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Ressources de formation d’initiation à l’électronique de puissance




Electronique de puissance

      Chapitre 0 Introduction

Quatre types de conversion de l'énergie électrique :

1- Conversion alternatif / continu (AC / DC)

•  Montage redresseur

-  non commandé (à diodes)

-  commandé (à thyristors)

•  Applications

-  alimentation continue (pour circuits électroniques) - alimentation pour moteur à courant continu - chargeur de batteries

2- Conversion continu / continu (DC / DC)

• Montage hacheur

-  série (abaisseur de tension)

-  parallèle (élévateur de tension)

• Applications

-  alimentation à découpage (ordinateur, mobile …)

-  alimentation pour moteur à courant continu

3- Conversion continu / alternatif (DC / AC)

•  Montage onduleur

•  Applications

- alimentation de secours (+ groupe électrogène) - variateur de vitesse pour moteur asynchrone

4- Conversion alternatif / alternatif (AC / AC)

•  Montage gradateur

•  Applications

-  variateur de lampe halogène

-  variateur de vitesse pour moteur universel

Chapitre 1 

Conversion alternatif / continu Montages redresseurs

1- Redressement non commandé

On utilise des diodes de redressement.



1-1- Rappel sur la diode

La diode est supposée parfaite (tension de seuil nulle) - dans l'état passant ?interrupteur fermé

-  dans l'état bloqué ?interrupteur ouvert

En résumé, la diode est un interrupteur électronique :

-  unidirectionnel en courant (un seul sens de conduction)

-  non commandable (la conduction et le blocage sont imposés par le reste du circuit)

1-2- Exemple de montage redresseur : le pont de Graëtz monophasé

Ce pont nécessite quatre diodes.

La tension d’alimentation u(t) est alternative :

• Analyse du fonctionnement

On suppose que la charge est une résistance R. a- tension d’entrée positive ----->     D1 et D3 conduisent : v = u

b- tension d’entrée négative --->      D2 et D4 conduisent : v = -u

Le pont de Graëtz permet de " redresser " une tension : v =|u|

La tension de sortie est " continue " : elle ne change pas de signe.

1-3- Application : alimentation continue alimentée par le secteur

Le circuit se compose d'un transformateur monophasé suivi d'un pont de Graëtz :

On suppose le transformateur parfait : u2(t) = mV u1(t)     avec mV le rapport de transformation à vide.

•  Pour une charge résistive :

•  Valeur moyenne de la tension de sortie



A.N. transformateur 230 V / 6 V

•  Condensateur de " découplage "

On ajoute un condensateur de forte capacité aux bornes de la résistance :

Le condensateur de découplage permet de lisser la tension de sortie :

Pour un lissage satisfaisant, il faut choisir C de façon que RC >> T. Taux d'ondulation :

A.N.

R = 47  ?, C = 3300 µF, f = 50 Hz taux d'ondulation de 6 % ondulation ?v = 0,5 V (8,0 < v < 8,5 V)

2- Redressement commandé 2-1- Le thyristor

On utilise des thyristors.

C’est un semi-conducteur qui possède trois bornes : l'anode (A), la cathode (C) et la gâchette (G).

•  Symbole général

•  Caractéristiques électriques

-  état passant ?interrupteur fermé

-  état bloqué?interrupteur ouvert

-  Mise en conduction du thyristor (initialement bloqué) 2 conditions :

a)   u > 0

b)  courant de gâchette suffisant (amorçage)

Une fois le thyristor amorcé, on peut supprimer le courant de gâchette.

-  Blocage du thyristor (initialement conducteur)

   Blocage dès que le courant i s'annule (comme pour une diode).

• En résumé, le thyristor est un interrupteur électronique :

-  unidirectionnel en courant



-  commandable à la fermeture en injectant un courant de gâchette

Le thyristor n'est pas commandable à l'ouverture.

2-2- Exemple de redresseur commandé : le pont mixte symétrique monophasé

La charge est ici un moteur à courant continu qui consomme un courant I (supposé constant) :

 

• Analyse du fonctionnement

-  Phase 1 : à l'instant ?t = ?, on amorce Th1 :

-  Phase 2 : à l'instant ?t = ?, u devient négative.         D2 se bloque et D1 devient conductrice :

C'est une phase de " roue libre ” (la bobine du moteur se décharge).

-  Phase 3 : à l'instant ?t = ? + ?, on amorce Th2 :

-  Phase 4 : à l'instant ?t = 2?, phase de roue libre :

• Application : variation de vitesse d'un moteur à courant continu

On montre que :

Pour un moteur à courant continu à excitation constante : vitesse de rotation ? tension d'induit

Les résultats vus dans le chapitre consacré à la machine à courant continu restent valables en prenant pour la tension d'induit sa valeur moyenne :

? ? < tension d'induit >

? ? (1 + cos?)

L'angle de retard à l'amorçage ? commande la vitesse de rotation :

Chapitre 2 Conversion continu/continu Les hacheurs

2-1- Principe du hacheur série (abaisseur de tension)

•  commande des interrupteurs



fréquence de hachage : fH = 1/TH

rapport cyclique : 

•  chronogrammes

2-2- Application : commande d’un moteur à courant continu

•  interrupteur K2

Une diode de puissance suffit (diode de « roue libre »)

•  interrupteur K1 Il doit être :

-  commandable à la fermeture (amorçage)

-  commandable à l’ouverture (extinction) - unidirectionnel en courant Symbole général :

En pratique :

-  transistors bipolaires, MOSFET, IGBT …

-  thyristors GTO, IGCT …

• vitesse de rotation

Pour un moteur à excitation constante :

Chapitre 3 Conversion continu/alternatif

Les onduleurs

3-1- Principe du l’onduleur en pont (monophasé)

3-1-1- Commande symétrique

La tension u est alternative :

•  fréquence : f = 1/T

•  Ueff = E

 3-1-2- Commande décalée

 

Exemple : E = 30 V f = 50 Hz

3-2- Réalisation pratique

Les interrupteurs électroniques doivent être :

-  commandables à la fermeture

-  commandables à l’ouverture

-  bidirectionnels en courant (car courant alternatif)

Chapitre 4 Conversion alternatif/alternatif Les gradateurs

4-1- Gradateur monophasé

Le gradateur est constitué de deux thyristors montés en "tête-bêche" :

Pour les applications de faible puissance, on utilise un triac :

• chronogrammes



Dans le cas d'une charge résistive R :

L'angle de retard à l'amorçage ? est réglé par le circuit de commande des thyristors. On montre que :



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