Source

i

C.S



0

2

π

2

3π

(rad)

(rad)

2

π

2

3 π

Ve

Ve(t)

Vmax

0

D1 , D3

Uc Ve -Ve

ic Icmoy

D2 , D4

VmaxUC(t)

iC(t)Imax

Etat des diodes


Courant traversant la chargeIcmoy

VD1 Ve0

Uc Ve -Ve

D1 , D3

D2 , D4


0

2

π2

3π

(rad)

VD1(t)-Vmax

Uc

ic

L

RD1

D3

VD1

Ve(t)

i

C.S Uc

ic

L

RD1 D2

D4 D3

Ve(t)

i

C.S



π

2VU max

cmoy




CmoyCmoy R.iU

π

2Vcos

π

V.dsin.V

π

1(t)dtU

T

1U maxπ

0max

0

max

T

Ccmoyc U

dd

0

2max2

0

2max

T

0

2c

2ceff

2

2cos1

π

VsinV

1dttU

T

1U

2

VU max

ceff

π.R

2VI max

cmoy





http://www.usthb.dz

REDRESSEMENT COMMANDÉ MONOPHASÉS

Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 3

Commutation simple alternance à thyristor

Commutation parallèle double - PD2 Mixte


Conclusion

Commutation parallèle simple - P2 à thyristors

1

4

2

5

Commutation parallèle double - PD2 à thyristors3



Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent de fairevarier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tensioncontinue de sortie. De plus, ils sont réversibles, c'est-à dire que la puissancene peut aller que du côté alternatif vers le côté continu.


Les montages redresseurs sont des convertisseurs de l'électronique depuissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu.Alimentés par une source de tension alternative monophasée, ils permettentd'alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie.

On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors quel'énergie électrique est disponible en alternatif. Les redresseurs ont un trèsvaste domaine d'applications.

Un montage redresseur comporte :Une source monophasée.Des composants redresseurs (Thyristor).



• Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension

alternative sinusoïdale quelque soit la charge

Redressement monophasécommandé

Ve Vs

Commande

Th







Rappels


Ve(t)

Source

i

Uc

ic

R

Charge

Montage d’un redresseur commandémonophasé alimentant une charge résistive.

On envisage une structure comportant unesource sinusoïdale et un thyristor pour atteindreune charge résistive. On distingue alors les troisblocs précédemment définis: une source, uncommutateur et la charge.


C.S

VTh

Th

iG

Commutation simple alternance à thyristor




Th

Uc

ic

Ve(t)

i

R

VTh

(rad)

2

3π2

π

Vmax

VTh(t)

iC(t)Imax

-Vmax

Dés que la tension d’entrée Ve est positive et un amorçagede thyristor en agissant sur sa gâchette (iG≠0) à l’instant , ce dernier devient passant jusqu'à ce que le courant qui letraverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2.

(rad)

02

π

2

3 π

Va

Va()

Vmax a

b

(rad)

02

π

2

3 π

Vb

Vb()

Vmax

À partir de l’instant (π), le thyristor est bloqué. Parconséquent, la tension aux bornes de la charge résistive estnulle:

UC(t)

Comme la charge est résistive, le courant et la tensionsont en phase.

ic Ve/R 00

Th

Uc Ve 0

VTh Ve0

0

Ve


(rad)

(rad)

0

2

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax


(rad)

2

3π2

π

VmaxUC(t)

2,,0Pour0

α,Pour sinVeVUc(t)

max

20si0

siR

sinV

timax

c

La tension Uc(t) :

Le courant ic(t) :

La tension VTh(t) :(rad)

2

3π2

π

V(α)

VTh(t)-Vmax

(rad)

2

3π2

π

iC(t)Imax

,2,0PoureV

α,Pour0(t)VTh



d θsin θV2 π

1dttU

T

1U

π

max

T

ccmoy

cos12 π

VU max

cmoy

dθ2

2cos1

2

VdθsinV

2

1dttU

T

1U

2max2

π2

max

T

0

2c

2ceff



La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax

(rad)

2

3π2

π

Vmax

VTh(t)

iC(t)Imax

-Vmax

UC(t)

0Uc(t),2,0Pour

sinVeVUc(t)α,Pour max

La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’anglede retard à l’amorçage .

2

2sin22

2

VU max

ceff




)dθsin(IT

1(t)dti

T

1(t)i max

T

CCmoyC I

La présence de thyristor impose que le courant ait un signe constant.

La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la chargerésistive.

(rad)

2

3π2

π

Vmax

VTh(t)

iC(t)Imax

-Vmax

UC(t)

cos1.R2

VI max

cmoy π

R

UI cmoy

cmoy

2

2sin22

2R

V

R

Ui maxceff

ceff

Le courant efficace ic(t) :




Ve(t)

Source

E

Uc

ic

R

Charge

Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie

i

C.S

VTh

Th

iG


(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

La durée de conduction variéesuivant la valeur de E

Et suivant l’angle d’amorçage α

La durée de conduction variéesuivant la valeur de E

Et suivant l’angle d’amorçage α


(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

E

E

La durée de conductionLa durée de conduction

(rad)

02

π

2

3 πα

(rad)

α: angle d’ouverture.

Avec :

2 : angle d’extinction (fermeture).

=( 2 - α) durée d’utilisation

(rad)

(rad)

(rad)

Imax

Vmax

E

iC(t)

UC(t)VeE E

Th

Uc Ve EE

ic (Ve-E)/R 00

α < 1

α = 1

α > 1



EsinV 1max tmax

1V

Esin

1t Arc

max

1V

EsinArc


12 t2

Tt

12


dθEdθsinV2

1dttU

T

1U

2

max

T

0

ccmoy

2

2

22max

cmoy 22π

E)cos(cos

2π

VU

22maxcmoy

cmoyR2

E)cos(cos

R2

V

R

EUi



(rad)

02

π

2

3 π

Ve()

Vmax

E

(rad)

VeE E




dθEdθsinV2

1dttU

T

1U

2222

max

T

0

2c

2ceff

2

2

2

2

2

2max

2

2max2

ceff 22

E2sin2sin

8

V

4

VU

1maxsinθVE

1

222

2maxceff sin

22sin2sin

4

1

22

VU

Comme

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

E

(rad)

VeE E




EsinV 1max tmax

1V

Esin

1t Arc

max

1V

EsinArc

12 t2

Tt

12


dθR

Esin θV

2

1dtti

T

1i

2 2

max

T

0

2c

2ceff

2

22max2

2max

2

2max

2

2ceff EcoscosE2V2sin2sin

4

V

2

V

R2

1i

1

222122

maxceff sincoscossin

22sin2sin

4

1

2

1

R2

Vi

1maxsinθVE Comme

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

E

(rad)

EImax



Ve(t)

Source

i

L

Montage d’un redresseur monophaséalimentant une charge inductive

En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive etrésistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous:

Uc

icR

Charge



La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entrela tension Ve et le courant i suite à l’introduction de l’inductance L . A cet effet:- Le courant i et la tension Ve ne sont plus colinéaire,- Le courant i s’annule après la tension Ve c.a.d après (T/2).

C.S

VTh

Th

iG




Suivant la définition de thyristor, il est passant lorsque latension entre ses bornes est positive plus un amorçage auniveau de sa gâchette et il se bloque lorsque le courant quile traverse s’annule.

Ainsi, le thyristor Th conduit à partir de = α (t=t0) et ne se bloque pas en =(t=T/2) commeavec une charge purement résistive. De ce fait, le thyristor est toujours passant et la tensiondevient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas.

Pour cela, on est obligé d'étudier la nature du courant ic.

Uc

ic

Ve(t)

i

R

L

VTh

Th

iGÉtude du fonctionnement



Uc

ic

Ve(t)

i

R

Th

VTh

L tsinVtRi

dt

tdiL maxc

c ω

Le thyristor Th conduit dés que la tension Ve est positiveet un amorçage au niveau de sa gâchette (iG≠0).




0Ridt

L cHcHdi


R


e τ

t

cH K.(t)i

Avec:




VeR.II.j.L cpcp

R

L ω

L ωRZ

Z

Ve.I

:Avecj.L ωR

VeI

tg1

22

cp

cp

ecpcp

VRidt

Ldi


Vej.LR.Icp


)tsin(V

(t)imax

cp Z

Ainsi:

)tsin(Z

VK.(t)i(t)i(t)i

maxτ

t

cpcHc e



On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régimepermanent faisant apparaître le déphasage du courant sur la tension. Le courant ne s’annulepas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). Le thyristor est alors en conduction forcée sibien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic.

Condition initiale

à: 0)(ic


e L

)(max

c ).sin(-)tsin(Z

V(t)i

tR

Le thyristor se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose lacontinuité du courant dans la charge.


VK.(t)i(t)i(t)i

maxτ

t

cpcHc e

0)sin(Z

VK.

maxτ.e

e Lmax

).sin(Z

VK

R

D’où :


2

π

2

3π0

(rad)


(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

Th

Uc Ve 0

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

Etat des thyristors


Uc

ic

Ve(t)

i

R

Th

Vth

L

Uc

ic

Ve(t)

i

R

Th

Vth

L

Vmax

Imax

V(O)

UC(t)iC(t)

(rad)

α

0

à = 0 , iC(t)=0, le thyristor s’arrête de conduire

Supposons


2

π

2

3 π0

(rad)


VTh Ve0

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

V(O)

-Vmax

VTh(t)

Th

Uc Ve 0

Etat des thyristors


Tension aux bornes de thyristor

(rad)

Ve

UC(t)Vmax

0

V(α)



2

π

2

3π0

V(O)

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

(rad)

Ve(t)<0 le thyristor Th est

toujours passant , ic ≠0 Uc= Veet Vth=0

Ve(t)<0 le thyristor Th est

toujours passant , ic ≠0 Uc= Veet Vth=0

Ve(t)>0 le thyristor Th estpassant Uc=Ve, Vth=0

Ve(t)>0 le thyristor Th estpassant Uc=Ve, Vth=0

A o ic =0 le thyristor Ths’arrête de conduire (se

bloque) Uc=0 et Vth=-Ve

A o ic =0 le thyristor Ths’arrête de conduire (se


iTh(t)

α

iC(t)


e L

)(max

c ).sin(-)tsin(Z

V(t)i

tR


(rad)

Imax

2

π

2

3π0

V(O)

Vmax

UC(t)

(rad)

iTh(t)

α

iC(t)

P>0 P<0





Onduleur assistéOnduleur assistéRedresseurRedresseur






dt

diLR.iU

CCC moy

CCmoyCmoy )

dt

diL(R.iU

0

CmoyCmoy R.iU

dsinV2π

1dttU

T

1U

0

α

max

T

0

ccmoy

coscos2π

VU max

cmoy

coscosR2

VI max

cmoy π

d

2

2cos1

2π

VdsinV

2π

1dttU

T

1U

2max22

max

T

0

2c

2ceff

2sin2sin

2

1

2

VU max

ceff

Dr.F.BOUCHAFAADr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 27

2

π

2

3π0

(rad)

Th

Uc VeVe 0

Vmax

Imax

V(O)

UC(t)

iC(t)

(rad)

0

α



les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant enpartie négative, sa valeur moyenne est diminuée par rapport au cas d'une charge résistive.Pour corriger le problème intervenant avec une charge de type inductif, on ajoute une diodede roue libre en parallèle de la charge. Les deux semi conducteurs sont alors placées encathodes communes comme le montre le schéma suivant :

coscos2π

VU max

cmoy






Uc

Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre

Charge

ic

R

L

On constate que les cathodes de thyristor Th et la diode roue libre Dr sont reliées aumême point (K).

(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

K

C.S

VTh

Th

iG

(rad)


Ve(t)

Source

i

Dr

iDr


Durant l’alternance positive de la tension Ve, le thyristor Th estpassant et la diode Dr est bloquée.Le comportement du montage est connu.

Dés que Ve s’annule, le thyristor Th se bloque car la diode Drprend le relais de la conduction du courant ic1 dans la charge.


Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergieemmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R etle courant ic2 décroît et s’annule en θ0.

Uc

ic2

R

L

Dr

iDr


Diode de roue libre :

Elle est installée en parallèle inverse sur la charge, de nature inductive. Elle a double rôle :•D’imposer un signe constant à la tension. Quand le thyristor est passant, la charge estalimentée par la source; quand le thyristor est bloqué; le courant dans la charge se boucle par ladiode. La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique.•D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge.

Uc

ic1

Ve(t)

i

R

Th

VTh

L




tsinV

dt

tdiLtRi max

CC

t

L

R

max0

maxC sin

Z

Vitsin

Z

Vti

e

2

Tt )

2

T(

L

R

max0

)2

T(

L

R

maxC sin

Z

Visin

Z

V

2

Ti

ee

A l’instant

on a :

Tt2

T

0tRidt

tdiL C

C

Th bloqué et Dr passante: Uc(t)=0 et Vth(t)=Ve(t).

2

Tt

L

R

CC e2

Titi

2

T

L

R

max0

2

T

L

R

max2

T

L

R

C0 sinZ

Visin

Z

V

2

Tii

eee

T

L

R

TL

R

2

T

L

R

max0

1

sinZ

Vi

e

ee

TL

R

2

T

L

R

maxC

1

1sin

Z

V

2

Ti

e

e




(rad)

02

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

2

π

2

3π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

Th

Uc 0Ve 0

Dr

Uc

ic2

R

L

Dr

iDr

Uc

ic1

Ve(t)

i

R

Th

VTh

L(rad)

α

0


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


2

π

2

3 π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

Ve(t)<0 la diode Dr rentre enconduction et le thyristor Th se

bloque Uc=0 et Vth=-Ve

Ve(t)<0 la diode Dr rentre enconduction et le thyristor Th se

bloque Uc=0 et Vth=-Ve

Ve(t)>0 et iG≠0, le thyristor Thest passant Uc=Ve, Vth=0

Ve(t)>0 et iG≠0, le thyristor Thest passant Uc=Ve, Vth=0

A o ic =0 la diode rouelibre Dr s’arrête de conduire (se


A o ic =0 la diode rouelibre Dr s’arrête de conduire (se






iDr(t)iTh(t)

(rad)

α


iC(t)


2

π

2

3 π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

(rad)

α

P>0 P=0





Phase de roue librePhase de roue libre

RedresseurRedresseur


P=0


2

π

2

3π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

(rad)

α

cos12 π

VU max

cmoy

dθ2

2cos1

2

VdθsinV

2

1dttU

T

1U

2max2

π2

max

T

0

2c

2ceff



La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’anglede retard à l’amorçage .

2

2sin22

2

VU max

ceff

dθsinV2

1dttU

T

1dttU

T

1U max

2

T

t

c

T

0

ccmoy

0




La valeur moyenne du courant ic(t) est :

La présence de thyristor impose que le courant ait un signe constant.

La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la chargerésistive.

cos1.R2

VI max

cmoy π

2

π

2

3π0

(rad)

Vmax

Imax

UC(t)

iC(t)

(rad)

α



Montage d’un redresseur monophasé à point milieu

ie1

Uc

Ric

Ve1

Ve2

Tr

V1

i1

ie2

Le montage redresseur à diodes est constitué de deux thyristors connectées en sortie d'untransformateur à point milieu:

Commutation parallèle simple - P2 à thyristors

A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieudeux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de :

Ve1(t) = Vmax sin t

Ve2(t) = Vmax sin (t + )

Ve2(t) = - Ve2 (t)

VTh1

Th1

iG1

VTh2

Th2

iG2



Ucic

R

ie2

Ve1

Ve2

Tr

V1

i1

ie1

VTh1

Th1

Th2

G2 K2

iG2

iG1

K1G1

Commande Numérique

RAZVα

Réglage de αP

(rad)

+

iG1, iG2

(rad)

2+

iG1

(rad)

+ 3+

iG2

Commutation parallèle simple - PD2 à thyristors

Synchrone


(rad)

02

π

2

3 π


Ucic

VTh1

Ve1

R

Th1

+i1

V1

Trie1

Ucic

Th2Ve2

R

VTh2

Tr

V1

i1

+ ie2Etat des thyristors



Uc Ve1 Ve2

iC Ve2/RVe1/R

(rad)

02

π

2

3 π

Ve()Ve1Vmax

Ve2

Vmax

iC(t)

UC(t)

Th1

Th2

Imax

(rad)

(rad)

+

+

00

00



0 2

π

2

3π

(rad)


Vth1(t)

VTh1 2Ve10

-2VmaxEtat des thyristors



(rad)

0

(rad)

02

π

2

3 π

Ve()

Ve1VmaxVe2

2

π

2

3 π

VmaxiC(t)

UC(t)

Th1

Uc Ve1 Ve2

iC Ve2/RVe1/R

Th2

Imax

(rad)

+

(rad)

+

0

0

0

0

Ve(t)

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1VmaxVe2

(rad)

+

Ve1

+

Ve1

V(α)Uc

ic

VTh1

Ve1

R

Th1

ie1


UTh1=Ve1-UC





CmoyCmoy R.iU

πmaxmax

T

Cmoyθcos

π

Vθ.dθsin.V

π

1(t)dtU

T

1U U

c

dθ

2

2cos1

π

VdθθsinV

1dttU

T

1U

2max22

max

T

0

2c

2ceff

CeffCeff R.iU

La tension maximale à supporter par le thristor est: VThmax=-2Vmax

cos1π

VU max

cmoy

cosα1πR

V

R

Ui maxcmoy

cmoy

2

2sin22

2

VU max

ceff

2

2sin22

2R

Vi max

ceff




L

Ucic

Ve1

Ve2

R

Tr

V1

i1

ie1

ie2



VTh1

Th1 iG1

VTh2

Th2 iG2


T

2

π2

3 π0

π 2π

iC(t)

(rad)

iC(t)Imax

Imin

iC(t)iCmoy

D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeursIcmin et Icmax et l’écart iC(t) on le nomme ondulation du courant.

Le rôle du redresseur est d’avoir un courant redressé iCmoy constant . Par contred’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépendfortement de la constante du temps électrique (=R/L).

Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro il faut augmenter lavaleur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse etconstant.




1- Un seul thyristor qui conduit;2- Un déphasage (φ) entre la tension et le courant

α < φ

α = φ

α > φ

Pour la charge inductive:

-Angle d’amorçage (α)

Deux grandeurs à gérer :

- Le déphasage (φ)

Ainsi:

(rad)

+

iG2

(rad)

+ 3+

iG2

(rad)

2+

iG1

π φ

(rad)

+

iG2

A φ avec φ > π, ic =0A φ avec φ > π, ic =0

φ

φ

φ

Débit discontinu (interrompu φ<α) :

Débit continu (ininterrompu φ=α) :

Pas de débit (φ>α) :


0

2

π

2

3π

(rad)

(rad)

2

π 02

3 π

Th2

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve()

VmaxVe2


Débit discontinu (φ<α) :

VTh1(t)

VTh1 2Ve0

Vmax

iC(t)

UC(t)

Icmoy

-2Vmax

iTh1

iTh1(t)

(rad)

+

Th1

Uc Ve1 Ve2

iC

Etat des thyristors



Ve2

Icmoy Icmoy IcmoyIcmoy

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1VmaxVe2

Ve()

(rad)

+

Icmoy

V(α)

00

Ve

φφ

++

Ic=0Ic=0Ic=0Ic=0

00

V(φ)Uc

ic

VTh1

Ve1

R

Th1

ie1

UTh=Ve1-UC

φ

Ve

V(π+α)

φ

2V(φ)

2Ve






(rad)

2

π 0

2

3 π

Vmax iC(t)

UC(t)Icmoy

+

φφ +

V(φ)

(rad)

P>0P<0 P=0 P=0P<0 P>0

Phase de roue librePhase de roue libre

Onduleur assistéeOnduleur assistée






dθθsinV1

dttUT

1U max

T

0

ccmoy

coscosπ

VU max

cmoy

coscosπR

Vi max

cmoy

coscosR2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy π

dθ2

θ2cos1

π

VdθθsinV

1dttU

T

1U

2max22

max

T

0

2c

2ceff

2sin2sin

2

1

2

VU max

ceff

Le Courant qui traverse la charge:

Le Courant qui traverse un thyristor:




Th2


(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve()

VmaxVe2

(rad)

2

π 02

3 π

Vmax iC(t)

UC(t)

Icmoy

(rad)

+

+

Th1

Uc Ve1 Ve2

iC

Etat des thyristors



Ve2

Icmoy Icmoy Icmoy

Ve()

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1VmaxVe2

(rad)

+

Débit continu (φ=α) :

0

2

π

2

3π

(rad)

VTh1(t)

VTh1 2Ve0

-2Vmax

Icmoy

iTh1

iTh1(t)

Icmoy

2V(α)

00

2Ve

φφ

V(φ)

+

Uc

ic

VTh1

Ve1

R

Th1

iTh1

UTh1=Ve1-UC




dθθsinVπ

1dttU

T

1U max

T

0

ccmoy

cosπ

2VU max

cmoy

cosπR

2V

R

Ui maxcmoy

cmoy

cosπR

V

2

ii maxcmoy

Thmoy

d

2

2cos1

π

VdθθsinV

π

1dttU

T

1U

2max22

max

T

0

2c

2ceff 2

VU max

ceff







Le pont de Graëtz est constitué de quatre thyristors montées en parallèle deux par deux.

Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive

Commutation parallèle double - PD2 à thyristors

K

A

Les thyristors Th1 et Th2 sont à cathodes communes (sont reliées au même point K).

Les thyristors Th3 et Th4 sont à anodes communes (sont reliées au même point A).

TrVTh1

V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

Source

i

Charge

C.S R

Th2

Th3

Th1

Th4



Commutation parallèle double - PD2 à thyristors

Ainsi, dans ce type de montage:A cathodes communes, on dit qu’un thyristor est passant lorsque la tension entre sesbornes est plus positive que les autres.A anodes communes, on dit qu’un thyristor est passant lorsque la tension entre ses bornesest plus négative que les autres.

K

Th1 Th2

Th4 Th3

TrVTh1

V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

Source

i

Charge

C.S

A

R

(rad)

2+

iG1 , iG3

(rad)

+

iG1’, iG2’

(rad)

+ 3+

iG2 , iG4



Th2

Th4

TriTh2V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

i

iTh4

+

R

Th1

Th3

Tr

VTh1

V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

i iTh1

iTh3

+R

(rad)

02

π

2

3 π

Ve()

VeVmax

(rad)

02

3 π

Vmax

iC(t)

UC(t)

Imax

(rad)

+

(rad)

+

Etat des thyristors



Uc Ve -Ve

iC -Ve/RVe/R

Th1,Th3

Th2,Th4

0

0

0

0



VTh1(t)

0

2

π2

3π

(rad)

-Vmax


(rad)

0

(rad)

02

π

2

3 π

Ve(t)

VeVmax

(rad)

+

2

π

2

3 π

Vmax

iC(t)

UC(t)

Imax

(rad)

+

Th1,Th3

Th2,Th4

Uc Ve -Ve

iC -Ve/RVe/R

0

0

0

0

+


VTh

Uc Ve -Ve

Th1,Th3

Th2,Th4

00

Ve

V(α)

(rad) 0

2

π

2

3 π

Ve(t)VeVmax

(rad)

+

0

V(π+α)

Ve Ve






CmoyCmoy R.iU

CeffCeff R.iU


cos1R2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy

cos1π

VU max

cmoy

dθsinV1

dttUT

2dttU

T

1U max

2

T

t

c

T

0

ccmoy

0

dθsinV1

dttUT

2dttU

T

1U 22

max

2

T

t

2c

T

0

2c

2ceff

0

2

sin22

2

VU max

ceff

2

2sin22

R2

V

R

Ui maxceffceff

cos1R.

V

R

Ui maxcmoy

cmoy

Le courant qui traverse un thyristor





Tr

V1

i1

Ve(t)

iTh1

Th2

Th4 Th3

C.S

K

A

VTh1

Source

Uc

ic

L

R

Charge




α < φ

α = φ

α > φ




+

(rad)

iG2

(rad)+ 3+

iG2

(rad)

2+

iG1

π φ

(rad)

+

iG2


φ

φ

φ



Pas de débit (φ>α) :




Th3

Th1

VTh1Tr

V1

i1

Ve(t)

i

Source

K

A

Uc

ic

L

R

Charge

Th2

Th4


(rad)

2+

iG1

π φ

α = φ

(rad)

+

iG2

φ



(rad)

2

π 02

3 π

Vmax iC(t)UC(t)

Icmoy

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve()

Vmax

(rad)

+

+

Th1,Th3

Uc Ve

iC Icmoy

Etat des thyristors



-Ve-Ve

Icmoy Icmoy


0

2

π

2

3π

(rad)

VTh1(t)

VTh1 2Ve0

-2Vmax

Icmoy

ITh1

iTh1(t)

Icmoy 0

+

V(α)

0

Ve

Th2,Th4

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve()

Vmax

(rad)

+

φ φ

Th3

Th1

VTh1

VeUc

iTh1

L

R

UTh1=(Ve -UC)/2






CmoyCmoy R.iU

2

VU max

ceff

La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VDmax=-Vmax

d θsinV1

dttUT

1U max

T

0

ccmoy

cosαπ

2VU max

cmoy

cosR.

2V

R

Ui maxcmoy

cmoy


cosR

V

2

ii maxcmoy

Thmoy

dθ

2

2cos1

π

VdθsinV

1dttU

T

1U

2max22

max

T

0

2c

2ceff




Th1

VTh1

K

A

Uc

ic

L

R

Charge

Th2

Th4


Tr

V1

i1

Ve(t)

i

SourceTh3

α > φ

(rad)

+

iG2

φ

(rad)

2+

iG1

π φ



0

2

π

2

3π

(rad)

(rad)

2

π 02

3 π

Th2

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1

Ve()

VmaxVe2

Débit discontinu (φ<α) :

VTh1(t)

VTh1 2Ve0

Vmax

iC(t)

UC(t)

Icmoy

-2Vmax

iTh1

iTh1(t)

(rad)

+

Th1

Uc Ve1 Ve2

iC

Etat des thyristors



Ve2

Icmoy Icmoy Icmoy

Icmoy

(rad)

02

π

2

3 π

Ve1VmaxVe2

Ve()

(rad)

+

Icmoy

V(α)

00

Ve

φφ +

+

Ic=0Ic=0Ic=0Ic=0

00

V(φ)

φ

Ve

V(π+α)

φ

2V(φ)

2Ve

Th3

Th1

VTh1

VeUc

iTh1

L

R

UTh1=(Ve1-UC)/2




dθθsinV1

dttUT

1U max

T

0

ccmoy

coscos

π

VU max

cmoy

coscosπR

Vi max

cmoy

coscosR2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy π

dθθsinV1

dttUT

1U 22

max

T

0

2c

2ceff

2sin2sin

2

1

2

VU max

ceff







Ponts mixtes

Un pont mixte est formé pour moitié avec des thyristors et pour moitié avec des diodes.Comparé au pont classique tout thyristors, il a comme avantage de demeurer commandé tout enétant plus robuste, plus économique, (commande plus simple et un meilleur facteur de puissance).

Il a l’inconvénient de ne pas fonctionner en onduleur.

l y a deux montages des ponts mixtes :Pont mixte asymétrique

Pont mixte symétrique

Th1 Th2

D1 D2

Uc

ic

Ve(t)

i

R

Th1 D1

Th2 D2

Uc

ic

Ve(t)

i

R



Th1 Th2

D1 D2

Uc

ic

Ve(t)

i

R


Les deux thyristors ont leurs cathodes soumises au même potentiel.Le générateur d’impulsions délivre des impulsions décalées d’une demi-période entre elles.

Pont mixte symétrique



(rad)

02

π

2

3 π

Ve()VeVmax

2

π

(rad)

02

3 π

Vmax

iC(t)

UC(t)

Imax

(rad)

(rad)

+

+Etat des thyristors



Uc Ve -Ve

iC -Ve/RVe/R

Th1,Th2 Th1D1,D2

00

00


Th2Tr

iTh2V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

i

iTh4

+

R

D1

Th1

Tr

VTh1

V1

i1

Uc

ic

Ve(t)

i iTh1

iTh3

+R

D2

Etat des Diodes

Th2

D2 D1



ddt sinV1

tUT

2dttU

T

1U max

2

T

t

c

T

0

ccmoy

0

cos α1π

VU max

cmoy

cos1R

V

R

Ui maxcmoy

cmoy

cos1R2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy





dθsinV1

dttUT

2dttU

T

1U 22

max

2

T

t

2c

T

0

2c

2ceff

0

2

2sin22

2

VU max

ceff

2

2sin22

R2

V

R

Ui maxceffceff

2

2sin22

2R

V

2

ii maxceff

Theff




Th1 Th2

Uc

ic

RL

D1 D2

Tr

V1

i1

Ve(t)

i+

(rad)

02

π

2

3 π

Ve()

VeVmax

2

π

(rad)

02

3 π

Vmax

iC(t)UC(t)

Imax

(rad)

(rad)

+

+

Uc Ve -Ve

iC IcmoyIcmoy

Th1,Th2 Th1D1,D2

00

Th2

D2 D1

Etat des thyristors



Etat des Diodes




ddt sinV1

tUT

2dttU

T

1U max

2

T

t

c

T

0

ccmoy

0

cos α1π

VU max

cmoy

cos1R

V

R

Ui maxcmoy

cmoy

cos1R2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy





dθsinV1

dttUT

2dttU

T

1U 22

max

2

T

t

2c

T

0

2c

2ceff

0

2

2sin22

2

VU max

ceff



Pont mixte asymétrique

Th1 D1

Th2 D2

Uc

ic

Ve(t)

i

R


Les deux thyristors ont leurs cathodes soumises à des potentiels différents.



(rad)

02

π

2

3 π

Ve()

VeVmax

2

π

(rad)

02

3 π

Vmax

iC(t)

UC(t)

Imax

(rad)

(rad)

+

+

Etat des thyristors



Uc Ve -Ve

iC -Ve/RVe/R

Th1,Th2 Th1D1,D2

00

00


Etat des Diodes

Th2

D2 D1

Th2

Th1 D1

D2

Ve(t)

i

Uc

ic

R



ddt sinV1

tUT

2dttU

T

1U max

2

T

t

c

T

0

ccmoy

0

cos α1π

VU max

cmoy

cos1R

V

R

Ui maxcmoy

cmoy

cos1R2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy





dθsinV1

dttUT

2dttU

T

1U 22

max

2

T

t

2c

T

0

2c

2ceff

0

2

2sin22

2

VU max

ceff

2

2sin22

R2

V

R

Ui maxceffceff

2

2sin22

2R

V

2

ii maxceff

Theff


Th1 D1


Uc

ic

RL

Th2 D2

Tr

V1

i1

Ve(t)

i+

Pont mixte asymétrique

(rad)

02

π

2

3 π

Ve()

VeVmax

2

π

(rad)

02

3 π

Vmax

iC(t)

UC(t)

Imax

(rad)

(rad)

+

+

Uc Ve -Ve

iC IcmoyIcmoy

Th1,Th2 Th1D1,D2

00

Th2

D2 D1

Etat des thyristors



Etat des Diodes




ddt sinV1

tUT

2dttU

T

1U max

2

T

t

c

T

0

ccmoy

0

cos α1π

VU max

cmoy

cos1R

V

R

Ui maxcmoy

cmoy

cos1R2

V

2

ii maxcmoy

Thmoy





dθsinV1

dttUT

2dttU

T

1U 22

max

2

T

t

2c

T

0

2c

2ceff

0

2

2sin22

2

VU max

ceff




http://www.usthb.dz

REDRESSEMENT TRIPHASÉS


Dr.F.BOUCHAFAA Redressement triphasés 3

Commutation triphasé parallèle à thyristors


Commutation triphasé Mixte

Commutation triphasé simple alternance à diode

Commutation triphasé parallèle à diodes

Conclusion

1

4

6

2

5

Commutation triphasé simple alternance à thyristors3



Système triphasé

Equations temporelles

Chronogrammes

Diagramme de Fresnelvaleur efficace

3

4j

3

3

2πj

2

1

V.eV

V.eV

VV

2V

Tt

v1 v2 v3

0

Représentation complexe

V1

V2

V3

ω



3

2 πωtsin2.VtV

3

2 πωtsin2.VtV

tsin2.VtV

3

2

1 ω

Z

Z

Z

Neutre

Phase 1

Phase 2

Phase 3

Source Charge

V1

V2

V3

U12

U23

U31

1

2

3

N

Tensions V = Tensions simples, entre neutre et phase

U12 V1 V2= -

Tensions U = Tensions composées, entre phases


Système triphasé


Exemple : Distribution basse tension : V = 231 V et U = 400 V

ChronogrammesDiagramme de Fresnel

Relation entre les valeurs efficaces : .V3U

V1

V2

V3U12

U23

U31V2


Système triphasé

u12 u23 u31

0 t

opposé de u12

2V

2U

T


Couplage étoile Couplage triangle

Zy

1

23

NZy Zy

Zd

Zd

Zd

1

2

3

Zd

Zd

Zd

1

2

3

U12

U23

U31

Zy

Zy

Zy

1

2

3

N

V2

V1

V3


Système triphasé



Nous avons vu que, la plupart du temps, l'énergie électrique était fournie par

le réseau, et donc par l'intermédiaire d'une tension sinusoïdale. Or, dans de

nombreuses applications, l'énergie est utilisée sous forme de signaux

continus. Il est donc nécessaire de disposer d'un système effectuant cette

conversion.

Ce dispositif est appelé redresseur.


Redressement Triphasénon commandé




Le montage triphasé simple voie (P3):

Un redresseur simple alternance triphasé est un redresseur permettant deredresser une source triphasée.

Les tensions d'entrée utilisées pour illustrer ce chapitre constituent un

système triphasé équilibré.

3

2πωtsinVtV

3

2πωtsinVtV

tsinVtV

max3

max2

max1 ω



Il existe deux montage de redresseurs simple alternance triphasés basés sur

l'utilisation de diodes :

En fonction du signe de la tension aux bornes de la charge voulu, on peut

utiliser le montage à cathode commune ou à anode commune.


Le montage à cathode communLe montage à anode commun

A C.S

Uc

Charge

ic

R

D3D1VD1 D2

Source

i

V1

V2

V3

N

R

S

T

K C.S

Uc

Charge

ic

R

Source

D3D1VD1 D2

i

V1

V2

V3

N

R

S

T

0

(rad)

3

π

3

2π

3

4π

3

5π

6

π

6

5π

6

11π

2

π

6

7π

2

3π

V1 V2 V3

Représentation des signaux d’entrée


3

2πωtsinVtV

3

2πωtsinVtV

tsinVtV

max3

max2

max1 ω

3π

2

3π

2

3π

2

3π

2


0(rad)

3

π2

π

3

4π

3

5π

6

π6

5π

6

11π

2

π6

7π

2

3π

V1 V2 V3

Représentation des signaux d’entrée

3π

2

3π

2

3π

2

3π

2





Redressement simple alternance

Montage à Cathode commun

Charge resistive


(rad)

0

3

π2

π

3

4π3

5π

2

π

6

7π6

11π

V1 V2 V3

Uc[V]

6

π

6

5π

2

3π

6

π

6

5π2π

3

2π

3

2

3π

UC(t)

D1

D2

D3

Uc V1 V2V3 V3


Uc

ic

RN

D1VD1

V1

iD1R

D2

V2

SiD2

V3

T

iD3

D3

2,2

3

6,0V

2

3,

6

5V

6

5,

6V

U

3

2

1

C

(rad)

0

6

π

3

π

2

π2

π

6

5π6

7π

3

4π

2

3π3

5π

6

11π

Uc[V]

V1 V2 V3


IC=ID1+ID2+ID3

Ic[A]

ID1[A]

iC(t)

iD1(t)

Ic ID3 ID1 ID2 ID3

D1D2D3


Uc

ic

R

N

D1VD1

V1

iD1R

D2

V2

SiD2

V3

T

iD3

D3

effV6

MaxV3

DmaxV

(rad)

0

6

π

3

π

2

π2

π

6

5π

6

7π

3

4π

2

3π3

5π

6

11π

Uc[V],VD1[V]

V1 V2 V3

VD1

D1D2D3

Uc V1 V2V3 V30 V1-V2 V1-V3

maxV3

maxV2

3


Uc

ic

R

N

D1VD1

V1

iD1R


VD1=V1-UC

6

5π

6

πMax

6

5π

6

π

Max

T

0

ccmoy cos2π

3Vdθsin θV

2π

3dttU

T

1U

Tension moyenne et efficace de Uc(t) :


Maxcmoy V2π

33U


6

5

6

2max2

6

5

6

2max

T

0

2c

2ceff 2sin

2

1

6π

3VdθsinV

2

3dttU

T

1U

maxceff 0.84.VU

max

cmoy

cmoy V.R2

33

R

UI

πCourant qui traverse la charge:

R

V84.0

R

UI maxceff

ceff

d θi2

1dtti

T

1I

6

5

6

c

T

0

D1D1moy

Courant qui traverse une diode

3

II

cmoy

D1moy

3

II ceff

Deff d θi2

1dtti

T

1I

6

5

6

2c

T

0

2D

2Deff



Redressement simple alternance

Montage à Anode commun

Principe de fonctionnement


(rad)

0

6

π

3

π3

2π

6

5π

3

4π

2

3π3

5π

Uc[V]

V1 V2 V3

2

π

6

7π6

11π

D1

D2

D3

Uc V3 V1V2 V2

3π

2

3π

2


D1VD1

V1

iD1R

Uc

ic

RN

V2

SiD2

D2

2,6

11

2,0V

2

11,

6

7V

6

7,

2V

U

3

2

1

C

D3

V3

T

iD3

Uc[V]

(rad)

0

6

π

3

π

2

π2

π

6

5π

6

7π

3

4π

2

3π3

5π

6

11π

V1 V2 V3



D1D2D3

Ic ID3 ID1ID2 ID2

ID1[A]

IC=ID1+ID2+ID3

D1VD1

V1

iD1R

Uc

ic

R

NV2

SiD2

D2

ic[A]

D3

V3

T

iD3

IC(t)

ID1(t)

(rad)

0

6

π

3

π

3

2π

6

5π3

4π

2

3π3

5π

Uc[V],VD3[V]

V1 V2 V3

D1D2D3

maxV2

3

maxV3

VD3 0V3 –V2 V3 –V1Uc V3 V1V2 V2

U32


Uc

ic

R

N

D3

V3

T

iD3


VD3=V3-UC

2

π

6

7π6

11π

UC(t)

VD1(t)


6

7π

2

πMax

6

7π

2

π

Max

T

0

ccmoy cos2π

3Vdθsin θV

2π

3dttU

T

1U

Tension moyenne et efficace Uc(t):

maxcmoy V2π

33U


6

5

6

2max2

6

5

6

2max

T

0

2c

2ceff 2sin

2

1

6π

3VdθsinV

2

3dttU

T

1U

maxceff 0.84.VU

max

cmoy

cmoy V.R2

33

R

UI

πCourant moyenne et efficace Uc(t):

R

V84.0

R

UI maxceff

ceff

dθi2

1dtti

T

1I

6

11 π

6

7π

c

T

0

D1D1moy


3

II cmoy

D1moy

3

II ceff

Deff d θi2

1dtti

T

1I

6

11

6

7

2c

T

0

2D

2Deff

K

Charge inductive



C.S

Uc

Chargeic

L

RD3D1VD1 D2

Source

i

V1

V2

V3

N

R

S

T

Charge inductive



(rad)

0

3

π2

π

3

4π3

5π

2

π

6

7π6

11π

V1 V2 V3

Uc[V]

6

π

6

5π2

3π

UC(t)

D1

D2

D3

Uc V1 V2V3 V3

Charge inductive



6

π6

5π

2

3π

(rad)

0

3

π2

π

3

4π3

5π

2

π

6

7π6

11π

V1 V2 V3

ic[V]

UC(t)

D1

D2

D3

Ic

ID1

ID1 ID2ID3 ID3

Icmoy

ID1 00 0

IC(t)

ID1(t)



6

5π

6

πMax

6

5π

6

π

Max

T

0

ccmoy cos2π

3Vdθsin θV

2π

3dttU

T

1U


maxcmoy V2π

33U

6

5

6

2max2

6

5

6

2max

T

0

2c

2ceff 2sin

2

1

6π

3VdθsinV

2

3dttU

T

1U

maxceff 0.84.VU

max

cmoy

cmoy V.R2

33

R

UI

πCourant moyenne et efficace Uc(t):

R

V84.0

R

UI maxceff

ceff

dθi2

1dtti

T

1I

6

5π

6

π

c

T

0

D1D1moy


3

II cmoy

D1moy

3

II ceff

Deff d θi2

1dtti

T

1I

6

5

6

2c

T

0

2D

2Deff

Redresseur double alternance triphaséPont de Graëtz triphasé à diodes



Pont de Graëtz triphasé à diodes



Un redresseur double alternance triphasé est un redresseur permettant de

redresser une source triphasée. Le montage redresseur PD3 à diodes est

constitué de six diodes, connectées deux par deux en inverse

K

A

Uc

Charge

ic

L

RD1

D4

VD1 D2

D5

C.S

D3

D6

Source

i

V1

V2

V3

N

R

S

T

UC = VK - VA

Les trois diodes D1, D2, D3 forment uncommutateur plus positif, qui laissepasser à tout instant la plus positivedes tensions, et les diodes D4, D5, D6forment un commutateur plus négatif,qui laisse passer la plus négative destensions. La tension redressée est àtout instant la différence entre cesdeux tensions, soit :

0 (rad)



D5

D3

Uc

ic

L

R

V2

V3

N

S

T

D3

Uc

ic

L

R

D4

i

V1

V3

N

R

T

D2

Uc

ic

L

R

D4

i

V1

V2N

R

S

D2

D6

Uc

ic

L

R

V2

V3

N

T

S

D6

Uc

ic

L

RD1VD1

i

V1

V3

N

R

T

D5

Uc

ic

L

RD1VD1

i

V1

V2N

R

S

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D5

D3

Uc

ic

L

R

V2

V3

N

S

T

A tout instant, deux diodes qui conduisent

au même temps. L’une pour la plus positive

avec VK et l’autre pour la plus négative avec

VA.

A cet effet, le principe de fonctionnement du

pont de greatz triphasé alimentant une

charge résistive dans période T est comme

suit:

6

π

2

π

6

5π

6

7π

2

3π

6

11π



0

3

π3

2π

3

4π3

5π

(rad)

U31U23U12 U13 U21

U32 U32

6

π

6

5π

2

3π

2

π6

7π

6

11π

V1 V2 V3

D

Uc U32U21U12U32 U13

D35

Uc[V],Ic[A]

U23 U31

Charge resistive

D15 D16 D26 D24 D34 D35Etat des diodes

Tension aux bornes de Uc

UC(t)

iC(t)

VK(t)

VA(t)

Tension composée

Tension simple


0

3

π3

2π

3

4π3

5π

(rad)

U31U23U12 U13 U21

U32 U32


6

π6

5π

2

3π2

π6

7π

6

11π

V1 V2 V3

D1

VD100 U12U12U13

U13U13

Uc[V],VD1[V]

Charge resistive

Etat des diodes

Tension aux bornes de VD1

UC(t)

VK(t)

VA(t)

VD1(t)

maxV3


0

3

π3

2π

3

4π3

5π

(rad)

U31U23U12 U13 U21

U32 U32


6

π

6

5π

2

3π

2

π6

7π

6

11π

V1 V2 V3

D1

ID1

Uc[V],ID1[A]

IC IC0 0 0 0 0

Charge resistive

Etat des diodes

Courant traversant la diode

VK(t)

VA(t)

UC(t)

ID1(t)

V1 V2 V3iC(t)




maxcmoy Vπ

33U

max

cmoy

cmoy V.R2

33

R

UI

π

Courant moyenne et efficace Uc(t):

dθi2

1dtti

T

1I

6

5π

6

π

c

T

0

D1D1moy


3

II cmoy

D1moy

2

6

max

T

Ccmoy.dθ

3

2-sin-sin.V

2π

6(t)dtU

T

1Uc U



D5

D3

Uc

ic

L

R

V2

V3

N

S

T

D3

Uc

ic

L

R

D4

i

V1

V3

N

R

T

D2

Uc

ic

L

R

D4

i

V1

V2

N

R

S

D2

D6

Uc

ic

L

R

V2

V3

NT

S

D6

Uc

ic

L

RD1VD1

i

V1

V3

N

R

T

D5

Uc

ic

L

RD1VD1

i

V1

V2N

R

S

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D5

D3

Uc

ic

L

R

V2

V3

N

S

T

Principe de fonctionnement

Charge inductive

0 (rad)

6

π6

5π

2

3π

2

π

6

7π

6

11π



0

3

π3

2π

3

4π3

5π

(rad)

U31U23U12 U13 U21

U32 U32

6

π

6

5π

2

3π

2

π6

7π

6

11π

V1 V2 V3

D

Uc U32U21U12U32 U13

D35

Uc[V],Ic[A]

U23 U31

Charge inductive

D15 D16 D26 D24 D34 D35Etat des diodes


UC(t)

iC(t)

VK(t)

VA(t)

Tension composée

Tension simple

Icmoy




maxcmoy Vπ

33U

max

cmoy

cmoy V.R2

33

R

UI

π

Courant moyenne et efficace Uc(t):

dθi2

1dtti

T

1I

6

5π

6

π

c

T

0

D1D1moy


3

II cmoy

D1moy

2

6

max

T

Ccmoy.dθ

3

2-sin-sin.V

2π

6(t)dtU

T

1Uc U

Redressement Triphasécommandé





Le montage à anode commun Le montage à cathode commun

C.S

Uc

Charge

ic

R

Source

Th1VTh1

Th3

K

Th2

i

V1

V2

V3

N

R

S

T

A C.S

Uc

Charge

ic

R

Th1VTh1

Th2Th3

Source

i

V1

V2

V3

N

R

S

T



Commande Numérique

G4K4G1K1

Synchronisme

Va

Réglage de RAZ

G5K5G2K2 G6K6G3K3



Redressement commandésimple alternance

Montage à cathode commun



Les trois thyristors ont leurs cathodes soumises au même potentiel. Cepont nécessite un seul générateur d’impulsion qui délivre des impulsionsdécalées d’un tiers de période entre elles.

Uc

ic

R

N

V2

SiTh2

V3

T

iTh3

V1

iTh1R

Th1VTh1

Th2 Th3

Le montage redresseur P3 à thyristorsest constitué de trois thyristors,connecté chacun à une phase duréseau triphasé.

Si l’angle d’amorçage est α à partir de θ=π/6 qu’on appelle l’angle d’amorçagenaturel, la séquence d’amorçage est la suivante : Th1, Th2, Th3, Th1, ..etc.2 Cas se présentent :

α <= π/6 : conduction continu α > π/6 : conduction discontinu

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π



6

5π

2

3π6

π

Uc

Th

V3 V1 V2 V3

Th2Th1 Th3Th3Etat des thyristors


Commutation naturelle

Commutation naturelle

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π



Montage PD3 commandé < /6

6

5π

2

3π6

π

Charge resistive

Uc

Th

V3 V1 V2 V3



UC(t)

Uc

Th

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π



6

5π

2

3π6

π

V3 0 V1 V2 V3

Th2Th1 Th3Th3

0 0

Charge resistive

Etat des thyristors


Montage PD3 commandé > /6

UC(t)

iC(t)

Uc

Th



(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π

Montage PD3 commandé < /6

6

5π

2

3π6

π

V3 V1 V2 V3



Charge inductive

UC(t)

Uc

Th

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π



6

5π

2

3π6

π

Charge inductive

V3 V1 V2 V3



Montage PD3 commandé = /6

UC(t)

Uc

Th

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π



6

5π

2

3π6

π


Charge inductive

V3 V1 V2 V3

Th2 Th3Th3Etat des thyristors


Th1

UC(t)

Uc

Th

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

V1 V2 V3

3

π3

5π



6

5π

2

3π6

π


Charge inductive

V3 V1 V2 V2

Th2Th3Etat des thyristors


Th1

UC(t)



Charge inductive

V1 V2 V3

(rad)

0

2

π

6

7π3

4π

6

11π

3

π3

5π

6

5π

2

3π6

π

Montage PD3 commandé = /6

α ≤ π/6, la valeur moyenne de la tension redressée est positive, il en est donc demême pour la puissance active fournie par le réseau au récepteur (P=Ucmoy Ic);le transfert de puissance se fait du coté alternatif vers le coté continu, lesystème fonctionne en redresseur.

UC(t)



Charge inductive

α > π/2, la valeur moyenne de la tension redressée est négative, il en est donc demême pour la puissance active fournie par le réseau au récepteur (P=Ucmoy Ic);le transfert de puissance se fait du coté continu vers le coté alternatif, lesystème fonctionne en onduleur ou redresseur inversé. Le réseau continunéanmoins à imposer la fréquence et à fournir de la puissance réactive, d'où laprécision parfois ajoutée dans la dénomination d'onduleur non-autonome.


(rad)

UC(t)



Charge inductive

Tension moyenne Uc(t):

)cos(.V2π

33U maxcmoy

)cos(.V.R2

33

R

UI max

cmoy

cmoy π

Courant moyenne ic(t):

dθi2

1dtti

T

1I

6

7π

2

π

c

T

0

D1D1moy


3

II cmoy

D1moy

3

2

2

6

max

T

Ccmoy.dθsin.V

2π

3(t)dtU

T

1Uc U



)cos(2

V.33U max

C

α(rad)

Ucmoy[V]

Redresseur Onduleur

P P

maxV2π

33

2

π

Caractéristique de réglage



2 cas :

α < 90° alors Uc>0

)cos(V.33

U maxC

α > 90° alors Uc<0Réseau

(RECEPTEUR)ONDULEUR Charge

(GENERATEUR)

P

P

Ic

Uc

Réseau(GENERATEUR)

REDRESSEUR Charge(RECEPTEUR)

Ic

Uc

PP



Redressement commandéDouble alternance



Pont de Graëtz triphasé à thristors

Un redresseur double alternance triphasé est un redresseur permettant de

redresser une source triphasée.

Le montage redresseur PD3 à thyristors est constitué de six thyristors,

connectées deux par deux en inverse

UC = VK - VA

Les trois thyristors Th1, Th2, Th3forment un commutateur plus positif,qui laisse passer à tout instant la pluspositive des tensions, et les diodesTh4, Th5, Th6 forment un commutateurplus négatif, qui laisse passer la plusnégative des tensions. La tensionredressée est à tout instant ladifférence entre ces deux tensions,soit :

K

A C.S

Uc

Charge

ic

L

R

Th3

Th6

Th2

Th5

Th1

Th4

Source

i

V1

V2

V3

N

R

S

T

Th1

Th2

Th3

Th4

Th5

Th6


0 (rad)

6

π6

5π

2

3π

2

π

6

7π

6

11π

A tout instant, deux thyristors qui

conduisent au même temps. L’une pour la

plus positive avec VK et l’autre pour la plus

négative avec VA.

A cet effet, le principe de fonctionnement du

pont de greatz triphasé à thyristors dans

période T est comme suit:

Th4

V1

iR

NA

Uc

ic

L

R

k

V2

S

Th2Th1

V1

iR

Th5V2

S

Th6

V3

T

V3

T

Th3

Th

Uc U31

Th34

U32

Th35

U12

Th15

U13

Th16

U23

Th26

U21

Th24

U31

Th34


UC = VK - VA

Th

Uc U31

Th34



Charge inductive

0

3

π3

2π

3

4π3

5π

(rad)

6

π6

5π

2

3π2

π6

7π

6

11π

V1 V2 V3

Uc[V]

UC(t)

VK(t)

VA(t)

Etat des thyristors


Tension simple

Tension composée

U31U23U12 U13 U21

U32 U32

U31

Th34

U32

Th35

U12

Th15

U13

Th16

U23

Th26

U21

Th24

UC = VK - VA



Charge inductive


)cos(.Vπ

33U maxcmoy

)cos(.V.R

33

R

UI max

cmoy

cmoy π

Courant moyenne ic(t):

2

6

21

T

Ccmoy).dθV-V

2π

6(t)dtU

T

1Uc U


Redressement commandé Mixte



N

A

Uc

ic

L

R

k

V2

S

Th2Th1

V1

iR

V3

T

Th3

V3

T

D6D4D4

V1

iR

D5

V2

S


Le pont mixte symétrique :


0

Charge inductive

6

π6

5π

2

3π2

π6

7π

6

11π

V1 V2 V3

Uc[V]

UC(t)

VK(t)

VA(t)

Etat des thyristors


Tension simple

Tension composée

U31U23U12 U13 U21

U32 U32

U32

Th3-D5

0 U13

Th1-D6

0 U21

Th2-D4

UC = VK - VA


0

3

π3

2π

3

4π3

5π

(rad)

pour α = π/2.



Charge inductive


)cos(1.V2π

33U maxcmoy

)cos(.V.R2

33

R

UI max

cmoy

cmoy π

6

7

6

31

T

Ccmoy.dθVV

2π

6(t)dtU

T

1Uc U

6

7

6

max .dθ3

4-sin-sin.

2π

3VUc

Courant moyenne Ic(t):



http://www.usthb.dz

CONVERTISSEURS AC/ACGRADATEUR

Dr.F.BOUCHAFAA Convertisseurs AC/AC 3


Introduction

Gradateur monophasé charge résistive

Gradateur monophasé charge inductive

Conclusion

1

2

5

Gradateur triphasé

3


4

Dr.F.BOUCHAFAA 4Convertisseurs AC/AC


Dr.F.BOUCHAFAA 5

Les gradateurs ou les cyclo-convertisseurs sont des convertisseurs del'électronique de puissance qui assurent directement la conversionalternatif-alternatif. Alimentés par une source de tension alternativemonophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courantalternatif le récepteur branché à leur sortie.

On utilise un gradateur chaque fois que l’on a besoin de l’alternativevariable alors que l'énergie électrique est disponible en alternatif fixe. Lesgradateurs ont un très vaste domaine d'applications.

· Sur charge résistive : application à l'éclairage· Sur charge R-L : variation de vitesse de moteur· Charge inductive : compensation d'énergie réactive

Convertisseurs AC/AC


Gradateur monophasé

Ve Vs

Commande

Th1

Th2

Un montage gradateur permet d’obtenir une tension alternative variable defréquence constante ou variable, à partir d’une source alternative.



Source alternative Récepteur alternatifGradateur

Action sur lavaleur efficace

I

tI

tI

t

D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC):

2. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tensionalternative de valeur efficace variable et de fréquence variable inférieure à lafréquence de la source. C’est le cyclo-convertisseur.

1. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tensionalternative variable. C’est le gradateur






Rappels



Gradateur monophasé


Partie commande

Partie puissance


Introduction

VTh

Un gradateur est un interrupteur statique caractériser par un fonctionnement avecun phénomène de commutation naturelle.

Th1

Uc

ic

RTh2

Commande NumériqueVa

K1G2K2

G1G2K2 K1

VVSynchrone

Réglage de α RAZ

G1

Ve

Tr

V1

i1 i2



Quand on envoie une impulsion sur la gachête d’un des deux thyristors, celui-ciconduit si la tension appliqué entre son anode et sa cathode est positive puis il sebloque lorsque le courant qui le traverse s’annule. Le fonctionnement du gradateurmonophasé doit être envisagé suivant la nature de la charge


L’élément de base est formé dedeux thyristors montés en têtesbêches (ou en anti-parallèle) etplacés entre la source et lerécepteur.La source de la tension Ve estsupposée parfaite; elle fournit unetension sinusoïdale.

Introduction

Dr.F.BOUCHAFAA 11

Montage d’un gradateur monophaséalimentant une charge résistive.

VaCommande

Ve(t)

i

Source

ic

Uc

Charge

C.S

Th1

Th2

VTh




ic

RUcVaCommande

Th1

Th2

VTh

Dr.F.BOUCHAFAA 12


(rad)

02

π

2

3 π

Va

Va()

Vmax

Ve(t)

i

a

b

(rad)

02

π

2

3 π

Vb

Vb()

Vmax

Pour le thyristor Th1, il est commandable de [0,π]

Dés que la tension d’entrée Ve est positive et un amorçage de thyristor en agissant sur sagâchette (iG≠0) à l’instant , ce dernier devient passant jusqu'à ce que le courant qui letraverse s'annule.

(rad)

0

2

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

Pour le thyristor Th2, il est commandable de [π,2 π]



Dr.F.BOUCHAFAA 13


ic

RUcVaCommande

Th1

Th2

VTh

Ve(t)

i

a

b

(rad)

0

2

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

(rad)

2

3π2

π

Vmax

VTh(t)

iC(t)Imax

max

UC(t)

ic Ve/R 00

Th Th1

Uc Ve 0

VTh Ve0

0

Ve 0

Ve

Ve/R

Th2

Comme la charge est résistive, lecourant et la tension sont en phase.Etat des thyristors



Courant traversant la chargeUTh=Ve-UC


(rad)

2

3π2

π

iC(t)Imax


2,,pour θsin max

,,0pour0

)ic(

I

2,,pour0

,,0pour θsin

)(VVmax

Th

2,,pour θsin

,,0pour0

)Uc(

Vmax

La tension Uc(t) :

Le courant ic(t) :

La tension VTh(t) :

2

3π2

π

(rad)

-V(α)

V(α)

Dr.F.BOUCHAFAA 14

(rad)

(rad)

2

3π2

π

VmaxUC(t)



dθ..sinVπ

1dθ..sinV

2

1dθ)(U

T

1U 2

π

α

max22

2π

0

max2

T

0

2c

2ceff

)2

2sin1(VU effceff

)2

2sin1(

R

VI eff

effC



La valeur efficace de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’anglede retard à l’amorçage .




α(rad)

0

2

π

Uceff(α)


Caracteristique de réglage

)2

2sin1(VU effceff



Dr.F.BOUCHAFAA 17

α(rad)

0

2

π

P(α)

)2

2sin1(

VUP

2

eff

2

effC

RR

0Pmax

P

0)

2

2sin1(

V

.

2

eff

R

k2001)2cos(

R

V20PP

2

effmax k




Montage d’un gradateur monophaséalimentant une charge inductive

VaCommande

C.S

Th1

Th2

VTh

Ve(t)

i

Source

L

ic

Uc

Charge

R




Dr.F.BOUCHAFAA 19

Uc

ic

Ve(t)

i

R

Th

VTh

L tsinVtRidt

tdiL maxc

c ω

Le thyristor Th conduit dés que la tension Ve est positiveet un amorçage au niveau de sa gâchette (iG≠0).




0Ridt

L cHcHdi


R


e τ

t

cH K.(t)i

Avec:



Dr.F.BOUCHAFAA 20


VeR.II.j.L cpcp

R

L ω

L ωRZ

Z

Ve.I

:Avecj.L ωR

VeI

tg1

22

cp

cp

ecpcp

VRidt

Ldi


Vej.LR.Icp


)tsin(V

(t)imax

cp Z

Ainsi:

)tsin(Z

VK.(t)i(t)i(t)i

maxτ

t

cpcHc e



Dr.F.BOUCHAFAA 21

On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régimepermanent faisant apparaître le déphasage du courant sur la tension. Le courant ne s’annulepas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+).

Condition initiale

à: 0)(ic


e L

)(max

c ).sin(-)tsin(Z

V(t)i

tR


VK.(t)i(t)i(t)i

maxτ

t

cpcHc e

0)sin(Z

VK.

maxτ.e

e Lmax

).sin(Z

VK

R

D’où :



Dr.F.BOUCHAFAA 22

- Un déphasage (φ) entre la tension et le courant

α < φ

α = φ

α > φ




Ainsi:

(rad)

+

iG2

(rad)

iG1

π φ

(rad)

+

iG2


φ

φ



0

2

π

2

3 π

VeVmax


Dr.F.BOUCHAFAA 23

■ Cas où = )tsin(

Vic(t)

max

Z

(rad)

(rad)

0

2

π

2

3 π

Ve

Ve()

Vmax

φφ


Th

φ

φ


Dr.F.BOUCHAFAA 24

■ Cas où (<<)

Th1Th2

UC()

Th20 0



Dr.F.BOUCHAFAA 25

■ Cas où (<):

Lorsque l’angle est inférieur à , le fonctionnement dépend de la nature dessignaux appliqués aux gâchettes.

-brèves impulsions (Impulsion de courte durée).

-Train impulsions (Commande par impulsion large)

φ

φ

φφ



Dr.F.BOUCHAFAA 26

■ Cas où (<):

Th

φ

φ

UC()

0 0


Th1

Dans ce cas, on, constate que le thyristor Th1 sera enconduction lors de l’arrivée de l’impulsion sur ledeuxième thyristor, cependant ce dernier ne peut pasconduire. Ainsi, seul un thyristor conduit et ce montagefonctionne en un redresseur simple alternance.


φφ


Dr.F.BOUCHAFAA 27

■ Cas où (<): -Train impulsions (Commande par impulsion large)

Dans ce cas, on doit utiliser un train d’impulsions afind’assurer la conduction de deuxième thyristor lors del’arrêt de conduction (extinction) de premier thyristor.

Th

UC()

Th2 Th2Th1



Dr.F.BOUCHAFAA 28

Gradateur triphasé



Dr.F.BOUCHAFAA 29

Les tensions d'entrée utilisées pour illustrer ce chapitre constituent un

système triphasé équilibré.

3

2πωtsinVtV

3

2πωtsinVtV

tsinVtV

max3

max2

max1 ω

0(rad)

3

π2

π

3

4π

3

5π

6

π6

5π

6

11π

2

π6

7π

2

3π

V1 V2 V3

3π

2

3π

2

3π

2

3π

2



Dr.F.BOUCHAFAA 30

Il existe deux montage de gradateur triphasé :

Le montage triangleLe montage etoile

V

V1

V2

V3

N

V

V

R

S

T

Th1

Th2 Uc1

i1RVTh

Th3

Th4 Uc2

i2R

Th5

Th6 Uc3

i3R

UC3UC2

UC1 V

T

S

U12

V

V

TV

U23

U31

i1

J1

J2

Th1

Th6

J3

i3

i2Th4

Th2

VTh1

Th5

Th3




http://www.usthb.dz

LES CONVERTISSEURS CONTINU-CONTINU

Dr.F.BOUCHAFAA Convertisseurs DC/DC 3


Application à l’alimentation de moteurs DC

Hacheur série

Hacheur parallèle

Hacheur réversible en courant et en tension

Note sur les alimentations à découpage

1

4

6

2

5

Hacheur réversible en courant3




Hacheurs

Un montage Hacheur permet d’obtenir une tension continue réglable à partird’une source continue fixe.

Th

Ve Vs

Commande



Récepteur continuSource continueHacheur

Action sur lavaleur moyenne

I

t

I

t

B- Conversion Continu – Continu (DC/DC):

Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et unecharge alimentée en continu, est appelé : Hacheur (Chopper).



• Un hacheur permet de régler le transfert d’énergie d’une source continuevers la charge avec un rendement élevé. Selon la structure, il peut êtreabaisseur ou élévateur de tension et, dans certaines conditions, renvoyerde l’énergie à l’alimentation. Il est utilisé dans les alimentations et pour lepilotage des moteurs.

• Pour simplifier, on considère les composants parfaits; et en particulierl’interrupteur électronique unidirectionnel en courant commandable àl’ouverture et à la fermeture.


•Symbole d’un Interrupteur électronique unidirectionnel

•Celui-ci peut être réalisé avec un transistor bipolaire, un MOSFET, unthyristor, un GTO, etc.



HACHEUR SERIE

Principe


Un hacheur série permet de régler le transfert d’énergie d’une source detension continue (ou alimentation capacitive) vers une source de courantcontinu (ou charge inductive) en liaison directe, c’est-à-dire sans élémentintermédiaire d’accumulation.

• L’interrupteur électronique H, placé en série avec la source de tension, estpériodiquement fermé pendant une durée tf (αT) et ouvert pendant le reste de lapériode T,


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur

HON OFF

Uc

ic

A

B

CHARGERESEAUCONTINU UE

iE

Il est appelé aussi abaisseur de tension, dévolteur, Buck converter. Ce hacheurcommande le débit d’un générateur de tension UE, dans un récepteur decourant.

H




Uc

ic

R

Charge

On envisage une structure comportant une sourcecontinue et un hacheur pour atteindre une chargerésistive. On distingue alors les trois blocsprécédemment définis: une source, un commutateur etla charge.

UE

Source

iE

C.S

VH

H

ON OFF

VH

H

ON OFF

ON

HEtat 1 : H fermé

H=1 H=0

H

OFF

Etat 0 : H ouvert

0 T

tf to

tf: temps de fermeture

to: temps d’ouverture




Ton=tf: temps de fermeture

Toff=to: temps d’ouverture

Le rapport cyclique est le rapport entre le temps de conduction del’interrupteur, et la période du signal. C’est un nombre sans dimension, noté

α, compris entre 0 et 1.

Rapport cyclique :

La commande de l’interrupteur H estpériodique de période T.

ont

T

Deux possibilités :

faire varier ton avec T constant

faire varier T à ton constant.

État de H

1

0

0 ton T

temps

H H=1 H=0

tf to






H

Uc

ic

UE(t)

iE

R

VH

a

b

Comme la charge est résistive, le courant etla tension sont en phase.

E

(rad)0

UE

0

(rad)

H H=1 H=0

tf toTαT

Uc E 0

ic E/R 0

UH0 E

H=1 H=0

E 0

E/R 0

0 E

E

E/R

2T2αT

UC(t)

iC(t)

UH(t)


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Débit sur une charge résistive R


T,αTPour 0

αT0,Pour EUc(t)

La tension Uc(t) :

Le courant ic(t) :

La tension VH(t) :

0 2T(rad)

TαT 2αT

E

VH

2T

(rad)

2αT

E/R

0 TαT

ic

0 2T(rad)

TαT 2αT

E

Uc

T,αTPour 0

αT0,Pour R

Eic(t)

T,αTPour E

αT0,Pour 0(t)U H





d θET

1dttU

T

1U

T

0

T

0

ccmoy

E.U cmoy


La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeurdu rapport cyclique .

R

Eα. =

R

cUcI Le courant moyen de ic :

La tension moyenne de sortie est inférieure à la tension continue d’entrée : lehacheur série est un abaisseur de tension, d’où le nom de hacheur dévolteur.Par contre, le courant continu de sortie est supérieur au courant moyend’entrée.




En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent inductive (R-L).


UE(t)

Source

iE

Montage d’un redresseur monophaséalimentant une charge inductive

L

Uc

ic

Charge

R

C.S

VH

H

ON OFF

DriDr

K

On constate que les cathodes du hacheur H et de la diode roue libre Dr sont reliéesau même point (K).




Durant la durée du fermeture, lehacheur H est passant et la diodeDr est bloquée.

Durant la durée d’ouverture, lehacheur H se bloque et la diode Dr prendle relais de la conduction du courant icdans la charge.

Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie emmagasinée dansl’inductance L est dissipée dans la résistance R et le courant ic décroît et s’annule en θ0.



UE(t)

iE

L

Uc

icR

VH

H

ON OFF

L

Uc

icRDr

iDr






On ferme H EtRidt

tdiL c

c

UE(t)

iE

L

Uc

icR

VH

H

ON OFFEUdt

dicLRicUc E

R

EKeic(t) τ

t

Le courant de charge en régime permanent: on supposeà t=0 , ic(0)=Imin et à t=tf , Ic(tf)=Imax.

On ouvre H 0tRidt

tdiL c

c 0Udt

dicLRicUc E

L

Uc

icRDr

iDr

Le courant de charge en régime permanent : on supposeà t=tf, Ic(tf)=Imax et à t=T, ic(T)=Imin .

e τ

t

cH K.(t)i

Dr



E

(rad)0

UE

0

(rad)

H H=1

Dr=1

tf to TαT 2T2αT

Uc E 0

ic iE

EImax

UC(t)

iC(t)




UE(t)

iE

L

Uc

icR

VH

H

ON OFF

L

Uc

icRDr

iDr

Imin

iDr

H=1

E 0iEr

Dr=1

iDr



Linéarisation du courant ic

1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Débit sur une charge inductive (R-L)

Lorsque x est grand on approxime e-x par une droite et par conséquent la fonctionic(t) dans chaque phase tend à devenir affine (rectiligne). De cette constatation, onva faire une approximation à chaque phase de fonctionnement de remplacer le termeR.ic par le termeR.Ic

Il est à remarquer que α.E Uc.IcR

dt

dicL αE

dt

dicL+IcR.

dt

dicLiR.=E C

dt

dicL αE

dt

dicL+IcR.

dt

dicLiR.=0 C

H fermé :

H ouvert:



cteL

α)(1E

dt

dicα) -E(1

dt

dicL

tL

α)(1Eic(t) Imin

à t=.T, ic = Imax



H fermé :

dt

dicL αE

dt

dicL+IcR.

dt

dicLiR.=E C

Iα.TL

α)(1EI minmax

à t = 0, ic = Imin

KtL

α)(1Eic(t)





H ouvert: dt

dicL αE

dt

dicL+IcR.

dt

dicLiR.=0 C

EL

α-

dt

dicα.E -

dt

dicL Kt

L

αE-ic(t)

maxI αT)-(tL

αE-ic(t) (Translation du repère)

à t=T ic=Imin

à t=αT ic=Imax

Iα.TL

α)(1EI maxmin




(rad)0

Imax

Imin

(rad)0

Imax

Imin

0 2T

E

TαT αT

iH(t)

(rad)0

Imax

Imin

H,DrH=1 Dr=1 H=1

ic iH

iHiC iC

Dr=1

0 0

iC(t)

iDr iH iDr

iDr0 iC 0 iC

iDr(t)

0 2T

E

(rad)0

UE

(rad)

tf to TαT αT

E

UC(t)

UH(t)

Dr

H H=1

Dr=1

H=1

Uc E 0 E 0

UH0 0

Dr=1

E E

Conduction continue.




0 2T

E

(rad)0

UE

(rad)

tf to TαT αT

E

UC(t)

UH(t)

Dr

H H=1 H=1

Uc E 0 E 0

UH0 0E E

Conduction discontinue.

0 0

EE

(rad)0

Imax

(rad)0

Imax

0 2T

E

TαT αT

iH(t)

(rad)0

Imax

H,DrH=1 H=1

ic iH

iHiC iC0 0

iC(t)

iDr iH iDr

iDr0 iC 0 iC

iDr(t)

0 0

00

0 0




2

III CminCmax

Cmoy

CmoyDrmoy I)1(I CmoyHmoy II

Le courant moyen de ic :

Le courant moyen de iDr et iH :

Ondulation du courant

Le courant ic varie entre Imin et Imax,l’ondulation ic est la différence (Imax –Imin) L

α)E.Tα(1Ic

Ondulation maximale : 0)(

d

Icd

2

1

4L.f

E

4L

E.TIc

max

réduire T (et augmenter les pertes par commutation)

augmenter L (introduire une inductance de lissage)

Pour diminuer ∆Ic, il faut :




Analogie avec le transfo

Transfo de rapport de transformation m Hacheur de rapport cyclique α

U

Um

2

1 α

E

Uctension

I

I m

2

1

1

α

1

I

I

E

C courants

P1=P2 P1=P2puissances

Commande

Le hacheur peut être considéré comme un transfo à courant continu



HACHEUR PARALELLE



Comment obtenir une tension supérieure à celle de la source ?

• En « hachant » la tension de la source, on obtient une tension derécepteur inférieure et un courant supérieur à ceux de la source.

• Et si on hachait, le courant de la source, obtiendrait-on un courantinférieur et une tension supérieure (hacheur survolteur) ?

Première étape - Transformer la source de tension en source de courant

E

IE

E

IE

L

Deuxième étape

- entre 0 et .T, envoyer le courant versle récepteur

- entre .T et T, court-circuiter la source

E

IE

L

IC

RUc

- Hacher le courant de source:



Troisième étape

E

IE

LRUc

IC

• Choisir les interrupteurs

– T1 ne peut être une diode (il ne pourrait jamais s’ouvrir)

T1

T2

– T2 doit se fermer quand T1 s’ouvre

– T2 doit s ’ouvrir quand T1 se ferme

T2 une diode

T1 Un interrupteur commandable à l’ouverture et à la fermeture


• Un hacheur parallèle permet de régler le transfert d’énergie d’unesource de courant continu (ou alimentation inductive) vers une sourcede tension continue (ou charge capacitive) en liaison directe, c’est-à-dire sans élément intermédiaire d’accumulation

2- Hacheur Parallèle: hacheur survolteur

D

Uc

ic

A

B

CHARGE

Principe

HON

OFF

iHRESEAUCONTINU UE

iE L

Les applications principales du hacheur parallèle sont les alimentationsde puissance régulées et le freinage par récupération des moteurs àcourant continu. On distingue 2 phases de fonctionnement:



Dans un premier temps tf, on ferme le hacheur H, on stocke directementl’énergie électromagnétique dans l’inductance L (Uc=0).


Principe

la charge est donc isolée de la source

Dans un second temps, on ouvre le hacheur H (commutation forcée)l’inductance L se décharge à travers la diode D, donc Uc>E

La charge reçoit de l’énergie de la sourceet de l’inductance L.E

IE

LH

D

RL

Uc

IC

on distingue deux modes de fonctionnement selon que le courant dansl’inductance L est interrompu ou non.


ID= ICIH= IE




E

IE

L HON

OFF

iH

(0)itL

E(t)i

dt

diLE EE

E 1HT0,t

0HTT,t

E

IE L RLUc

ICD

VL

T)(itL

U-E(t)iU

dt

diLE E

CEC

E

à t=.T, iE = Imax

à t = 0, iE = Imin minE ItL

E(t)i

minmax ITL

EI

ECCE LdiE)dt-U(U

dt

diLE

)I-L(IT)-E)(T-U( maxminC




minmax ITL

EI T

L

EII minmax

)I-L(IT)-E)(T-U( maxminC

αTL

ELαT)-E)(T-(U C E αα)-E)(1-(U C

α)-E.(1E αα)-.(1U C α)-(1

EU C

On détermine facilement la relation liant la tension aux bornes de la chargeUC et la tension d’entrée E

α)-(1

II C

E CC

ECCECE IE

UI.IUE.IPP



HACHEUR REVERSIBLE


• Les hacheurs série et parallèle sont irréversibles en puissance

• L’un peut transmettre une puissance d’une source de tension E vers unrécepteur de tension UC (UC < E)

• L’autre peut transmettre une puissance d’une source de tension UC versun récepteur de tension E (UC < E)

• Idée : associer un hacheur série et un hacheur parallèle pour obtenirun hacheur réversible en puissance.

Réversibilité en puissance

RLUc

IC

E

IE

VH

H

ON OFF

D

iD RLUc

ICDE

IE L

H

ON

OFF

iH




RL

Uc

IC

HSON

OFF

Ds

IE

E

Dévolteur

Survolteur

RL

Uc

IC

Hp

ON

OFF

Dp

IE

E


Survolteur

Hp

ON

OFF

Dp

IE

E

HSON

OFF

Ds

Dévolteur

Hacheur réversible en courant

RL

Uc

IC




Hacheur réversible en en tension

IC

R-L

UcHp

ON

OFF

Dp

HSON

OFF

Ds

IE

E

Hacheur réversible en courant

RL

Uc

IC

Hp

ON

OFF

Dp

HSON

OFF

Ds

IE

E


- Les tensions aux bornes de la source (E) et récepteur (Uc) sont toujourspositives

- Seul les courants sans le récepteur (IE) et dans la source (IC) peuvent changer

de sens On parle donc d’un hacheur réversible en courant

- La tension du récepteur (Uc) est inférieure à celle de la source (E)

- Quand IE > 0, la puissance va de la source vers le récepteur seul le hacheurdévolteur fonctionne

- Quand IE < 0, la puissance va du récepteur » vers la source seul le hacheursurvolteur fonctionne

Survolteur

RL

Uc

IC

Hp

ON

OFF

Dp

HSON

OFF

Ds

IE

E

Dévolteur


3- Hacheur réversible en courant



Survolteur

RL

Uc

IC

Hp

ON

OFF

Dp

HSON

OFF

Ds

IE

E

Dévolteur

RL

Uc

IC

Survolteur

Dp

TpDs

Dévolteur

TsIE

E

Dévolteur

HS

Ds

ON OFF

IE

E

Survolteur Hp

ON

OFFDp

RL

Uc

IC

RL

Uc

IC

Ds

Ts

IE

E

Dp

Tp

3- Hacheur réversible en courant


Commande complémentaire:


On commande alternativement H1 et H2 pour obtenir un changement de signede la valeur moyenne du courant ic, alors que le signe de Uc reste le même.

RL

Uc

IC

Ds

Ts

IE

E

Dp

Tp

<Uc> = E , IcUc

E

tempsO

TSDS

Tp Dp

ou

T

αT

DSTS DS TS DS

Tp Dp Tp DpTp

3-Hacheur réversible en courant



Ce montage nécessite l’inversion de la polarité de la fcem E’, Pour passerau fonctionnement dévolteur à un fonctionnement survolteur ,si la chargeest un induit d’une machine à courant continu on inversera la polarité del’inducteur.

4- Hacheur réversible en tension

Hacheur réversible en tension

IC

R-L

UcHp

ON

OFF

Dp

HSON

OFF

Ds

IE

E


• Idée : deux hacheurs réversibles en courant

• Valeur de la tension aux bornes de la charge


Hacheur réversible dn courant et en tension

<Uc> = α1.E - α2.E

Dp

TpDs

Ts

Hacheur réversible en courant et en tension

IE

E

Dp

TpDs

Ts

IC

R-L

Uc



Hacheur réversible dn courant et en tension

• Si 1 =(1 - 2 )= <UR> = (2. - 1).E

TUc

temps

E

-E

D2 D2 D2 D2T1 T1 T1

T2 T2 T2 T2D1 D1 D1

D3 D3 D3 D3T4 T4 T4

T3 T3 T3 T3D4 D4 D4

IC > 0

IC < 0

• Valeur de la tension aux bornes du moteur <UR> = (2. - 1).E



• Alimentation par un convertisseur non réversible fonctionnement 1 quadrant

Fonctionnement dans un seulsens (pas de marche arrièrepossible).

Pas de freinage possible(arrêt en roue libre ou parfrein extérieur)

UR,

IR, C

Moteur

Moteur

Frein

Frein

Application à l’alimentation de moteurs DC



Alimentation par un hacheur réversible en courant

• Fonctionnement 2 quadrants

Fonctionnement dans un seulsens (pas de marche arrièrepossible).

Freinage possible (si legénérateur est réversible encourant!)

Pas de problème lié à uneconduction discontinue

UR,

IR, C

Moteur

Moteur

Frein

Frein


• Fonctionnement 4 quadrants

Fonctionnement dans les deux sens(marche avant / marche arrière).

Freinage possible (si le générateurest réversible en courant!)

Pas de problème lié à uneconduction discontinue

UR,

IR, C

Moteur

Moteur

Frein

Frein


Alimentation par un hacheur réversible en courant et en tension

Dr.F.BOUCHAFAA Etude des onduleurs de tension 1



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LES ONDULEURS



Stratégies de commande

Applications des convertisseurs statiques

Onduleurs Monophasés

Onduleurs triphasés

3

5

1

4

Convertisseurs DC/AC2





Récepteur alternatifSource continue

Onduleur

I

t

I

t

I

t

C- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC):

Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une chargealimentées suivant le type de charge, ce convertisseur est appelé onduleurautonome ou assisté.

CONVERTISSEURS DC/AC

Figure 1. Structure d’un convertisseur statique Continu - Alternatif

Onduleur autonome:


Ph

N

+

-

Vs Uc



L’onduleur a pour rôle de convertir le courant continu des capteurs

photovoltaïques en courant alternatif identique à celui du réseau. C’est un

appareil électronique de haute technologie, géré par microprocesseur, qui

garantit que le courant produit répond exactement aux normes fixées par le

gestionnaire du réseau, tant en terme de qualité du courant (voltage, fréquence,

émission d’harmoniques, etc.) qu’en terme de sécurité (protection de

découplage).

Il se présente sous la forme d’un boîtier métallique de petite dimension, muni

d’un radiateur ou d’un ventilateur. Il doit être placé sur un support vertical

(mur par exemple) et dans un espace ventilé. Il ne génère quasiment aucun

bruit. Afin de limiter les pertes d’électricité en ligne, il doit être placé le plus

près possible des modules photovoltaïques.




Conversion du courant continu des capteurs photovoltaïques en

courant identique à celui du réseau,

Appareil électronique de haute technologie, géré par µP,

Placé au plus près des modules pour limiter les pertes,

Protection de découplage.





SMA

Source: www.sma-america.comXANTREX

Source: www.xantrex.com

FRONIUSSource: www.fronius.com

PV POWERED

Source: www.pvpowered.com

POWER ONE

Source: www.power-one.com

SOLECTRIASource: www.solren.com

KACO

Source: www.kacosolar.com


Exemple des specifications d’un onduleur

Xantrex GT3

94%CEC Efficiency

195-600 VDCDC Input Voltage Range

60 HzAC Output frequency (Nominal)

240 VACAC Output Voltage (Nominal)

3000 WattsMaximum AC Power Output

Source: www.xantrex.com/




Convertit le courant continu en courant alternatif usuel en phaseavec le réseau.

Fait fonctionner les capteurs PV au maximum de leur puissance(MPPT) quelque soient l’ensoleillement et la température.

Se déconnecte en cas d’absence de tension du réseau



Figure 2. Chronogrammes de la tension et du courant pour une charge R.

H2 fermé H1 fermé H2 fermé

Uc(V), ic(A)

T2

T

2

T3

0 t (ms)R

E

Uc

H1

H2E

ic

- Charge résistive:

Onduleur à deux interrupteurs électroniques:

R

E

Uc

H1

H2E

ic

H1 fermé

-E- E/R

EE/R

Onduleur Monophasé

R

E

Uc

H1

H2E

ic



La valeur moyenne de Uc est =0V de même pour le courant

R

EIc

T

1

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

- Charge résistive et inductive:

- Onduleur à deux interrupteurs électroniques:

D1

R-L

EH1

H2E

D2

Uc

ic



Temps Courant ic Tension Uc Interrupteurs Commandés Eléments Passants

0 < t < t1H1 : ferméic < 0 Uc > 0, Uc =E D1 Passante

D1

R-L

H1

H2

E

D2

Uc

icE

ic > 0 H2 : ferméUc < 0, Uc =-E H2 Passantt2 < t < T

D1

R-L

H1

H2

E

D2

Uc

ic

E

H1 : ferméic > 0 Uc > 0, Uc =Et1< t <T2

D1

R-LE

H1

H2

E

D2

Uc

ic

H1 Passant

ic < 0 H2 : ferméUc < 0, Uc =-E< t < t2T2

D1

R-L

H1

H2

E

D2

Uc

ic

E

D2 Passante



H2 ferméH1 fermé

E

-E

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

H1 H2ÉlémentsConducteurs

D1 D2

H1 fermé H2 fermé

H1D1 H2D2

T

2

T

Uc(V), ic(A)

t12

T3

0 t (ms)

t2 t1+T



- Onduleur à quatre interrupteurs électroniques:

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Figure 4. représente un onduleur à quatre interrupteurs alimentant une charge inductive

- Structure




0 < t < t1 H1 et H3 fermésic < 0 Uc > 0, Uc =E D1 et D3 Passantes

- Stratégie de commande

ic > 0 Uc > 0, Uc =E H1 et H3 fermés H1 et H3 Passantst1< t <T2

ic > 0 H2 et H4 fermésUc < 0, Uc =-E D2 et D4 Passantes< t < t2T2

ic < 0 Uc < 0, Uc =-E H2 et H4 fermés H2 et H4 Passantst2 < t <T

- Commande symétrique (Commande adjacente):

La commande du pont est symétrique H1 et H3 sont fermés simultanémentpendant la moitié de la période. Le reste de la période voit la fermeture desinterrupteurs H2 et H4. Lorsque H1 et H3 sont fermés, les deux autresinterrupteurs sont nécessairement ouverts.



Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2

D1

D4

D3

E

i

0 < t < t1

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2

D1

D4

D3

E

i

t1< t <T2

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2

D1

D4

D3

E

i

< t < t2T2

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2

D1

D4

D3

E

i

t2 < t <T

- Commande symétrique:



Figure 5. Chronogrammes de la tension et du courant pour une Commande symétrique.

H2 ferméH1 fermé

E

-E

H1 H2ÉlémentsConducteurs

D1 D2

H1 fermé H2 fermé

H1D1 H2D2

Uc(V), ic(A)

T

2

Tt12

T3

0 t (ms)

t2 t1+T

- Commande symétrique:



La commande du pont n’est plus symétrique H1 et H3 ne sont pas nécessairement

fermés en même temps, il en est de même pour H2 et H4.

Pendant la première demi période H1 et H3 sont fermés simultanément puis c’est

au tour de H3 et H4 d’être fermés conjointement.

Pendant la seconde demi période H4 reste fermé avec H2, puis revient H1 avec H2.

- Stratégie de commande

- Commande Asymétrique (Commande décalée):



- Commande décalée:


att0 ic < 0 Uc > 0, Uc =E H1 et H3 fermés D1 et D3 Passantes

1a ttt ic > 0 Uc > 0, Uc =E H1 et H3 fermés H1 et H3 Passants

2

Ttt1 ic > 0 Uc =0, Uc =0 H3 et H4 fermés H3 et D4 Passants

btt2

T ic > 0 Uc < 0, Uc =-E H2 et H4 fermés D2 et D4 Passantes

2b ttt ic < 0 Uc < 0, Uc =-E H2 et H4 fermés H2 et H4 Passants

Ttt2 ic < 0 Uc =0, Uc =0 H1 et H2 fermés H2 et D1 Passants




1a ttt 2

Ttt1

btt2

T

2b ttt

Ttt2 att0

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i

Uc

ic

H1

H4

H2

H3

D2D1

D4 D3

E

i



ElémentsConducteurs

t1ta

D1

D3 D2

D4

tb

2

T

0

Uc(V), ic(A)

t (ms)

-E

E

Figure 6. Chronogrammes de la tension et du courant pour une Commande décalée.

2

T3

ta+T t1+TT


t2

H1

H3

H4 H1

H3

H4

H2 H2

H3

H1

H2

H4

D3

D1

D2

D4

H3

H1






0VUc

T

t2EUc 1

La charge est inductive, le courant dans la charge ic est sinusoïdal. Le courant icest en retard par rapport à la tension aux bornes de la charge.

La valeur efficace de Uc est:

La valeur moyenne de Uc est :

. Onduleur de tension triphasée:

Figure 7. Représentation d’un onduleur de tension triphasé

- Structure

H1D1

H'1D'1

H2D2

H'2D'2

H3 D3

H'3D'3

Charge triphasée

V3

V1

NV

1i1

V2

i23

V i3

E

Ais

B






Z

Z

Z

Neutre

Phase 1

Phase 2

Phase 3

Source Charge

V1

V2

V3

U12

U23

U31

1

2

3

N

Tensions V = Tensions simples, entre neutre et phase

U12 V1 V2= -

Tensions U = Tensions composées, entre phases

Système triphasé




Exemple : Distribution basse tension : V = 231 V et U = 400 V

ChronogrammesDiagramme de Fresnel

Relation entre les valeurs efficaces : .V3U

V1

V2

V3U12

U23

U31V2

Système triphaséu12 u23 u31

0 t

opposé de u12

2V

2U

T




Couplage étoileCouplage triangle

Zy

1

23

NZy Zy

Zd

Zd

Zd

1

2

3

Zd

Zd

Zd

1

2

3

U12

U23

U31

Zy

Zy

Zy

1

2

3

N

V2

V1

V3

Système triphasé

Système triphasé

3 phases 1,2,3 ou A,B,C ou R,S,T et un neutre N

Tensions simples Tensions composées



0VVV

0iii

321

321

(3)VVU

(2)VVU

(1)VVU

1331

3223

2112

13213112 3.VVV2.VUU

)U.(U3

1V 31121

)U.(U3

1V 12232

)U.(U3

1V 23313

)U.(U3

1V 31121



H'3H3H'3H3

E

0

U3

H2H'2H2H'2

0

U2

E

H1H'1H1

E

0

U1



H'3H3H'3H3

H2H'2H2H'2

0

U2

E

H1H'1H1

E

0

U1



u12

E

- E

0



H'3H3H'3H3

E

0

U3

H2H'2H2H'2

H1H'1H1

E

0

U1

u31

E

0

-E

u12

E

- E

0

H'3H3H'3H3

H2H'2H2H'2

H1H'1H1

v1

0

E3

2

E3

2

u31

E

0

-E



Figure 8. Chronogrammes de la tension simple V1 d’un onduleur de tension triphasé

v1

0

E3

2

E3

2

H3H'3H'3H3

H'2H'2 H2 H2

H1 H1H'1




Merci de votre attention


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