Polycopie de Cours PPT LGE604 20012 BF

USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz

ELECTRONIQUE DE PUISSANCE University of Sciences and Technology Houari Boumediene Laboratoiry of Instrumentation (LINS) Algiers – ALGERIA E-mail: [email protected] Dr.F.BOUCHAFAA

1

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene

PLAN DE TRAVAIL 1 2 3 4 5 6

Les interrupteurs semi conducteurs Applications des convertisseurs statiques Constitution des convertisseurs statiques Les diodes Les thyristors Les transistors

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2


Les interrupteurs semi conducteurs

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3


La puissance que peut « commander » un tel composant est le produit du courant maximum (qu’il peut supporter à l’état conducteur) par la tension maximum (qu’il peut supporter à l’état bloqué) . En fait, les composants ne sont pas idéaux et dissipent donc de la puissance sous forme de chaleur. La puissance qu’un composant électronique de puissance peut dissiper en chaleur est cependant très inférieure à la puissance qu’il peut commander : il ne faut pas confondre les deux notions.

Actuellement, on n’utilise pratiquement que des composants formés de semiconducteurs. Les puissances commandables couvrent une large plage. Il existe en effet des composants capables supporter à l’état OFF des tensions de plusieurs centaines de volts, et à l’état ON des courants de plusieurs milliers d’ampères. Dr.F.BOUCHAFAA

4


Energie

Système

Energie

Electrotechnique Commande, Contrôle

Information Signal

Système Electronique (Automatique, Informatique

Information Signal

Alimentation

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5


Les interrupteurs semi conducteurs Énergie électrique fournie par l’alimentation électrique I I

t Dr.F.BOUCHAFAA

Énergie électrique disponible sur la charge

Interface

I

I

I t

CONVERTISSEUR SATIQUE

t

I t

t I

t I

t

t 6

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene L’Énergie Électrique est disponible soit sous forme: Alternative (réseau de distribution électrique, alternateurs)

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

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

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I

I

t Source continue

Action sur la valeur moyenne

Récepteur continu

t

I

Hacheur Redresseur Onduleur

Source alternative

Gradateur Action sur la valeur efficace

I

Récepteur alternatif

t

I

t I t

t Les sources et les récepteurs alimentés par les différents convertisseurs d’énergie

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8

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene A- Conversion Alternatif – Continu (AC/DC):

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

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene B- Conversion Continu – Continu (DC/DC): Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une charge alimentée en continu, est appelé : Hacheur (Chopper).

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene C- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC):

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

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC): Ces convertisseurs permettent d’obtenir une tension alternative variable de fréquence constante ou variable, à partir d’une source alternative. 1. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative variable. C’est le gradateur 2. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative de valeur efficace variable et de fréquence variable inférieure à la fréquence de la source. C’est le cyclo-convertisseur.

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Un convertisseur statique est dit réversible lorsque l’énergie, peut transiter (en général, être contrôlée) de manière bidirectionnelle, c’est à dire aussi bien dans un sens que dans l’autre. Entrée

Convertisseur réversible

Sortie

Energie Un convertisseur non réversible transfère l’énergie d’une source vers une charge utilisatrice. Entrée

Convertisseur Non réversible

Sortie

Energie Dr.F.BOUCHAFAA

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Applications des convertisseurs statiques:

1 2 3

Transport

4

Production et Distribution de l’électricité

Applications domestiques Applications industrielles

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Applications des convertisseurs statiques: Applications domestiques: -Alimentation des appareils électroniques (TV, PC, magnétoscopes, …).Électroménager (aspirateur, réfrigérateur, lave-linge, lave-vaisselle, robots culinaires, …).- Éclairage. - Chauffage.- Appareil électroportatif (perceuse, …).Actionneurs domotiques (volets roulants, stores électriques, …).

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Applications des convertisseurs statiques: Applications domestiques: L’utilisation de l’électronique de puissance prend de plus en plus d’importance pour deux raisons principales: – Les coûts de fabrication diminuent (facteur primordial dans les domaines de la grande série), – les contraintes sur les niveaux de perturbations et le rendement augmentent.

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Applications des convertisseurs statiques: Applications industrielles: - Pompes, compresseurs. -Variation de vitesse. -Chariots électriques. -Chauffage par induction.

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Applications des convertisseurs statiques: Applications industrielles: - Grues. - Fours (à arcs, à résistance).- Appareils de soudage.- Électrolyse.Onduleurs de secours.

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Applications des convertisseurs statiques: Transport: – 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, les stations spatiales.

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Applications des convertisseurs statiques: Production et Distribution de l’électricité: – Compensateur de puissance réactive et filtrage actif (augmenter le facteur de puissance 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 le transport courant continu - haute tension (CC-HT).

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Applications des convertisseurs statiques:

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

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III. Constitution des convertisseurs statiques: nous allons décrire simplement les principales caractéristiques externes des 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 ouvert par le circuit de puissance. 3. Interrupteurs commandables. à l'ouverture et à la fermeture. Ouverts et fermés par un signal de commande.

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

· 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).

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Les diodes de puissance 1. Diodes

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes

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

• La diode est un composant non linéaire qui ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens Symbole général :

A

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K

A

K

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes La figure ci dessous décrit la caractéristique statique de la diode iD= f(VD).

ID

Fonctionnement en direct

Fonctionnement en inverse

Courant direct maximal d’emploi (IFM)

Conductance dynamique (1/RD0) VD

Tension d’avalanche VA Tension de seuil (VD0)

Courant inverse: qq (µA) Phénomène d’avalanche Irréversible: destruction de la jonction

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

Caractéristique tension- courant de la diode Dr.F.BOUCHAFAA

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Lorsque la diode est polarisée en direct, elle commence à conduire à partir d’une faible tension de seuil Vseuil directe de l'ordre de 1V. Lorsque la diode est polarisée en inverse, seul un faible courant de fuite négligeable (quelques mA) circule jusqu'à atteindre la tension d'avalanche. En fonctionnement normal, la tension inverse ne doit pas atteindre la tension d'avalanche.

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1. Diodes

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28


a) Faible puissance < 1W b) Puissance moyenne

c) Puissance élevée (kW) Dr.F.BOUCHAFAA

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30


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

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31


États possibles d'une diode à jonction Etat passant :

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

•

Si VAK > 0 : La diode est passante (A+;K-) Équivalente à 1 interrupteur Fermé

iAK > 0 A

VAK> 0 Dr.F.BOUCHAFAA

K 32


États possibles d'une diode à jonction Etat bloqué :

Quand une tension négative aux bornes de la diode tend à faire passer le courant dans le sens indirect, c.à.d de la cathode «K» vers l’anode «A», la diode 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 la tension inverse reste inférieure à la tension inverse maximale que peut supporter la diode. •

Si VAK < 0 : La diode est bloquée (A-;K+) Équivalente à 0 interrupteur Ouvert

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A

K VAK<0 i =0 AK 33


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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene diodes d'usage général et de puissance

1. Diodes

•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 la caractéristique) Dr.F.BOUCHAFAA

35

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes Id Diode zener VD

Id

- Vz

VE

R

RL Vs

VD

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

 La diode zener est utilisé en stabilisateur de tension Dr.F.BOUCHAFAA

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes La photodiode •

En mode photoconducteur

IR

E

VD

RL

 Le courant IR proportionnel au flux lumineux est converti en tension par la résistance

 En mode photovoltaïque :  aucune source externe de polarisation n’est utilisée la photodiode fonction ne en convertisseur d’énergie. Dr.F.BOUCHAFAA

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes Diode schottky Comparaison entre une diode simple et une diode schottky Id(mA) 10.0 5.0 0,3V 0,6V VD(v)  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 la diode de schottky Dr.F.BOUCHAFAA

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes Diode à effet tunnel

I Résistance négatif

 Utilisée dans la réalisation des oscillateur HF

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V

39


Diode varicap C= Co/[1+v/vo]

n

C(V) Co

(Co, Vo, n) constant

 Capacité décroître avec la tension

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V

40

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes Diode lumineuse •

La LED(Light Emitting Diode )

•

La diode laser (DL)

diode électroluminescente

Diode parfaite 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).

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2.Thyristors

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42

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors

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

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Fonctionnement en inverse

Fonctionnement en direct

IAK

Courant direct maximal d’emploi Ih VAK Thyristor amorçable Thyristor bloqué Phénomène d’avalanche

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

Caractéristique tension- courant de thristor Dr.F.BOUCHAFAA

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors L’amorçage du thyristor •

Pour assurer l’amorçage du composant, l’impulsion de gâchette doit se maintenir tant 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. Blocage du thyristor • •

Après annulation du courant iAK, la tension vAK doit devenir négative pendant un temps 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 spontanément dès que vAK tend à redevenir positive.

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors La commande de gâchette

•

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

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Transistor

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Transistor

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MOSFET de puissance 4.MOSFET

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 4.Transistor MOSFET

4.MOSFET

Le transistor MOSFET est un interrupteur unidirectionnel en tension et bidirectionnel en courant. A l’avantage d’une commande relativement simple qui nécessite peu de puissance. En électronique de puissance, il est utilisé comme élément de commutation et par conséquent présente deux états distincts.

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 4.Transistor MOSFET

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4.MOSFET

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Insulated Gate Bipolar Transistor = IGBT 5.IGBT

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62

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 5. Transistors IGBT

5.IGBT

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.

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 5. Transistors IGBT

5.IGBT

1700V/1200A and 3300V/1200A IGBT modules Dr.F.BOUCHAFAA

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GTO : Gate Turn-Off thyristor 6.GTO

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 6- Thyristors GTO

6.GTO

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

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 6.GTO

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

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Types de convertisseurs Entrée

Sortie

U varie?

F varie?

dénomination

AC

DC

oui

s.o.

Redresseur Variateur DC

AC

AC

oui

non

Gradateur

AC

AC

oui

oui

Cycloconvertisseur

DC

DC

oui

s.o.

Hacheur Alim. à découpage

DC

AC

oui

oui

Onduleur

Autre convertisseur : combinaison AC/DC + DC/AC Dr.F.BOUCHAFAA

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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 Selon le type de convertisseur:

Redresseurs à 50 Hz : thyristors ou diodes • Hacheurs et onduleurs : (commutations rapides, pas de tension inverse): transistors bipolaires, IGBT, MOSFET, GTO – Jusqu’à 15 kHz, GTO pour puissance (faibles pertes) – Jusqu’à 100 kHz, transistor bipolaire et IGBT (faibles pertes par conduction) – au-dessus de 100 kHz, MOSFET uniquement

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables Ce tableau représente les caractéristiques des différents interrupteurs. Il est bien évident qu’un tel tableau ne peut pas faire apparaître les subtilités entre les différents semi-conducteurs. Il permet d’avoir une vue d’ensemble de leurs performances.

Puissance d’utilisation

Rapidité de commutation

BJT

Moyen

Moyen

MOSFET

Faible

Rapide

IGBT

Moyen

Moyen

GTO

Fort

Lent

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables

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72

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables

Thyristor

Thyristor rapide

Transistor bipolaire

IGBT

GTO

Tension

6000V

1500V

1400V

1200V

4500V

Courant

5000A

1500A

500A

400A

3000A

Fréquence

1kHz

3kHz

5kHz

20kHz

1kHz

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73


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74

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Power (VA)

T H Y R I S T O R

100M

10M 1M

100K 10K

GTO

IGBT

1K

BIPOLAR

T R I A C

100

10

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MOSFET 100

10K

100K

Fréquence (HZ)

1M

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene En résumé:

Alimentation

Convertisseurs

Récepteur

Alternatif (U1, f1)

Continu U2 fixe ou variable

Redresseur

Continu U1

Alternatif (U2 et f2 fixe ou variable)

Onduleur

Continu U1

Continu U2variable

Hacheur

Alternatif (U1, f1)

Alternatif (U2, f2 )

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

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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7- Grandeurs caractéristiques CARACTÉRISTIQUES DES SIGNAUX PÉRIODIQUES ET LEURS MESURES .

Valeur Moyenne Définition Mesure

Valeur efficace : Racine carrée de la moyenne des carrés RMS: root mean square.

Sur la position DC. Sur la position AC. -Un voltmètre numérique sur -Un voltmètre numérique dit RMS capable la position DC ( continue, =) de mesurer la valeur efficace d’une tension de forme quelconque sur la position AC. -Bien sûr les ferromagnétiques et les numériques RMS permettent de mesurer la valeur efficace d'une grandeur alternative sinusoïdale et ce sur les positions AC ou AC+DC.

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77

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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 valeur efficace 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


PLAN DE TRAVAIL 1 2 3

Introduction

4

Commutation parallèle double - PD2 à diodes

5

Commutation simple alternance à diode Commutation parallèle simple - P2 à diodes

Conclusion

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4

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont des convertisseurs de l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu. Alimentés par une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie. On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors que l'énergie électrique est disponible en alternatif. Comme c'est sous cette seconde forme que l'énergie électrique est presque toujours générée et distribuée, les redresseurs ont un très vaste domaine d'applications. Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pas de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont irréversibles, c'est-à dire que la puissance 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

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5


Redressement monophasé non commandé Ve

•

Vs

Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension alternative sinusoïdale quelque soit la charge

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6


Rappels

Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation :

Ve(t)  Veff. 2 .sin( ω.t ) Veff : tension efficace (V)

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ω : la pulsation (rd/s)


ω = 2.π.f = 314 rd/s

7


Débit sur une charge résistive R D On envisage une structure comportant une source sinusoïdale et une diode pour atteindre une charge résistive. On distingue alors les trois blocs précédemment définis: une source, un commutateur et la charge.

i Ve(t)

Source

ic VD

Uc

C.S

Charge

R

Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive.

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8

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Vmax

Étude du fonctionnement

Ve

Va(t) (rad)

0

π 2



3π 2



Vmax

0

D

a 

π 2

i

(rad ) 

3π 2

Ve(t)

Vmax

VD

ic Uc

R

Vb(t)

UC(t) iC(t)

Imax

Vmax (rad)

π 2

-Vmax

Va



3π 2



0

Vb

π 2



3π 2

(rad ) 

b

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

VD(t)

D Uc iC

Ve Ve/R

0

VD

0

Ve

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0

À partir de l’instant (π), la diode est bloquée. Par conséquent, la tension aux bornes de la charge résistive est nulle: Redressement non commandé

9


T  Pour 0  t  Uc(t) V e  V max sin(t )  2  T  Pour t T Uc(t) 0 2 

Vmax

π 2

-Vmax

La tension moyenne de Uc :

U

cmoy

1  T

T

 0

1 U c t  dt  2π

UC(t) iC(t)

Imax

3π 2





VD(t)

π



(rad)

V max sin θ d θ

U cmoy

0

Vmax  π

La tension efficace de Uc : T

2 U ceff



2 1 1 V 1  cos 2 2 2 max   U c2 t  dt  V sin  d   d max   T0 2 0 2 0 2 π

La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: Dr.F.BOUCHAFAA


U

ceff



V max 2

VDmax=-Vmax 10

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Vmax La valeur moyenne du courant ic(t) est donc:  iC (t)   I Cmoy 

1 1 i (t)dt  C T T T

T 2

 0

V

max

R

π 2

sin(  t)dt

-Vmax Le courant moyen ic(t) : Le courant moyen iD(t) :

I cmoy 

UC(t) iC(t)

Imax 

3π 2

(rad) 

VD(t)

Vmax πR

IDmoy  Icmoy 

Vmax πR

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 la charge résistive. Dr.F.BOUCHAFAA


11

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :

D i

ic VD

R Uc

Ve(t)

E

Source

C.S

Charge

Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie

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12

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Ve

Vmax E

Ve(t)

La Ladurée duréede deconduction conduction

E

(rad) 0



π 2





3π 2

iC(t) 

π 2

 

3π 2

0

(rad) 

π 2



3π 2



La Ladurée duréede deconduction conduction variée variéesuivant suivantla lavaleur valeurde deEE (rad) 

Avec : 1 : angle d’ouverture.  2 : angle d’extinction (fermeture).

D Uc E ic



UC(t)

Vmax E Imax 0

Ve

Vmax

0

Ve

E

(Ve-E)/R

0

Dr.F.BOUCHAFAA

 =( 2- 1 ) durée d’utilisation Redressement non commandé

13

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : Ve Vmax T 1 E E t1  Arc sin t   t1 2 V sin ωt  E max

1



V max

UC(t)

2

(rad)

 1  Arc sin

E V max

 2    1

0



π 2

 

3π 2




U cmoy

1  T

T

1   U t dt  0 c 2

 1  2    V max sin  .d    E. d     1  1

U cmoy 





1 2Vmax cos1  E   21  2

Le courant moyen ic(t) :

I cmoy  Dr.F.BOUCHAFAA

U cmoy  E R



1 2V max cos θ1  2E θ1  2πR


14

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive et résistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous:

D

Débit sur une charge inductive (R-L)

i

ic VD Uc

Ve(t)

Source

R

L

C.S

Charge

Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive

Étude du fonctionnement La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entre la 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). Dr.F.BOUCHAFAA


15


D


i

Étude du fonctionnement Suivant la définition de la diode, quelle est passante lorsque la tension entre ses bornes est positive et elle se bloque lorsque le courant qui la traverse s’annule.

VD Ve(t)

ic R Uc L

Ainsi, la diode D conduit à partir de =0 (t=0 )et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme pour une charge purement résistive. La tension devient 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.

Dr.F.BOUCHAFAA


16


D

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

i VD

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

di

c

t  

dt

Ri

c

t  

ic R

Ve(t)

Uc L

V max sin ω t

La résolution de l’équation différentielle est: ic(t)=ic (t)+ic (t): H p icH(t) est le courant homogène Le courant homogène:

L di

cH

dt

Avec: τ  Dr.F.BOUCHAFAA

L R

 Ri cH  0

icP(t) est le courant particulier



i cH (t)  K.

e



t τ

Constante du temps électrique Redressement non commandé

17

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant particulier

L

di

cp

dt

 Ri cp  V e

En régime permanent:

j.L  .Icp  R.I cp  Ve



Icp .R  j.L    Ve



I cp 

Ve Avec R  j.L ω

Ainsi:

i cp (t) 

Ve  I cp .   Z  2 : Z  R 2  L ω   1  L ω     tg     R 

V max sin(  t   ) Z

Le courant générale est:

i c (t)  i cH (t)  i cp (t)  K. e Dr.F.BOUCHAFAA



t τ





18

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene t V max  i c (t)  i cH (t)  i cp (t)  K. e τ  sin(  t   ) Le courant générale est: Z Condition initiale à:

t  0  ic(o)  0 

V max K sin(  )  0 Z



K

V max sin(  ) Z

l’expression générale iC(t) est:

V max i c (t)  Z

t    τ .sin(  ) sin(  t   ) e    

On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régime permanent faisant apparaître le déphasage  du courant sur la tension. Le courant ne s’annule pas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). La diode est alors en conduction forcée si bien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic. La diode se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose la continuité du courant dans la charge. Dr.F.BOUCHAFAA


19


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

D

Ve

i VD

(rad) 0

π 2



3π 2

Ve(t)



ic R Uc L

Vmax Imax 0

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

UC(t) iC(t) π 2



 3π 2

D

(rad)

i

 

VD Ve(t)

V(O)

ic R Uc L

D Uc

Etat des diodes Ve

Dr.F.BOUCHAFAA

0

Tension aux bornes de la charge Redressement non commandé

20

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Ve

Vmax

(rad) π 2

0



Vmax

3π 2

UC(t)

Imax

iC(t) 0

V(O) -Vmax

π 2

VD(t)



 3π 2

D Uc VD Dr.F.BOUCHAFAA



(rad)

 

Etat des diodes Ve

0

0

Ve

Tension aux bornes de la charge Tension aux bornes de la diode


21


Ve(t)>0laladiode diode Ve(t)>0 estpassante passante est Uc=Ve,Vd=0 Vd=0 Uc=Ve,

Ve(t)<0 Ve(t)<0laladiode diodeest est toujours passante toujours passantetant tant que le courant ic n’est que le courant ic n’est iC(t) pas pasredevenu redevenunul nul Uc=Ve<0, Vd=0 Uc=Ve<0, Vd=0

UC(t)

Vmax

Imax

(rad) 0



π 2





(rad)

AA ooic ic=0 =0 VVe(t)<0 la diode e(t)<0 la diodese se bloque bloque Uc=Ve<0 Uc=Ve<0et et Vd=0 Vd=0

V(O)

V i C t   max Z

3π 2

R  t    sin  t     e L . sin      

Dr.F.BOUCHAFAA


22


UC(t)

Vmax

iC(t) Imax Uc(t)>0 et et ic(t)>0 0 ic(t)>0 Uc(t)>0 doncPP(t)>0 (t)>0 donc

Uc(t)<0 et etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)<0 donc(rad) (t)<0 donc PP(t)<0 

π 2



3π 2



(rad)

V(O) P>0

Redresseur Redresseur

Dr.F.BOUCHAFAA

P<0

Onduleurassisté assisté Onduleur


23

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : 

T

1 1 0 Ucmoy   Uc t  dt  Vmax sin d T0 2 0

U cmoy 

Vmax 1  cos  0  2π

La tension efficace de Uc : 

U



2 0 1 1 0 2 Vmax 1  cos 2 2 2   Uc t  dt  V sin  d   d max T0 2 0 2π 0 2 T

2 ceff

Le courant moyen ic(t) : U C  R.i C  L

di C dt

Uceff 

0

U Cmoy  R.i Cmoy  L(

di C )moy dt

U Cmoy  R.i Cmoy I cmoy 

Dr.F.BOUCHAFAA

Vmax 0  1 / 2 sin 20 2 


Vmax 1  cos  0  2πR 24

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : Vmax

UC(t)

Imax 0

iC(t) π 2





3π 2

V(O)

U cmoy

 

On Onconstate constateque quecette cettesurface surfacequi quiest est négative négativeva vadiminuer diminuerlalavaleur valeurmoyenne moyennede deUc Uc

D Uc

(rad)

Vmax 1  cos 0   2π

Ve

Ve

0

les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant en partie 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 diode de roue libre en parallèle de la charge. Les deux diodes sont alors placées en cathodes communes comme le montre le schéma suivant : Dr.F.BOUCHAFAA


25

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive avec diode roue libre Ve(t) Vmax

0

D

i

Ve

ic VD

π 2

K



iDr

R

(rad) 3π 2



Dr

Ve(t)

Uc L

Source

C.S

Charge

Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre

On constate que les cathodes des deux diodes D et Dr sont reliées au même point (K). Ainsi, dans ce type de montage (à cathodes communes). On dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornes est plus positive que les autres. Dr.F.BOUCHAFAA


26

•Représentation des signaux d’entrée Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene

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 alimentée par 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 •D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge. i

ic1

Etude du fonctionnement

Ve(t) Durant l’alternance positive de la tension Ve, la diode D est passante 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 prend le relais de la conduction du courant ic dans la charge. Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie emmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R et le courant ic décroît et s’annule en θ0.

VD

R

Uc

L

iDr Dr

ic2 Uc

R L

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. Dr.F.BOUCHAFAA


27

•Représentation des signaux d’entrée Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive avec diode roue libre

Ri C t   L

di C t   Vmax sin  t dt

R V max V max   Lt i C t   sin  t      i 0  sin   e Z Z  

t 

T 2

A l’instant

on a :

R T R T  ( )  ( ) V  T  Vmax   max iC    sin  e L 2   i 0  sin   e L 2 Z Z 2  

T  t  T 2

L

di C t   Ri C t   0 dt

T i C t   i C  2

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

 e 



R T  t  L 2 

R T R T R T   V max V    T  L 2 max i 0  i C  e  sin  e L 2   i 0  sin   e L 2 Z Z  2  

i0 

Dr.F.BOUCHAFAA

Vmax e sin   Z



RT L 2

e

1 e



R T L

R  T L



R T L 2

1 e T V i C    max s in   R  T Z 2 1 e L


28


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

D

Ve

i VD

(rad) 0

π 2



3π 2

ic

Ve(t)



R Uc L

Vmax Imax 0

ic

UC(t) iC(t) π 2





3π 2

iDr

R

(rad)

Dr

 

D1

Uc L

Dr Uc

Ve

Dr.F.BOUCHAFAA

0

0 Redressement non commandé

29


Ve(t)>0laladiode diode Ve(t)>0 estpassante passante DDest Vmax Uc=Ve, Vd=0 Uc=Ve, Vd=0

UC(t)

Ve(t)<0 Ve(t)<0laladiode diodeDr Drrentre rentreen en conduction conductionet etlaladiode diodeDD se se bloque bloque

Uc=0 Uc=0et et Vd=-Ve Vd=-Ve

iC(t) Imax

(rad) 0



π 2

iD(t)



iDr(t)

3π 2



AA ooic ic=0 =0laladiode diode roue rouelibre libreDr Drs’arrête s’arrêtede de conduire (se bloque) conduire (se bloque)

Uc=0 Uc=0et etVd=-Ve Vd=-Ve

V i C t   max Z

R  t    sin  t     e L . sin      

Dr.F.BOUCHAFAA

Phase Phasede deroue rouelibre: libre:La Ladurée duréede de dissipation dissipationde detoute toutel’énergie l’énergie stockée stockéedans dansl’inductance l’inductance


30


UC(t)

Vmax

iC(t) Imax 0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 doncP(t)>0 P(t)>0 donc

Uc(t)=0(rad) etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)=0 et doncP(t)=0 P(t)=0 donc π 2

P>0

Redresseur Redresseur Dr.F.BOUCHAFAA





3π 2



P=0

Phasede deroue rouelibre libre Phase Redressement non commandé

31


2- Commutation parallèle simple - P2 à diodes Le montage redresseur à diodes est constitué de deux diodes connectées en sortie d'un transformateur à point milieu: VD1

ie1

Ve1(t) = Vmax sin t Ve2(t) = Vmax sin (t + )

i1

Tr Ve1

R

V1 Ve2

Ve2(t) = - Ve2 (t)

D1

ie2

Uc D2

ic

VD2

Montage d’un redresseur monophasé à point milieu A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu deux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de : Dr.F.BOUCHAFAA


32


Ve1

Ve2

i1

Tr

+ ie1

π 2



3π 2

V1



UC(t)

Vmax

i1

R Uc

(rad) 0

π 2



3π 2

D1

V1 Ve2



Etat des diodes

D2 Uc

Ve1

Ve2

Tension aux bornes de la charge

iC

Ve1/R

Ve2/R

Courant traversant la charge

Dr.F.BOUCHAFAA


ic

Tr

iC(t)

Imax

D1

Ve1

(rad) 0

VD1

+

ie2

R Uc D

ic

2

VD2

33

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t)

Ve(t) Vmax

Ve1

Vmax

Ve2

π 2



3π 2

0



0

iC(t)

Imax

(rad) 0

π 2



3π 2

D1 D2

3π 2



π 2



3π 2



-2Vmax

Uc

Ve1

Ve2

Tension aux bornes de la charge VD1

iC

Ve1/R

Ve2/R


Dr.F.BOUCHAFAA



VD1(t)



Etat des diodes

π 2

(rad)

UC(t)

Vmax

Ve2

(rad)

(rad) 0

Ve1


2Ve 0 Tension aux bornes de la diode 34

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : 

1 1 V 2Vmax π  Uc  Umoy  U C (t)dt  Vmax . sin  .d  max  cos 0  TT π0 π π

U cmoy 

2Vmax π

U ceff

Vmax  2


U

2 ceff



2 Vmax 1 1 2 2 2   U c t dt   Vmax sin   d   T0  0 π

1  cos 2  d 0 2



Le courant moyen et efficace de ic(t) :

U Cmoy  R.i

U Ceff  R.i

Cmoy

Ceff

I cmoy  I ceff 

2Vmax π.R 1 V max 2 R



VDmax=-2Vmax 35

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L)

VD1

ie1 i1

Tr Ve1

D1 L

R

V1 Ve2

Uc D2

ic

ie2 Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive

Dr.F.BOUCHAFAA


36

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene iC(t)

T iC(t)

iCmoy

Imax

iC(t)

Imin 0

(rad) π 2

π



3π 2

2π

D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeurs Icmin 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 contre d’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépend fortement de la constante du temps électrique  (=R/L). Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro, il faut augmenter la valeur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse et constant. Dr.F.BOUCHAFAA


37


Ve(t) Vmax

Ve1

Ve2

Vmax

π 2



3π 2

Ve2

(rad)

(rad) 0

Ve1

0





π 2

3π 2

iD1(t)

Icmoy

(rad)

UC(t)

Vmax

0

iC(t)

Icmoy



π 2



3π 2



(rad) 0

π 2



3π 2

D1

Etat des diodes

D2 Uc iC

VD1(t)



Ve1 Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

Ve2 Icmoy

-2Vmax

Tension aux bornes de la charge VD1 ID1 Courant traversant la charge Redressement non commandé

0 Icmoy

2Ve

0 38


1 1 V 2Vmax π  Uc  Umoy  U C (t)dt  Vmax . sin  .d  max  cos 0  TT π0 π π

U cmoy 

2Vmax π

U ceff

Vmax  2


U

2 ceff




1  cos 2  d 0 2




U Cmoy  R.i

Cmoy

I cmoy 

2Vmax π.R

La tension maximale à supporter par la diode en inverse est:

Dr.F.BOUCHAFAA


VDmax=-2Vmax

39


Commutation parallèle double - PD2 à diodes Le pont de Graëtz est constitué de quatre diodes montées en parallèle deux par deux. 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).

ic

K Tr

i1 V1

Source

VD1

i Ve(t)

D1

D2

R

C.S D4

Charge

Uc

D3

A Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive

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


40


ic

Ve(t) Vmax

Ve

i1 (rad)

0

π 2



3π 2

Tr

V1

+

i Ve(t)

D1 iD1

R

iD3



ic

(rad) π 2



3π 2

D1 , D3 D2 , D4

i1



i Ve(t)

Tr

V1 + Etat des diodes

Uc

Ve

-Ve


ic

Ve/R

-Ve/R


Dr.F.BOUCHAFAA

Uc

D3 UC(t) iC(t)

Vmax Imax 0

VD1


D2 iD4

iD2

R

Uc

D4

41


Ve(t) Ve

Vmax

(rad)

(rad) 0

π 2



3π 2

0

0

(rad) 

3π 2





3π 2



(rad)

UC(t) iC(t) π 2

π 2



Vmax Imax 0

Ve

-Vmax

π 2



3π 2



VD1(t)

D1 , D3 D2 , D4

D1 , D3 D2 , D4

Uc

Uc

Ve

-Ve

ic

Ve/R

-Ve/R

Dr.F.BOUCHAFAA

VD1 Redressement non commandé

Ve

-Ve

0

Ve Tension aux bornes de la diode 42


1 1 V 2Vmax π  Uc   Ucmoy  U C (t)dt  Vmax . sin  .d  max  cos 0  TT π0 π π

U cmoy 

2Vmax π

U ceff

Vmax  2


U

2 ceff




1  cos 2  d 0 2




U Cmoy  R.i

U Ceff  R.i

Cmoy

Ceff

I cmoy  I ceff 

2Vmax π.R 1 V max 2 R



VDmax=-Vmax 43


ic i1

Tr

VD1

i Ve(t)

V1 Source

D1

D2

R Uc

C.S D4

D3 L Charge


Dr.F.BOUCHAFAA


44


ic ic

Ve(t) Vmax

VD1

Ve

ii Ve(t) Ve(t)

D D11

D2

R R Uc Uc

C.S C.S

(rad) 0

π 2



3π 2

D4



(rad)

UC(t) iC(t)

Vmax Imax

(rad) 0

D D33 LL

π 2



3π 2



0

-Vmax

π 2



3π 2



VD1(t)

D1 , D3 D2 , D4

D1 , D3 D2 , D4

Etat des diodes

Uc

Ve

-Ve

ic

Icmoy

Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

Uc

Ve

-Ve

0 Ve Tension aux bornes de la V charge D1 Tension aux bornes de la diode Courant traversant la charge Redressement non commandé

45


1 1 V 2Vmax π  Uc   Ucmoy  U C (t)dt  Vmax . sin  .d  max  cos 0  TT π0 π π

U cmoy 

2Vmax π

U ceff

Vmax  2


U

2 ceff




1  cos 2  d 0 2




U Cmoy  R.i

Cmoy

I cmoy 

2Vmax π.R



VDmax=-Vmax 46


REDRESSEMENT COMMANDÉ MONOPHASÉS Dr.F.BOUCHAFAA

Redressement commandé monophasé

3


PLAN DE TRAVAIL 1 2 3 4

Commutation simple alternance à thyristor Commutation parallèle simple - P2 à thyristors Commutation parallèle double - PD2 à thyristors Commutation parallèle double - PD2 Mixte

5 Dr.F.BOUCHAFAA

Conclusion


4

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les montages redresseurs sont des convertisseurs de l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu. Alimentés par une source de tension alternative monophasée, ils permettent d'alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie. On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors que l'énergie électrique est disponible en alternatif. Les redresseurs ont un très vaste domaine d'applications. Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont réversibles, c'est-à dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu. Un montage redresseur comporte : Une source monophasée. Des composants redresseurs (Thyristor).

Dr.F.BOUCHAFAA


5


Redressement monophasé commandé Th

Ve

Vs

Commande •

Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension alternative sinusoïdale quelque soit la charge

Dr.F.BOUCHAFAA


6


Rappels



Dr.F.BOUCHAFAA


ω = 2.π.f = 314 rd/s


7


Commutation simple alternance à thyristor Débit sur une charge résistive R

iG Th

On envisage une structure comportant une source sinusoïdale et un thyristor pour atteindre une charge résistive. On distingue alors les trois blocs précédemment définis: une source, un commutateur et la charge.

i

ic

Ve(t) VTh

Source

C.S

Uc

R

Charge

Montage d’un redresseur commandé monophasé alimentant une charge résistive.

Dr.F.BOUCHAFAA


8


Ve()


Ve

Vmax

Va() Va

Vmax (rad)

0



π 2

3π 2

UC(t) iC(t)

0





3π 2

VTh(t)

-Vmax Th Uc

0

Ve

0

ic

0

Ve/R

0

0

Ve

VTh Ve

Dr.F.BOUCHAFAA

Ve(t)

Vb

π 2



i

(rad ) 

3π 2



3π 2

(rad ) 

(rad) π 2



Vb() Vmax

Imax

π 2

a

 (rad)



Vmax

0

Th VTh

ic Uc

R

b

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

Dés que la tension d’entrée Ve est positive et un amorçage de thyristor en agissant sur sa gâchette (iG≠0) à l’instant , ce dernier devient passant jusqu'à ce que le courant qui le traverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2. À partir de l’instant (π), le thyristor est bloqué. Par conséquent, la tension aux bornes de la charge résistive est nulle: Redressement commandé monophasé

9

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension Uc(t) :

UC(t)

Vmax

V e  V max sin   Pour   α,   Uc(t)    0  Pour   0,       , 2  Le courant ic(t) :

 Vmax sin  si       i c t    R 0 si 0          2

(rad)



π 2



3π 2



iC(t)

Imax

(rad)



V(α)

π 2



3π 2



La tension VTh(t) :

 0 Pour   α,   V Th (t)    V e Pour   0,       ,2 

 -Vmax

(rad) π 2



3π 2



VTh(t) 

Dr.F.BOUCHAFAA


10


 Pour   α,   Uc(t)  V e  V max sin    Pour   0,       ,2  Uc(t)  0

Imax 


U

cmoy

1  T

T



UC(t) iC(t)

Vmax

-Vmax

 V



π 2

3π 2



VTh(t) 

π

1 U c t  dt  2π

(rad)

max

sin θ d θ



U cmoy 

V max 1  cos  2π



La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle de retard à l’amorçage . La tension efficace de Uc : U

2 ceff

1  T

T

1   U t dt  0 2 2 c

π

 V

2 max

2 V max sin  dθ  2 2



1  cos 2 dθ  2



Uceff 

Vmax 2 2 sin2 2 2

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


11

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant moyen ic(t) : 

 i C (t)   I Cmoy 

1 1 i (t)dt  I max sin(  )dθ C T T T 

I cmoy 

I cmoy

U

Vmax

UC(t)

Imax

iC(t) 

cmoy

-Vmax

R

V max 1  cos   2 π .R

(rad) π 2



3π 2



VTh(t) 



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 charge résistive. Le courant efficace ic(t) :

Dr.F.BOUCHAFAA

i ceff 

U ceff Vmax  R 2R


2  2  sin 2 2

12

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : iG Th

i

ic VTh

R Uc

Ve(t)

E

Source

C.S

Charge

Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie

Dr.F.BOUCHAFAA


13

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Ve

Vmax E

π 2







3π 2

E

E

iC(t) α

π 2





3π 2

0

α < 1

π 2





(rad) 

(rad)  

3π 2

α > 1 α = 1

UC(t) E

Ve

0

 (rad)

 Vmax E Imax

Ve

Vmax (rad)

0

Ve()

La Ladurée duréede deconduction conduction

Avec :



(rad)



La Ladurée duréede deconduction conduction variée variée suivant la valeur de E suivant la valeur de E Et suivant Et suivantl’angle l’angled’amorçage d’amorçageαα

α: angle d’ouverture.  2 : angle d’extinction (fermeture).

Th Uc E ic

0

Ve

E

(Ve-E)/R

0

Dr.F.BOUCHAFAA

 =( 2 - α) durée d’utilisation Redressement commandé monophasé

14

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : Ve Vmax E T 1 E E t1  Arc sin t 2   t1

Vmax sin t1  E



V max

E

2

(rad)

 1  Arc sin

E V max

 2    1


0



π   2



 T 2   1 1 2 Ucmoy   Uc t dt    Vmax sindθ   Edθ T0 2   2

Ucmoy 



3π 2



(rad)



Vmax E (cos  cos 2 )  2     2  2π 2π

Le courant moyen ic(t) :

i cmoy  Dr.F.BOUCHAFAA

U cmoy  E R

Vmax E    2   (cos   cos  2 )  2R 2R


15

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : Ve Vmax E La tension efficace de Uc : E 1 1  2 2 2     U c t dt    Vmax sin  dθ  T0 2   2

T

U

2 ceff

  E dθ  2 

2  

2

E (rad)

0



π 2



 

3π 2



(rad)



2 2 2 E V V 2 Uceff  max 2    max sin 22  sin 2   2   2  4 8 2

Comme

E  Vmax sinθ1

Uceff 

Dr.F.BOUCHAFAA

Vmax 2  1 2   2 2    sin 2   sin 2    sin 1  2  4  2  2  Redressement commandé monophasé

16

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve()

Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :

Vmax sin t1  E

t1 

1 E Arc sin  V max

t2 

E  1  Arc sin V max

T  t1 2

 2    1

Vmax E Imax 0

Ve

E

(rad)



π 2

 

3π 2



Le courant efficace ic(t) : T

i

2 ceff

1 1   i c2 t  dt  T 0 2 i

Comme

2 ceff

2

 V max sin θ  E   dθ   R  2



(rad)



2 2  Vmax 1  Vmax 2         sin 2   sin 2    2V max E  cos   cos    E      2 2 2 2   2R 2  2 4 

E  Vmax sinθ1

iceff 

Vmax  1 1 2 2   2            sin 2   sin 2   sin  cos   cos   sin 1  2 2 1 2  4   2R  2 

Dr.F.BOUCHAFAA


17

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive et résistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous: iG Th Débit sur une charge inductive (R-L)

i

ic VTh


Uc

Ve(t)


R

Source

L

C.S

Charge

La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entre la 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). Dr.F.BOUCHAFAA


18

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) iG


Th

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

i Ve(t)

ic R

VTh Uc

L

Ainsi, le thyristor Th conduit à partir de = α (t=t0) et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme avec une charge purement résistive. De ce fait, le thyristor est toujours passant et la tension devient 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.

Dr.F.BOUCHAFAA


19

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le thyristor Th conduit dés que la tension Ve est positive et un amorçage au niveau de sa gâchette (iG≠0).

Th i

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

di t  L c  Ri dt

c

t  

ic

VTh

R

Ve(t)

Uc

V max sin ω t

L


L di

cH

dt


L R

 Ri cH  0


i cH (t)  K.

e



t τ

Constante du temps électrique Redressement commandé monophasé

20


L

di

cp

dt

 Ri cp  V e


Icp .R  j.L    Ve

j.L  .Icp  R.I cp  Ve

I cp 


Ainsi:

i cp (t) 

Ve  I cp .   Z  2 : Z  R 2  L ω   1  L ω     tg     R 



i c (t)  i cH (t)  i cp (t)  K. e Dr.F.BOUCHAFAA



t τ





21


i c (t)  i cH (t)  i cp (t)  K. e

Le courant générale est: Condition initiale

K. e

à:     ic( )  0



 τ. 



t τ




V max  sin(    )  0 Z

R V max K   sin(    ). e L  Z

D’où :

l’expression générale iC(t) est: i c (t) 

V

max

Z

  sin(  t   ) - sin(    ). 

e

 R ( t  ) L

  

On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régime permanent faisant apparaître le déphasage  du courant sur la tension. Le courant ne s’annule pas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). Le thyristor est alors en conduction forcée si bien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic. Le thyristor se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose la continuité du courant dans la charge. Dr.F.BOUCHAFAA


22

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L.

Ve() Ve

Vmax

Th i (rad) 

π 2

0

3π 2



UC(t) iC(t)

Imax

Uc

Supposons (rad)



π 2



3π 2

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

Th

 

i

V(O)

Vth

Th Uc

Etat des thyristors 0

R L

Vmax

α

Ve(t)

(rad)



0

Vth

ic

Ve

Dr.F.BOUCHAFAA

0

Ve(t)



ic R Uc

L

23

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Ve

Vmax

(rad) 

π 2

0

3π 2

 (rad)

 Vmax V(α)

UC(t) (rad)

0





π 2



Th

Etat des thyristors 0

VTh Ve Dr.F.BOUCHAFAA



VTh(t)

V(O) -Vmax Uc

3π 2

Ve 0

0


Ve

Tension aux bornes de thyristor


24

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t)>0lelethyristor thyristorTh Thest est Ve(t)>0 passant Uc=Ve, Uc=Ve,Vth=0 Vth=0 passant

UC(t)

Vmax

Ve(t)<0 Ve(t)<0lelethyristor thyristorTh Thest est toujours passant , ic ≠0 Uc= toujours passant , ic ≠0 Uc=Ve Ve

et et Vth=0 Vth=0

Imax

iC(t) (rad) 0

α

π 2



iTh(t)

 3π 2 AA ooic ic=0 =0lelethyristor thyristorTh Th

s’arrête s’arrêtede deconduire conduire(se (se bloque) bloque)Uc=0 Uc=0et etVth=-Ve Vth=-Ve

V(O) V max i c (t)  Z



 R ( t  )   L sin(  t   ) sin(    ). e    

(rad)

 Dr.F.BOUCHAFAA


25


Vmax UC(t) Imax

iC(t) (rad)

0

α Uc(t)>0 et etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)>0 doncPP(t)>0 (t)>0 donc V(O)

π 2





iTh(t)

3π 2

Uc(t)<0 et etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)<0 doncPP(t)<0 (t)<0 donc 

(rad)

 Redresseur Redresseur Dr.F.BOUCHAFAA

P>0

P<0 Onduleurassisté assisté Onduleur


26

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : T

1 1 Ucmoy   Uc t  dt  T0 2π

 0  

V

sin  d

Ucmoy 

max

α

Vmax cos  cos  2π


U

2 ceff

1 1   U c2 t  dt  T0 2π

U ceff 

di C dt

V

2 max



2 Vmax sin   d  2π 2





1  cos2  d 2

0

U Cmoy  R.i Cmoy  L(

di C )moy dt

UCmoy  R.iCmoy I cmoy 

Dr.F.BOUCHAFAA Dr.F.BOUCHAFAA

 

Vmax      1 sin 2  sin 2   2  2

Le courant moyen ic(t) : U C  R.i C  L

 


V max cos   cos   2πR 27

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Vmax Imax 0


UC(t) iC(t) α





π 2

3π 2

V(O)

(rad)

  (rad)



Vmax Ucmoy  cos  cos  2π

On Onconstate constateque quecette cettesurface surfacequi quiest est négative négativeva vadiminuer diminuerlalavaleur valeurmoyenne moyennede deUc Uc

Th Uc 0

Ve

Ve

0

les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant en partie 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 diode de roue libre en parallèle de la charge. Les deux semi conducteurs sont alors placées en cathodes communes comme le montre le schéma suivant : Dr.F.BOUCHAFAA


28

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive avec diode roue libre iG

Ve()

Th

K

Ve

Vmax

i VTh

(rad) π 2

0





3π 2

ic



iDr Dr

Ve(t)

R Uc

(rad)

L Source

C.S

Charge

Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre

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


29


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 est alimentée par la source; quand le thyristor est bloqué; le courant dans la charge se boucle par la diode. La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique. Th •D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge.

i

Etude du fonctionnement

ic1

Durant l’alternance positive de la tension Ve, le thyristor Th est Ve(t) passant 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 Dr prend le relais de la conduction du courant ic1 dans la charge. Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie emmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R et le courant ic2 décroît et s’annule en θ0.

iDr Dr

VTh

Uc

R L

ic2 Uc

R L

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. Dr.F.BOUCHAFAA


30

•Représentation des signaux d’entrée Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive avec diode roue libre

Ri C t   L

di C t   Vmax sin  t dt

V V    t i C t   max sin  t      i 0  max sin   e L Z Z   R

t 

T 2

 ( ) V T V    ( ) i C    max sin  e L 2   i 0  max sin   e L 2 Z Z 2   R T

on a :

A l’instant T  t  T 2

L

di C t   Ri C t   0 dt

Th bloqué et Dr passante: Uc(t)=0 et Vth(t)=Ve(t).  T  L i0  iC  e 2

R T 2

i0  Dr.F.BOUCHAFAA

R T

R

T 

 T   L  t  2  i C t   i C   e  2 

R T R T  V max V max   L 2 L 2  sin  e   i0  sin   e Z Z  

Vmax e sin   Z



RT L2

e

1 e





R T L

R T L



RT L2

1 e T V i C    max sin   R  T Z 2 1 e L


31

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL avec diode roue libre. Ve

Vmax

Th i (rad)

π 2

0



3π 2



ic1 VTh

Ve(t)

R Uc L

(rad)



Vmax

UC(t)

Imax

iC(t)

0

α

π 2





3π 2

 

ic2 (rad)

iDr Dr

R Uc

Th

L

Dr Uc

0

Ve

Dr.F.BOUCHAFAA

0

0 Redressement commandé monophasé

32

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t)>0et eti iG≠0 ≠0, ,lelethyristor thyristorTh Th Ve(t)>0 G estpassant passant Uc=Ve, Uc=Ve,Vth=0 Vth=0 est

UC(t)

Vmax

Ve(t)<0 Ve(t)<0laladiode diodeDr Drrentre rentreen en conduction conductionet etlelethyristor thyristorTh Thse se bloque bloque Uc=0 Uc=0et et Vth=-Ve Vth=-Ve

Imax

iC(t) (rad)

0

α



π 2

iTh(t)

 iDr(t)

3π  2A A o ic ic=0 =0laladiode dioderoue roue o

libre libreDr Drs’arrête s’arrêtede deconduire conduire(se (se bloque) bloque)Uc=0 Uc=0et etVth=-Ve Vth=-Ve (rad)



Dr.F.BOUCHAFAA

Phase Phasede deroue rouelibre: libre:La Ladurée duréede de dissipation dissipationde detoute toutel’énergie l’énergie stockée stockéedans dansl’inductance l’inductance Redressement commandé monophasé

33

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene UC(t)

Vmax Imax

iC(t) (rad)

0

α



π 2

P=0

P>0

 P=0

3π 2



(rad)

 Uc(t)>0 et etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)>0 doncPP(t)>0 (t)>0 donc

Phasede deroue rouelibre libre Phase

Uc(t)=0 et etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)=0 doncPP(t)=0 (t)=0 donc


Dr.F.BOUCHAFAA


34

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)

La tension moyenne de Uc : Vmax T 2

T



1 1 1 Ucmoy   Uc t  dt   Uc t  dt   Vmax sin dθ T0 T t0 2 

U cmoy 

V max 1  cos  2π

 UC(t)

Imax 0

iC(t) α

π 2







3π 2

(rad)

 

La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle de retard à l’amorçage . La tension efficace de Uc : U

2 ceff

1  T

T

1   U t dt  0 2 2 c

π

 V

2 max

2 V max sin  dθ  2 2



1  cos 2 dθ  2



Uceff 

Vmax 2 2 sin2 2 2



35

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)

Vmax

 UC(t)

Imax 0

iC(t) α



π 2



3π 2

(rad)

 

La valeur moyenne du courant ic(t) est :

I cmoy 

V max 1  cos  2 π .R



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 charge résistive. Dr.F.BOUCHAFAA


36


Commutation parallèle simple - P2 à thyristors Le montage redresseur à diodes est constitué de deux thyristors connectées en sortie d'un iG1 transformateur à point milieu: Th1 i Ve1(t) = Vmax sin t

e1

i1

Tr Ve1

Ve2(t) = Vmax sin (t + )

R

V1 Ve2(t) = - Ve2 (t)

VTh1

Ve2

Uc

iG2

ic

Th2

ie2 VTh2 Montage d’un redresseur monophasé à point milieu A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu deux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de : Dr.F.BOUCHAFAA


37


Commutation parallèle simple - PD2 à thyristors iG1

Réglage de α

P (rad)

iG2



Commande Numérique

Synchrone

G1

3+

ie1

(rad)



RAZ

2+ (rad)

+ iG1, iG2

Vα

+

i1

K1

G2

K2

iG1 Th1

Tr Ve1

VTh1 R

V1 Ve2

Uc Th2

ic iG2

ie2 Dr.F.BOUCHAFAA


38

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Ve1

Vmax

Débit sur une charge résistive R

Ve2

(rad) π 2

0

3π 2



i1

Tr

+ ie1



Ve1 V1

+

 Vmax

π 2



3π 2

+

 Th1

i1

Tr

 (rad)

V1

Etat des thyristors

Th2 Uc 0 iC

0

Ve1

0

Ve2


Ve1/R

0

Ve2/R


Dr.F.BOUCHAFAA

ic

UC(t)

(rad) 0

Th1 R Uc

(rad)

iC(t)

Imax

VTh1


Ve2 +

ie2

R Uc Th2

ic

VTh2 39


Ve() Ve1

Vmax

Ve2

ie1 (rad) π 2

0



3π 2

+

 Vmax

Ve1



(rad)

UC(t)

VTh1 Th1 R Uc

Ve1

Vmax

(rad) 0

ic



π 2

3π 2



V(α)

0



(rad)

+



UTh1=Ve1-UC

iC(t)

Imax

Ve2

π 2



+

(rad) 3π 2



(rad) 

0

3ππ 2

+

 Th1

 (rad)

Etat des thyristors

Th2 Uc 0

Ve1

0

Ve2

iC

Ve1/R

0

Ve2/R

0

Dr.F.BOUCHAFAA

Vth1(t) -2Vmax VTh1 Ve1

Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge

0

Ve1

2Ve1

Tension aux bornes de thyristor


40


1 1 V π  Uc  Umoy  UC (t)dt  Vmax.sinθ.dθ max  cosθ TT π π

Ucmoy 

Vmax 1 cos  π

La tension efficace de Uc : 2 1 1 V 1 cos2  2 2 Uceff   Uc2 tdt   Vmax sin2 θ dθ  max  dθ T0  π  2



T




U Cmoy  R.i

U Ceff  R.i

Cmoy

Ceff

i cmoy  i ceff 

Uceff 

U cmoy R Vmax R 2

La tension maximale à supporter par le thristor est: Dr.F.BOUCHAFAA




Vmax 2  2  sin2 2 2

Vmax 1  cosα  πR

2  2  sin 2 2 VThmax=-2Vmax 41

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Th1

ie1 i1

iG1

Tr Ve1

L

VTh1 R

V1 Ve2

Uc Th2

ic iG2

ie2 VTh2 Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive

Dr.F.BOUCHAFAA


42

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene iC(t)

T iC(t)

iCmoy

Imax

Imin 0

iC(t)

(rad)

π 2

π



3π 2

2π

D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeurs Icmin 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 contre d’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépend fortement de la constante du temps électrique  (=R/L). Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro il faut augmenter la valeur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse et constant.

Dr.F.BOUCHAFAA


43

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pour la charge inductive: Ainsi:

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

Deux grandeurs à gérer : AAφ φ avec avecφφ>>π,π, ic ic=0 =0

-Angle d’amorçage (α) iG1

- Le déphasage (φ)

(rad)

iG2

 π φ

2+

Pas de débit (φ>α) :

(rad)

+ φ iG2

3+

Débit continu (ininterrompu φ=α) :

(rad)

iG2

φ

+

Débit discontinu (interrompu φ<α) :

(rad)

φ  Dr.F.BOUCHAFAA

α <φ

+


α =φ

α >φ

44

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (φ<α) : Ve()

Ve() Ve1

Vmax

π

0

Ve2

ie1

0

iC(t)

φ

φ 

 π 2

(rad) +

3π 2



UC(t)

+3 π



2

UTh=Ve1-UC Vmax Icmoy

π

0



2

Ve2

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

(rad) (rad)

+3 π



2

Ve1

Vmax

Ve1

VTh1

2



2V(φ)

iTh1(t)

V(α)

Th1

(rad) (rad)

Icmoy

ic

φ

φ

R Uc

0



π 2



(rad) + 3π



2

V(φ)

V(π+α)

Th1 Th2

VTh1(t) Etat des thyristors

Uc Ve2 0 iC I

cmoy

Ve1 Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

0

Ve2 Icmoy

-2Vmax

Tension aux bornes de la chargeVTh1 2Ve Ve Courant traversant la charge

iTh1

0


0 Icmoy

Ve

2Ve 0 45

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad) 

Vmax Icmoy

+

iC(t) UC(t) (rad)

0

φ



π 2



φ

+

3π 2



Onduleurassistée assistée Onduleur

V(φ) P<0 P=0

P<0

P>0

P=0

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

Uc(t)<0 et etic(t)>0 ic(t)>0 Uc(t)<0 doncPP(t)<0 (t)<0 donc

Phasede deroue rouelibre libre Phase Redresseur Redresseur

Dr.F.BOUCHAFAA


46

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (interrompu φ<α) : La tension moyenne de Uc : T

1 1 U cmoy   U c t  dt  T0 

 

 V

max

sinθ  dθ

U cmoy

Vmax cos  cos  i cmoy  πR

Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor:

i Thmoy


U

2 ceff

1 1   U c2 t  dt  T0 

U ceff  Dr.F.BOUCHAFAA

Vmax cos   cos    π

 

V

2 max



i cmoy

Vmax   cos  cos  2 2πR

2 Vmax sin θ  dθ  π

 

2





1  cos 2θ dθ 2

Vmax       1     sin 2   sin 2    2 2  


47

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Débit continu (φ=α) :

Ve() Ve1

Vmax

Ve2

UTh1=Ve1-UC

0





π 2

3π 2

+

(rad) (rad) 

iTh1

iC(t) φ

φ

V(φ)



π 2

0

Th1

ic

R Uc

(rad) 3π 2

iC Icmoy

Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

+

(rad) (rad) 

iTh1(t)

Icmoy (rad) 0



π 2





UC(t)

Etat des thyristors Ve1



3π 2

+

3π 2



VTh1(t)

Th1 Th2 Uc Ve2



π 2

2V(α)

+



Ve2

VTh1

0

Ve1 Vmax Icmoy

Ve1

Vmax

Ve2 Icmoy

-2Vmax

VTh1 2Ve Tension aux bornes de la charge iTh1 0

0 Icmoy

2Ve 0

Courant traversant la charge Redressement commandé monophasé

48

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit continu (ininterrompu φ=α) : La tension moyenne de Uc : T

1 1 Ucmoy   Uc t  dt  T0 π

 

 V

max

U cmoy 

sinθ dθ

Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor:

i cmoy 

U cmoy

i Thmoy 

i cmoy

2V max cos  π

R 2



2V max cos  πR



V max cos  πR


2 U ceff 

1 1 2   U t dt  c T 0 π

Dr.F.BOUCHAFAA

 

2 2 θ  dθ  V sin max 



  2 max

V π





1  cos 2  d 2


U ceff 

Vmax 2

49


Commutation parallèle double - PD2 à thyristors Le pont de Graëtz est constitué de quatre thyristors montées en parallèle deux par deux. 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).

K i1

Tr

VTh1

i Ve(t)

V1 Source

Th1

ic Th2

R

C.S Th4

Charge

Uc

Th3

A Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive Dr.F.BOUCHAFAA


50


Commutation parallèle double - PD2 à thyristors iG1 , iG3 (rad)

 iG2 , iG4

3+

Tr

VTh1

Th1

i Ve(t)

V1 (rad)



ic

2+ (rad) i1

+ iG1’, iG2’

K

Source

+

Th2

R

C.S Th4

Charge

Uc

Th3

A

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


51



Ve

Vmax

i1

(rad) 

π 2

0

3π 2

+

 Vmax



VTh1 Tr

V1

+

i Ve(t)

(rad)

ic

Th1 iTh1 iTh3

R

Th3

UC(t)

ic

iC(t)

Imax

i1

(rad) 

0

3π 2

+

 Th1,Th3 Th2,Th4 0

i Ve(t)

Tr

V1 Etat des thyristors

Uc 0 iC

 (rad)

Th2 iTh4

iTh2

R Uc

+

Ve

0

-Ve


Ve/R

0

-Ve/R


Dr.F.BOUCHAFAA

Uc

Th4


52

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Ve(t) Vmax

Ve

π 2

0

Ve

Vmax 

(rad) 

3 π 2

(rad) π 2

0

V(α) 0

V(π+α) -Vmax





3π 2

2

Vmax Imax 

0

3ππ 2

+

 0

-Ve

VTh Ve Ve 0 Ve Tension aux bornes de thyristor Dr.F.BOUCHAFAA

(rad)

UC(t)

(rad)

VTh1(t)

Ve



iC(t)

Th1,Th3 Th2,Th4 Uc 0

+



(rad)

+  π

3π 2

(rad)

+





 (rad)

Th1,Th3 Th2,Th4 Uc 0

Ve

0

-Ve

iC

Ve/R

0

-Ve/R

0


53

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : T 2

T

U cmoy

Vmax Ucmoy  1  cos  π



1 2 1   U c t  dt   U c t  dt   Vmax sin  dθ T0 T t0 


U

2 ceff

1 2   U c2 t dt  T 0 T

T 2

1   U t dt    t0 2 c



Uceff 

2 2  Vmax sin  dθ



Vmax  2  2  sin   2 2 


U Cmoy  R.i

U Ceff  R.i

i cmoy 

Cmoy

Ceff

iceff 

Le courant qui traverse un thyristor

U cmoy R



Vmax 1  cos    .R

Uceff Vmax  2  2  sin2    R 2 2R  

i Thmoy 

i cmoy 2



Vmax 1  cos   2R



54


K i1

VTh1 Tr

i Ve(t)

V1 Source

Th1

ic Th2

R Uc

C.S Th4

Charge

Th3

L

A Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive

Dr.F.BOUCHAFAA


55

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Deux grandeurs à gérer : -Angle d’amorçage (α)

AAφ φ avec avecφφ>>π,π, ic ic=0 =0

- Le déphasage (φ)

iG1 (rad)

iG2 Pas de débit (φ>α) :

 π φ

+ iG2

Débit continu (ininterrompu φ=α) :

2+ (rad)

φ

3+ (rad)

 iG2 φ

+

Débit discontinu (interrompu φ<α) :

(rad)


+


α <φ

α =φ

α >φ 56

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit continu (ininterrompu φ=α) :


ic K i1 Tr

VTh1

i

Th1

Th2

R Uc

Ve(t)

V1 Source

Charge

Th4

Th3 iG1

L

A (rad)

iG2  π φ

2+ (rad)

φ α = φ Dr.F.BOUCHAFAA


+ 57

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit continu (ininterrompu φ=α) : Ve()

Ve() Ve1

Vmax 

0



π 2

+

3π 2

iTh1

V (rad) (rad) Th1

Th1



Ve UC(t) iC(t)

Vmax Icmoy

(rad) 0

φ



π 2



φ

3π 2



R

Uc

Th3 L

UTh1=(Ve -UC)/2

0

Etat des thyristors

iC Icmoy

Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA



π 2

+3 π 2

(rad) (rad) 

iTh1(t) (rad)

0



π 2



+ 3π



2

VTh1(t)

Th1,Th3 Th2,Th4 Ve



V(α) Icmoy

+

Uc -Ve

Ve1

Vmax

-Ve Icmoy

-2Vmax

Tension aux bornes de la charge VTh1 Ve ITh1 0 Courant traversant la charge Redressement commandé monophasé

0 Icmoy

2Ve 0 58

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : U cmoy

1  T

T

 0

1 U c t  dt  

 

 V

max

2Vmax Ucmoy  cosα π

sin   d θ


U

2 ceff

1 1   U c2 t  dt  T0 

 

V

2 max



2 Vmax sin   dθ  π 2

 





1  cos2  dθ 2

U ceff

Vmax  2


U Cmoy  R.i

Cmoy

i cmoy 

Le Courant qui traverse un thyristor:

U cmoy R



2V max cos   .R

i Thmoy 

i cmoy 2



Vmax cos  R

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


59

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (interrompu φ<α) :


ic K i1 Tr

VTh1

i

Th1

Th2

R Uc

Ve(t)

V1 Source

Charge

Th4

Th3

L

A

iG1

(rad)

iG2  π φ

2+ (rad)

φ  α >φ

Dr.F.BOUCHAFAA

+


60

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (φ<α) : Ve()

Ve() Ve1

Vmax

π

0

Ve2

+3 π



2

2



Vmax Icmoy

0

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

(rad) (rad)

UC(t) iC(t)

φ

φ 



π 2

Th1 iTh1 VTh1 R

Ve

+

V(φ)





0

3π 2



iTh1(t)

Icmoy φ

φ 0



π 2



(rad) + 3π



2

L

V(π+α)

VTh1(t)

UTh1=(Ve1-UC)/2

Th1 Th2

(rad) (rad)

+



π 2

V(α)

Uc

Th3

Ve2

2V(φ)

(rad) 3π 2

Ve1

Vmax

-2Vmax Etat des thyristors

Uc Ve2 0 iC I

cmoy

Ve1 Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

0

Ve2 Icmoy

VTh1 2Ve Ve Tension aux bornes de la charge iTh1 0

0 Icmoy

Ve

2Ve 0

Courant traversant la charge Redressement commandé monophasé

61

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (interrompu φ<α) : La tension moyenne de Uc : T

1 1 U cmoy   U c t  dt  T0 

 

 V

max

sinθ  dθ

U cmoy 

Vmax cos   cos    πR

Le Courant qui traverse la charge:

i cmoy


i Thmoy 

La tension efficace de Uc :

T

U

U ceff 

Dr.F.BOUCHAFAA

2 ceff

V max 2

V max cos   cos   π

1 1   U c2 t  dt  T0 

i cmoy 2



Vmax cos   cos   2πR

 

2 2 V sin  max θ dθ



1         sin 2   sin 2      2


62

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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 en étant 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

ic

ic Th1

i

Dr.F.BOUCHAFAA

i R

Ve(t) D1

Th1

Th2

D2

Uc

D1

R

Ve(t) Th2


Uc

D2

63

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pont mixte symétrique

Débit sur une charge résistive R ic Th1

i

Th2

R

Ve(t) D1

Uc

D2

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

Dr.F.BOUCHAFAA


64



Ve

Vmax

(rad) π 2

0



3π 2

VTh1

i1



Tr

+

V1 +

 Vmax

Th1 iTh1 iTh3

R D2

UC(t)

ic

(rad) π 2

0



3π 2

+

 Th1,Th2 D1,D2 Uc 0 0

i1

 (rad)

i Ve(t)

Tr

V1 Etat des thyristors

Th1

Th2

D2 Ve

0

D1 -Ve


Ve/R

0

-Ve/R


Dr.F.BOUCHAFAA

Uc

(rad)

iC(t)

Imax

iC

i Ve(t)

ic

Etat des Diodes

+


Th2 iTh4

iTh2

R Uc

D1

65


T

U cmoy



1 2 1   U c t  dt   U c t  dt   Vmax sin  d  T0 T t0 

U cmoy 

V max 1  cos α  π

La tension efficace de Uc : T 2

T

U

2 ceff



1 2 1 2   U c2 t dt   U c2 t dt   Vmax sin 2  dθ T0 T t0 

Uceff 

Vmax  2  2  sin2   2 2 


i cmoy 

U cmoy R



Vmax 1  cos  R

iceff 

Uceff Vmax  2  2  sin 2    R 2 2R  


i Thmoy 

i cmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

2

V  max 1  cos   2 R

i Theff 

i ceff V  max 2R 2


 2   2  sin 2    2   66



Ve

Vmax

ic 

0

π 2



+3 π 2

(rad) (rad)

i1



Th1 Tr

V1 Vmax

+

i Ve(t)

UC(t) iC(t)

Imax

D1

Th2

R L

Uc

D2

(rad) 0

 Th1,Th2 D1,D2 Uc 0 iC

π 2



3π 2

+

Th1

Th2

D2 Ve

D1 -Ve

Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

0

Icmoy

 (rad)

Etat des thyristors Etat des Diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Redressement commandé monophasé

67

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) La tension moyenne de Uc : T 2

T

U cmoy




U cmoy 



U

2 ceff

T 2






Dr.F.BOUCHAFAA

Uceff 

i cmoy 

U cmoy

i Thmoy 

R

i cmoy 2



Vmax  2  2  sin2   2 2 

V max 1  cos  R





V max 1  cos   2 R


68

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pont mixte asymétrique

Débit sur une charge résistive R ic Th1

i

D1

R

Ve(t) Th2

Uc

D2

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

Dr.F.BOUCHAFAA


69



Ve

Vmax

ic

(rad) π 2

0



3π 2

+





Th1 (rad)

UC(t)

Vmax

i

Uc R

Ve(t)

iC(t)

Imax

D1

Th2

D2

(rad) 0


0

π 2



3π 2

+

 (rad)

Etat des thyristors

Th1

Th2

D2 Ve

0

D1 -Ve


Ve/R

0

-Ve/R


Dr.F.BOUCHAFAA

Etat des Diodes


70


T

U cmoy




U cmoy 


La tension efficace de Uc : T 2

T

U

2 ceff




Uceff 

Vmax  2  2  sin2   2 2 


i cmoy 

U cmoy R




iceff 

Uceff Vmax  2  2  sin 2    R 2 2R  


i Thmoy 

i cmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

2

V  max 1  cos   2 R

i Theff 

i ceff V  max 2R 2


 2   2  sin 2    2   71

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve() Vmax

0

Pont mixte asymétrique

Ve



π 2



+3 π 2

(rad) (rad)

ic



i1 UC(t)

Vmax

iC(t)

Imax

Th1 Tr

V1


π 2



3π 2

+

Th1

Th2

D2 Ve

D1 -Ve

Icmoy

Dr.F.BOUCHAFAA

0

Icmoy

i Ve(t) Th2

(rad) 0

+

D1

R L

Uc

D2

 (rad)

Etat des thyristors Etat des Diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Redressement commandé monophasé

72

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) La tension moyenne de Uc : T 2

T

U cmoy




U cmoy 



U

2 ceff

T 2






Dr.F.BOUCHAFAA

Uceff 

i cmoy 

i Thmoy 

U cmoy R

i cmoy 2

Vmax  2  2  sin2   2 2 






V max 1  cos   2 R


73



REDRESSEMENT TRIPHASÉS

Dr.F.BOUCHAFAA

Redressement triphasés

3



Commutation triphasé simple alternance à diode Commutation triphasé parallèle à diodes Commutation triphasé simple alternance à thyristors Commutation triphasé parallèle à thyristors Commutation triphasé Mixte Conclusion

Dr.F.BOUCHAFAA


4


Chronogrammes

Système triphasé Equations temporelles   V t   V  1   V 2 t   V    V 3 t   V 

V 2

v1

v2

v3

2. sin ω t 2π   2. sin  ωt   3   2π   2. sin  ωt   3  

0

V3

valeur efficace

t

T

V1  V Représentation complexe  2π j  V2  V.e 3  4 j V  V.e 3  3

Diagramme de Fresnel

V1

ω V2

Dr.F.BOUCHAFAA


5


Système triphasé Source

Charge Phase 1 Phase 2 Phase 3

Neutre

V1

U12 V2

U23 V3

1

Z

2

Z

3

Z

U31

N

U12 = V1 - V2

Tensions V = Tensions simples, entre neutre et phase Tensions U = Tensions composées, entre phases

Dr.F.BOUCHAFAA


6


Système triphasé

Diagramme de Fresnel

Chronogrammes U 2

u12

u23

u31

U12

V3 U31

V2

V 2

V1 0

V2

T

t

U23

opposé de u12

Relation entre les valeurs efficaces :U 

3 .V

Exemple : Distribution basse tension : V = 231 V et U = 400 V Dr.F.BOUCHAFAA


7


Système triphasé Couplage étoile

Couplage triangle

1

1

Zy Zy

2

Zd N

3

Zy

1 2

Zd

Zd

Zy 3 2

Zd

1

U12

V1 Z y

Zd

2

V2 Z y

U23

3

V3

U31

N Dr.F.BOUCHAFAA

Zd

3


8


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.

Dr.F.BOUCHAFAA


9


Redressement Triphasé non commandé

Dr.F.BOUCHAFAA


10


Le montage triphasé simple voie (P3):

Un redresseur simple alternance triphasé est un redresseur permettant de redresser une source triphasée. Les tensions d'entrée utilisées pour illustrer ce chapitre constituent un système triphasé équilibré.

 V t   V sin ωt max  1  2π     V t  V sin ωt     2 max 3     2π    V3 t   Vmax sin  ωt  3    Dr.F.BOUCHAFAA


11

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Il existe deux montage de redresseurs simple alternance triphasés basés sur l'utilisation de diodes :

Le montage à anode commun Source VD1

i

D1

C.S D2

Charge

ic

V1

T

V2

VD1

D3

K D1

C.S D2

i

R

Uc R

S

Source

Charge

ic D3

Uc R

S

V1

T

V2 V3

V3 N

R

A

Le montage à cathode commun

N

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. Dr.F.BOUCHAFAA


12


Représentation des signaux d’entrée

 V t   V sinωt max  1  2π   V2 t   Vmax sin  ωt   3     2π   V3 t   Vmax sin  ωt   3   

2 3π

0

π 6

π 3

π 2

V3

V2

V1

2 3π

2π 3

5π 6 2 3π



7π 6

(rad) 4π 3

3π 5π 2 3

11π 6



2 3π



Dr.F.BOUCHAFAA


13


Représentation des signaux d’entrée

0

π 6

π 3

V1

V2

2 3π

2 3π

π 2

5π  6

π 2

7π 6

V3

(rad) 4π 3

2 3π

3π 2

5π 3

11π 6



2 3π



Dr.F.BOUCHAFAA


14


Redressement simple alternance Montage à Cathode commun

Dr.F.BOUCHAFAA


15

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc[V] UC(t) V2

V1

Charge resistive ic

V3 VD1

iD1

R (rad) 0

π 6 π 6

π 3

π 2

3 2π

π 2

5π 6

5π 6



7π 6 3 2π

4π 3

3π 2 3π 2

5π 3

11π 6



S

V1

T

V2

D1

D2

iD2

D3

Uc R iD3

V3 N 

D1 D2 D3 Uc V3

V1

Dr.F.BOUCHAFAA

V2

V3

  V1   UC  V2    V3 


 5    ,  6 6   5 3    ,  6 2    3    0,     ,2   6 2  16


Uc[V]

V1

V2

V3

(rad)

0

π 6

π 3

π 2

π 2

5π 6



7π 6

4π 3

3π 5π 2 3

11π 6



IC=ID1+ID2+ID3

iC(t)

ic

Ic[A]

VD1

ID1[A]

iD1

R

iD1(t)

S

V1 V2

D1 D2 D3

D2

iD2

D3

Uc R iD3

V3

ID1

Dr.F.BOUCHAFAA

ID2

ID3 Redressement triphasés

N

Ic ID3

T

D1

17

des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc[V],VUniversité D1[V] V1

V2

ic

V3 VD1

iD1

R

D1

Uc R

(rad)

π 6

π 3

π 2

π 2

5π  6

7π 6

4π 3

3π 5π 2 3



11π 6



3 V max 2

V1

N

0

VD1=V1-UC

 3 Vmax

D1 D2 D3 Uc V3 VD1

V1 0

Dr.F.BOUCHAFAA

V2 V1-V2

V3 V1-V3


V  3V  6V Dmax Max eff

18

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Tension moyenne et efficace de Uc(t) : U cmoy

2 U ceff 

1  T

1 T

T

 0

5π 6

3 U c t  dt  2π

T

2  U c t dt  0

3 2

V

Max

π 6

5π 6 π 6

 cos 

3V Max sin θ d θ  2π

5 6

5 6

1     sin 2     2

2 max

3V 6π

2 2  Vmax sin  dθ 

 6

Ucmoy 

3 3 VMax 2π

Uceff  0.84.Vmax

6

Courant qui traverse la charge:

Icmoy 

Ucmoy R



3 3 Vmax 2π.R

Iceff 

Uceff 0.84Vmax  R R

Courant qui traverse une diode T

1  T

I D1moy

i 0

D1

t  dt  1 2

5 6

 i

c

I D1moy 

dθ

I cmoy 3

6

I

2 Deff



Dr.F.BOUCHAFAA

1 T

T

 0

i

2 D

t  dt



1 2

5  6



i

2 c

d θ

 6


I

Deff



I ceff 3 19


Redressement simple alternance Montage à Anode commun

Dr.F.BOUCHAFAA


20

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc[V] V1

V2

Principe de fonctionnement ic

V3

VD1

(rad)

0

π 6

π 3

π 2

2π 5π 3 6



7π 6

4π 3

3π 5π 2 3

11π 6



iD1

R S

V1

T

V2

D1

iD2

D2

D3

Uc R iD3

V3 N

2 3π

2 3π



D1 D2 D3

Uc

V2

Dr.F.BOUCHAFAA

V3

V1

V2

  V1   UC  V2    V3 


 7    ,  2 6   7 11    ,  6 2    11    0,     ,2   2  6  21


Uc[V]

V1

V2

ic

V3 VD1

(rad)

0

π 6

π 3

π 2

π 2

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3



11π 6

iD1

R S

V1

T

V2

D1

iD2

D2

D3

Uc R iD3

V3 ic[A]

N IC=ID1+ID2+ID3

ID1[A]

IC(t) ID1(t)

D1 D2 D3 Ic

ID2

Dr.F.BOUCHAFAA

ID3

ID1

ID2


22


Uc[V],VD3[V]

3Vmax

V1

3 V max 2

V2

ic VD1(t)

V3

D3

Uc R (rad) 0

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

11π 6

T



iD3 V3

N UC(t) D1 D2 D3 Uc VD3

V2

V3

V3 –V2

0

Dr.F.BOUCHAFAA

V1

V3 –V1

VD3=V3-UC

V2 U32


23

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Tension moyenne et efficace Uc(t): 1  T

U cmoy

2 U ceff

1  T

T

 0

3 U c t  dt  2π

T

3 2   U t dt  0 c 2

7π 6

 π 2

5 6

V 

V Max

2 max


2 3V max 2 sin  dθ  6π

7π 6 π 2

Ucmoy 

 cos 

5

3 3 Vmax 2π

Uceff  0.84.Vmax

1   6   sin 2     2 6

6

Uceff 0.84Vmax 3 3  Icmoy   Vmax Iceff  R 2π.R R R Ucmoy

Courant moyenne et efficace Uc(t): Courant qui traverse une diode

I D1moy

I 2Deff

T

1   i t dt  0 D1 2

1  T 1  T

T

 0

Dr.F.BOUCHAFAA

1 i 2D t  dt  2

11 π 6

i

c

dθ

I D1moy 

7π 6

11  6



i c2 d θ

7 6


I Deff 

I cmoy 3

I ceff 3 24


Charge inductive

Source VD1

K D1

D2

i

R

Charge

C.S

ic

D3

R Uc

S

V1

T

V2 V3

L

N Dr.F.BOUCHAFAA


25

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc[V]

Charge inductive

UC(t)

V1

V2

V3

(rad) 0

π 6

π 3

π 2

π 2

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

11π 6





D1 D2 D3 Uc V3

Dr.F.BOUCHAFAA

V1


V2

V3

26

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ic[V]

Charge inductive

V1

UC(t)

V2

V3

Icmoy IC(t)

(rad) 0

π 6

ID1(t)

π 3

π 2

π 2

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

11π 6





D1 D2 D3 Ic

ID1 Dr.F.BOUCHAFAA

ID3 0

ID1 ID1


ID2 0

ID3 0 27

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Tension moyenne et efficace Uc(t): 1  T

U cmoy

2 U ceff

1  T

T

 0

3 U c t  dt  2π

T

3 2   U t dt  0 c 2

5π 6

 π 6

5 6

V 

V Max

2 max


2 3V max 2 sin  dθ  6π

5π 6 π 6

Ucmoy 

 cos 

5

3 3 Vmax 2π

Uceff  0.84.Vmax

1   6   sin 2     2 6

6

Uceff 0.84Vmax 3 3  Icmoy   Vmax Iceff  R 2π.R R R Ucmoy

Courant moyenne et efficace Uc(t): Courant qui traverse une diode

I D1moy

I

2 Deff

T

 i D1 t  dt 

1  T 1  T

0

T

 0

1 2

1 i t  dt  2 2 D

5π 6

 ic dθ π 6

5 6

 i

2 c

dθ

I D1moy 

I Deff

I cmoy 3

I ceff  3

6

Dr.F.BOUCHAFAA


28


Redresseur double alternance triphasé Pont de Graëtz triphasé à diodes

Dr.F.BOUCHAFAA


29

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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

UC = VK - VA Dr.F.BOUCHAFAA

K

Source VD1

D1

ic D2

i

R

D3

R Uc

S

V1

T

V2 V3 N

Les trois diodes D1, D2, D3 forment un commutateur plus positif, qui laisse passer à tout instant la plus positive des tensions, et les diodes D4, D5, D6 forment un commutateur plus négatif, qui laisse passer la plus négative des tensions. La tension redressée est à tout instant la différence entre ces deux tensions, soit :


D4

D5

A

C.S

D6

L Charge

30


ic

A tout instant, deux diodes qui conduisent au même temps. L’une pour la plus positive

VD1

avec VK et l’autre pour la plus négative avec

R R R

VA.

V V11

A cet effet, le principe de fonctionnement du

ii

D2 D2

D33

R R Uc Uc

SSS T T

V22 V2 V V3 V3

pont de greatz triphasé alimentant une

D1

D4

D D55

D6

L L

charge résistive dans période T est comme N NNN N

suit: 0

π 6

π 2

5π 6

7π 6

3π 2

11π 6

 (rad)

D1 D2 D3 D4 D5 D6

Dr.F.BOUCHAFAA


31


Uc[V],Ic[A] U32

U12

UC(t) iC(t)

U23

U13 V1

U31

U21 V2

U32 V3

VK(t) Tension simple

0

Charge resistive

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

11π  6

(rad)

VA(t) Tension composée Etat des diodes

D D35

Tension aux bornes de Uc Uc U32 Dr.F.BOUCHAFAA

D15 U12

D16

D26

D24

D34

U13

U23

U21

U31


D35 U32 32


Uc[V],VD1[V]

U32

U12

UC(t)

U23

U13 V1

U31

U21

U32

V2

V3

7π 6

11π  6

Charge resistive VK(t) 0

π 6

VD1(t)

π 2

π 3

2π 3

 5π 6

4π 3

3π 2

5π 3

(rad)

VA(t)  3 Vmax

Etat des diodes

D1

U Tension aux bornes de VD1 VD1 13 Dr.F.BOUCHAFAA

0

0

U12


U12

U13

U13 33


Uc[V],ID1[A]

U32

U12

UC(t) iC(t)

U23

U13 V1 V1

U31

U21 V2 V2

U32 V3 V3

Charge resistive VK(t) 0

ID1(t)

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

11π  6

(rad)

VA(t) Etat des diodes

D1

Courant traversant la diode ID1 0 Dr.F.BOUCHAFAA

IC

IC

0


0

0

0 34


Tension moyenne et efficace Uc(t):  Uc  

U cmoy 

1 T

 U C (t)dt  T

6 2π

 2

 2  V . sin  sin   max   3   

3 3 Ucmoy  Vmax π

   .d θ 

6

Courant moyenne et efficace Uc(t): Icmoy 

Ucmoy R



3 3 Vmax 2π.R

Courant qui traverse une diode I D1moy 

1 T

Dr.F.BOUCHAFAA

T

 i D1 t  dt  0

1 2

5π 6

 ic dθ π 6


I D1moy 

I cmoy 3

35


Charge inductive

ic VD1

Principe de fonctionnement R R R

V V11

D1

ii

D2 D2

D33

R R Uc Uc

SSS T T

V22 V2 V V3 V3

D4

D D55

D6

L L

N NNN N 0

π 6

π 2

5π 6

7π 6

3π 2

11π 6

 (rad)

D1 D2 D3 D4 D5 D6

Dr.F.BOUCHAFAA


36


Uc[V],Ic[A] U32

UC(t)

U12

Icmoy

U23

U13 V1

iC(t)

U31

U21 V2

U32 V3

VK(t) Tension simple

0

Charge inductive

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π 6



7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

11π  6

(rad)

VA(t) Tension composée Etat des diodes

D D35

Tension aux bornes de Uc Uc U32 Dr.F.BOUCHAFAA

D15 U12

D16

D26

D24

D34

U13

U23

U21

U31


D35 U32 37


Tension moyenne et efficace Uc(t):  Uc  

U cmoy 

1 T

 U C (t)dt  T

6 2π

 2

 2  V . sin  sin   max   3   

3 3 Ucmoy  Vmax π

   .d θ 

6

Courant moyenne et efficace Uc(t): Icmoy 

Ucmoy R



3 3 Vmax 2π.R

Courant qui traverse une diode I D1moy 

1 T

Dr.F.BOUCHAFAA

T

 i D1 t  dt  0

1 2

5π 6

 ic dθ π 6


I D1moy 

I cmoy 3

38


Redressement Triphasé commandé

Dr.F.BOUCHAFAA


39


Le montage à anode commun Source VTh1

A Th1

C.S Th2

Charge Th3

Le montage à cathode commun Source

ic

VTh1

i Uc R

V1

T

V2

Th1

Th2

Charge Th3

ic

i

R

S

C.S

Uc R

S

V1

T

V2 V3 N

Dr.F.BOUCHAFAA

V3 N

R

K


40


Réglage de  RAZ Va

Commande

Numérique

Synchronisme

G1K1 K4G4 G2K2 K5 G5 G3K3 K6G6

Dr.F.BOUCHAFAA


41


Redressement commandé simple alternance Montage à cathode commun

Dr.F.BOUCHAFAA


42

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les trois thyristors ont leurs cathodes soumises au même potentiel. Ce pont nécessite un seul générateur d’impulsion qui délivre des impulsions ic décalées d’un tiers de période entre elles. VTh1

iTh1 Le montage redresseur P3 à thyristors R S est constitué de trois thyristors, connecté chacun à une phase du V1 T réseau triphasé. V2 V3

Th1

Th2

iTh2

Th3

Uc R iTh3

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

Dr.F.BOUCHAFAA

α > π/6 : conduction discontinu


43


V1

V3

V2

Commutation naturelle

(rad)

0

π π 6 3

Commutation naturelle

π 2

5π 6

Etat des thyristors

Th

Th3

Th1

Tension aux bornes de Uc

Uc

V3

V1

Dr.F.BOUCHAFAA




7π 6

4π 3 3π 2

Th2 V2

5π 3

11π 6



Th3 V3 44

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage PD3 commandé  < /6 V1

Charge resistive

V3

V2

UC(t)

(rad)

0

π π 6 3

π 2

5π 6



4π 3 3π 2



Etat des thyristors

Th

Th3

Th1


Uc

V3

V1

Dr.F.BOUCHAFAA



7π 6


5π 3

11π 6



 Th2 V2

Th3 V3 45

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage PD3 commandé  > /6 V1

Charge resistive

UC(t) iC(t)

0

(rad) π π 6 3

π 2

5π 6

Etat des thyristors

Th

Th3


Uc

V3



7π 6

4π 3π 3 2

Th1 0

V1


5π 3

11π 6









Dr.F.BOUCHAFAA

V3

V2

0

Th2 V2

Th3 0 V3 46

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage PD3 commandé  < /6

Charge inductive

V1

V3

V2

UC(t) (rad)

0

π π 6 3

5π 6

π 2

 Etat des thyristors

Th


Uc V3

Dr.F.BOUCHAFAA

Th3



7π 6

4π 3π 3 2

 Th1 V1


5π 3

11π 6



 Th2 V2

Th3 V3 47

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage PD3 commandé  = /6 V1

Charge inductive

V3

V2

UC(t) 0

(rad) π π 6 3

5π 6

π 2

 Etat des thyristors

Th

Tension aux bornes de Uc Uc Dr.F.BOUCHAFAA



7π 6

4π 3π 3 2

Th1

V3

V1 Redressement triphasés

11π 6







Th3

5π 3

Th2 V2

Th3 V3 48

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage PD3 commandé  > /6

Charge inductive

V1

V3

V2

UC(t) 0

(rad) π 6

π 3

π 2

5π 6





7π 6

4π 3π 3 2

5π 3

11π 6







Etat des thyristors

Th

Th3

Th1

Th2

Th3


Uc

V3

V1

V2

V3

Dr.F.BOUCHAFAA


49

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage PD3 commandé  > /2

Charge inductive

V1

UC(t)

0

(rad) π 6

π 2

π 3

5π 6





7π 6



Etat des thyristors

Th

Th3

Th1


Uc

V3

V1

Dr.F.BOUCHAFAA

V3

V2


4π 3π 3 2

5π 3

11π 6



 Th2

V2

V2 50


Charge inductive Montage PD3 commandé  = /6 V1

V3

V2

UC(t) 0

(rad) π π 6 3

π 2

5π 6



7π 6

4π 3π 3 2

5π 3

11π 6



α ≤ π/6, la valeur moyenne de la tension redressée est positive, il en est donc de même 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, le système fonctionne en redresseur. Dr.F.BOUCHAFAA


51


Charge inductive

Montage PD3 commandé  > /6

(rad)

UC(t)

α > π/2, la valeur moyenne de la tension redressée est négative, il en est donc de même 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, le système fonctionne en onduleur ou redresseur inversé. Le réseau continu néanmoins à imposer la fréquence et à fournir de la puissance réactive, d'où la précision parfois ajoutée dans la dénomination d'onduleur non-autonome. Dr.F.BOUCHAFAA


52


Charge inductive Tension moyenne Uc(t):  Uc  

U cmoy 

1 T

 U C (t)dt  T

3 2π

 2   2 3

V   6

max

. sin  .dθ



3 3 Ucmoy  Vmax.cos() 2π

Courant moyenne ic(t): Icmoy 

Ucmoy R



3 3 Vmax . cos( ) 2π.R

Courant qui traverse une diode I D1moy

1  T

Dr.F.BOUCHAFAA

T

 i D1 t  dt  0

1 2

7π 6

 ic dθ π 2


I D1moy 

I cmoy 3 53


Caractéristique de réglage

UC 

3 3 .V max cos(  ) 2

Ucmoy[V]

3 3 Vmax 2π

α(rad) π 2

P

P Redresseur

Dr.F.BOUCHAFAA



Onduleur


54


3 3.Vmax UC  cos( ) 

2 cas : α < 90° alors Uc>0 Réseau (GENERATEUR)

P

Ic

REDRESSEUR

P Uc

α > 90° alors Uc<0 Réseau (RECEPTEUR)

Dr.F.BOUCHAFAA

P

Charge (RECEPTEUR)

Ic ONDULEUR

P Uc


Charge (GENERATEUR)

55


Redressement commandé Double alternance

Dr.F.BOUCHAFAA


56

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 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

Dr.F.BOUCHAFAA

Source Th1

Th2

ic Th3

R

i

R

Uc

S

V1

T

Th4

V2

Th5

Th6

V3 N

Les trois thyristors Th1, Th2, Th3 forment un commutateur plus positif, qui laisse passer à tout instant la plus positive des tensions, et les diodes Th4, Th5, Th6 forment un commutateur plus négatif, qui laisse passer la plus négative des tensions. La tension redressée est à tout instant la différence entre ces deux tensions, UC = VK - VA soit :

K


L

A

C.S

Charge

57

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene A

tout

instant,

deux

thyristors

ic

qui Th1

conduisent au même temps. L’une pour la

V1

A cet effet, le principe de fonctionnement du

Uc Th4

V33

période T est comme suit:

N

π 2

T T

V2

pont de greatz triphasé à thyristors dans

0

R

S

négative avec VA.

π 6

Th3

i

R

plus positive avec VK et l’autre pour la plus

Th2

5π 6

3π 2

7π 6

k

11π 6

Th5

Th6

L

 (rad)

A

UC = VK - VA

Th1 Th2 Th3 Th4 Th5 Th6

Th Th34 Th35

Uc

U31

U32

Dr.F.BOUCHAFAA

Th15 U12

Th16 U13

Th26 U23

Th24 Th34 U31 U21


58


Uc[V] U32

Charge inductive

U12

UC = VK - VA

U23

U13 V1

U32

U31

U21 V2

V3

UC(t) Tension simple 0

VK(t)

π 3

π 6

VA(t)

2π 3

π 2







5π 6



7π 6

4π 3



3π 2

5π 3



11π  6

(rad)



Tension composée Etat des thyristors

Th Th34 Th35

Tension aux bornes de Uc Uc Dr.F.BOUCHAFAA

U31

U32

Th15 U12

Th16 U13


Th26 U23

Th24 Th34 U31 U21 59


Charge inductive Tension moyenne Uc(t):

 Uc  

U cmoy 

1 T

 U C (t)dt  T

6 2π

  2

V  

1

6

- V 2 ).d θ



3 3 Ucmoy  Vmax.cos() π

Courant moyenne ic(t): Icmoy 

Dr.F.BOUCHAFAA

Ucmoy R



3 3 Vmax . cos( ) π.R


60


Redressement commandé Mixte

Dr.F.BOUCHAFAA


61

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le pont mixte symétrique :

ic Th1

Th2

Th3

R

i

R

Uc

S

V1

k

T

V2 V3

D4

D5

D6

L

A

N Dr.F.BOUCHAFAA


62


Uc[V]

pour α = π/2.

U32

U12

Charge inductive

U23

U13 V1

U32

U31

U21 V2

V3

7π 6

11π  6

UC(t) Tension simple

VK(t)

0

π 6

2π 3

π 2

π 3

5π 6



4π 3

3π 2

5π 3

(rad)

UC = VK - VA 

VA(t)





Tension composée Etat des thyristors Tension aux bornes de Uc Dr.F.BOUCHAFAA

Th3-D5 U32

Th2-D4

Th1-D6 0

U13


0

U21

0 63


Charge inductive Tension moyenne Uc(t):  Uc  

U cmoy 

1 6 U (t)dt  C T T 2π

7 6

V  

1

6

 Uc  

3Vmax 2π

 V3 .dθ



7 6

  4   . sin  sin   .dθ   3      6

3 3 Ucmoy  Vmax.1 cos() 2π Courant moyenne Ic(t):

Dr.F.BOUCHAFAA

Icmoy 

Ucmoy R



3 3 Vmax . cos( ) 2π.R


64


CONVERTISSEURS AC/AC GRADATEUR Dr.F.BOUCHAFAA

Convertisseurs AC/AC

3


PLAN DE TRAVAIL 1 2 3

Introduction Gradateur monophasé charge résistive Gradateur monophasé charge inductive

4

Gradateur triphasé

5

Conclusion

Dr.F.BOUCHAFAA


4


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

On utilise un gradateur chaque fois que l’on a besoin de l’alternative variable alors que l'énergie électrique est disponible en alternatif fixe. Les gradateurs 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

Dr.F.BOUCHAFAA


5


Gradateur monophasé Th1 Th2

Ve

Vs

Commande Un montage gradateur permet d’obtenir une tension alternative variable de fréquence constante ou variable, à partir d’une source alternative. Dr.F.BOUCHAFAA


6

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC):

I Source alternative

t

Gradateur

I t


Action sur la valeur efficace

I t

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

Dr.F.BOUCHAFAA


7


Rappels



Dr.F.BOUCHAFAA



ω = 2.π.f = 314 rd/s

8


Gradateur monophasé

Dr.F.BOUCHAFAA


9

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Réglage de α

Introduction

Va V V Synchrone

Commande Numérique K2 G2

Partie commande

K2

V1

Tr

G2

G1 G1

K1 K1

Th1

Partie puissance i1

RAZ

ic i2 Th2 Ve VTh

Uc

R

Un gradateur est un interrupteur statique caractériser par un fonctionnement avec un phénomène de commutation naturelle. Dr.F.BOUCHAFAA


10

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Th1 Introduction

Source

L’élément de base est formé de deux thyristors montés en têtes bêches (ou en anti-parallèle) et placés entre la source et le récepteur. La source de la tension Ve est supposée parfaite; elle fournit une tension sinusoïdale.

Charge VTh

ic

i Ve(t)

Th2 Va

Commande

Uc

C.S Montage d’un gradateur monophasé alimentant une charge résistive.

Etude du fonctionnement Quand on envoie une impulsion sur la gachête d’un des deux thyristors, celui-ci conduit si la tension appliqué entre son anode et sa cathode est positive puis il se bloque lorsque le courant qui le traverse s’annule. Le fonctionnement du gradateur monophasé doit être envisagé suivant la nature de la charge Dr.F.BOUCHAFAA


11

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Étude du fonctionnement

0

Va

Vmax

Ve() Vmax


Va()

Th1 (rad)

Ve

0



π 2

3π 2



a



3π 2

ic

i

(rad) π 2

VTh



Ve(t)

Th2 Va

Vb() Vb

Vmax

Commande

Uc

R

(rad)

0

π 2



3π 2



b Dés que la tension d’entrée Ve est positive et un amorçage de thyristor en agissant sur sa gâchette (iG≠0) à l’instant , ce dernier devient passant jusqu'à ce que le courant qui le traverse s'annule. Pour le thyristor Th1, il est commandable de [0,π] Pour le thyristor Th2, il est commandable de [π,2 π] Dr.F.BOUCHAFAA


12


Étude du fonctionnement Ve

Vmax

Th1 

0

(rad)

 3π



π 2

2

a



VTh

ic

i Vmax

UC(t) iC(t)

Imax

Ve(t)

Th2 Va

(rad)





π 2



3π 2

Th Uc

0

ic

0

VTh Ve

Th1 Ve

b 0

Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge

0

Ve/R

0

Ve

0

Dr.F.BOUCHAFAA

Etat des thyristors


Th2 Ve

Ve/R

R



VTh(t)

max

Commande

Uc

UTh=Ve-UC

Tension aux bornes de thyristor Convertisseurs AC/AC

13

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension Uc(t) :

Vmax

 0 pour 0,  ,     Uc()    Vmaxsinθ pour ,    , 2 

UC(t) (rad)



π 2



 3π



2

Le courant ic(t) : Imax

 0 pour 0,  ,    ic()    Imax sinθ pour ,   , 2

iC(t) (rad)



π 2



 3π



2

V(α)

La tension VTh(t) :

  VTh()   

V

sinθ

max

(rad)

pour 0,  , 



π 2

 3π





2

0

Dr.F.BOUCHAFAA

pour ,   , 2

-V(α)




(rad)

 14


Débit sur une charge résistive R La tension efficace de Uc : 2π

T

2 U ceff

π

1 1 1 2 2 2 2 2   U c ( )dθ  V max.sin  .dθ  V max.sin  .dθ T0 2 0 π α

Uceff  Veff

 sin 2 (1   )  2

La valeur efficace de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle de retard à l’amorçage . Le courant efficace ic(t) :

IC eff

Veff  R

 sin 2 (1   )  2



15

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Caracteristique de réglage

Uceff  Veff Uceff(α)

 sin 2 (1   )  2

α(rad) 0

Dr.F.BOUCHAFAA

π 2




16

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2

UC V P  eff  eff R R  P   Pmax  0    

2

(1 

 sin 2  )  2

P(α)

   Veff 2  sin 2    (1   )  0  .  R   2    

cos(2 )  1  0    0  2k Veff Pmax  P   0  2k   R

Dr.F.BOUCHAFAA

2

α(rad) 0


π 2



17


Th1 Source

Charge VTh

ic

i

R Ve(t)

Th2 Va

Uc

Commande C.S

L

Montage d’un gradateur monophasé alimentant une charge inductive

Dr.F.BOUCHAFAA


18


Th Le thyristor Th conduit dés que la tension Ve est positive et un amorçage au niveau de sa gâchette (iG≠0). Pour le courant ic(t), on assiste à un régime transitoire régit par l’équation différentielle suivante:

di t  L c  Ri dt

c

t  

i

ic

VTh

R

Ve(t)

Uc L

V max sin ω t


L di

cH

dt


L R


 Ri cH  0

i cH (t)  K.

e



t τ

Constante du temps électrique Convertisseurs AC/AC

19


L

di

cp

dt

 Ri cp  V e


Icp .R  j.L    Ve

j.L  .Icp  R.I cp  Ve I cp 


Ainsi:

i cp (t) 

Ve   I cp .  Z  2 :  Z  R 2  L ω   1  L ω     tg     R 



i c (t)  i cH (t)  i cp (t)  K. e

Dr.F.BOUCHAFAA



t τ





20

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene i c (t)  i cH (t)  i cp (t)  K.

Le courant générale est: Condition initiale

K. e

à:     ic( )  0



 τ. 

e



t τ




V max  sin(    )  0 Z

R V max K   sin(    ). e L  Z

D’où :

l’expression générale iC(t) est: i c (t) 

V

max

Z

  sin(  t   ) - sin(    ). 

e

 R ( t  ) L

  

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

Dr.F.BOUCHAFAA


21

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) - Un déphasage (φ) entre la tension et le courant Ainsi:

Deux grandeurs à gérer : AAφ φ avec avecφφ>>π,π, ic ic=0 =0

-Angle d’amorçage (α) - Le déphasage (φ)

iG1 (rad)

iG2

 π φ

 (rad)

φ

+

α <φ

α =φ

iG2 (rad)


+


α >φ

22

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ■ Cas où = 

ic(t)  Ve()

V max sin(  t   )  Z

Ve

Vmax

(rad)

0



Vmax

π Ve 2





3π 2



(rad) 0

φ

Dr.F.BOUCHAFAA

π 2



φ

3π 2




23

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ■ Cas où (<<)

φ  φ

 UC()

Th

Dr.F.BOUCHAFAA

Th2

0

Th1

0


Th2

24

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ■ Cas où (<): Lorsque l’angle  est inférieur à , le fonctionnement dépend de la nature des signaux appliqués aux gâchettes. -brèves impulsions (Impulsion de courte durée).



φ

 φ -Train impulsions (Commande par impulsion large)

 φ Dr.F.BOUCHAFAA

 Convertisseurs AC/AC

φ 25

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ■ Cas où (<):

Dans ce cas, on, constate que le thyristor Th1 sera en conduction lors de l’arrivée de l’impulsion sur le deuxième thyristor, cependant ce dernier ne peut pas conduire. Ainsi, seul un thyristor conduit et ce montage fonctionne en un redresseur simple alternance.



φ

 φ UC()


Th

0

Dr.F.BOUCHAFAA

Th1

0 Convertisseurs AC/AC

26

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ■ Cas où (<):

-Train impulsions (Commande par impulsion large) Dans ce cas, on doit utiliser un train d’impulsions afin d’assurer la conduction de deuxième thyristor lors de l’arrêt de conduction (extinction) de premier thyristor.

 φ



φ

UC()

Th

Th2

Dr.F.BOUCHAFAA

Th1

Th2 Convertisseurs AC/AC

27


Gradateur triphasé

Dr.F.BOUCHAFAA


28

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les tensions d'entrée utilisées pour illustrer ce chapitre constituent un système triphasé équilibré.

 V t   V sin ωt max  1  2π    V2 t   Vmax sin  ωt  3     2π     V t  V sin ωt     3 max 3   

Dr.F.BOUCHAFAA

0

π 6

π 3

V1

V2

2 3π

2 3π

π 2

π 2 2 3π


5π  6

7π 6

V3

(rad) 4π 3

3π 2

5π 3

11π 6



2 3π

29

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Il existe deux montage de gradateur triphasé :

Le montage etoile

Le montage triangle Th1

J1 V

i1

U12 U31

Th5 UC3

i1

R V V1

Th2 UC1

V UC2

i2 S V V2

Th4

Dr.F.BOUCHAFAA

Uc1

R Th4

V

Uc2

Th5 T i3 V3

i3

V

R Th2

J3

SV

VTh

Th3

Th3

i2

T

VTh1

J2

Th6

U23

Th1

R Th6

Uc3

N

T


30


LES CONVERTISSEURS CONTINU-CONTINU Dr.F.BOUCHAFAA

Convertisseurs DC/DC

3



Hacheur série Hacheur parallèle Hacheur réversible en courant Hacheur réversible en courant et en tension Application à l’alimentation de moteurs DC Note sur les alimentations à découpage

Dr.F.BOUCHAFAA


4


Hacheurs

Th

Ve

Vs

Commande Un montage Hacheur permet d’obtenir une tension continue réglable à partir d’une source continue fixe. Dr.F.BOUCHAFAA


5


I

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

t Source continue

I

Action sur la valeur moyenne

t Récepteur continu

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

Dr.F.BOUCHAFAA


6

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • Un hacheur permet de régler le transfert d’énergie d’une source continue vers la charge avec un rendement élevé. Selon la structure, il peut être abaisseur ou élévateur de tension et, dans certaines conditions, renvoyer de l’énergie à l’alimentation. Il est utilisé dans les alimentations et pour le pilotage des moteurs. • Pour simplifier, on considère les composants parfaits; et en particulier l’interrupteur électronique unidirectionnel en courant commandable à l’ouverture et à la fermeture. •Celui-ci peut être réalisé avec un transistor bipolaire, un MOSFET, un thyristor, un GTO, etc.

•Symbole d’un Interrupteur électronique unidirectionnel

Dr.F.BOUCHAFAA


7


HACHEUR SERIE

Dr.F.BOUCHAFAA


8


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur

Principe Un hacheur série permet de régler le transfert d’énergie d’une source de tension continue (ou alimentation capacitive) vers une source de courant continu (ou charge inductive) en liaison directe, c’est-à-dire sans élément intermédiaire d’accumulation. • L’interrupteur électronique H, placé en série avec la source de tension, est périodiquement fermé pendant une durée tf (αT) et ouvert pendant le reste de la période T, A

RESEAU CONTINU

iE UE

ON

OFF

H

ic Uc

CHARGE

B Il est appelé aussi abaisseur de tension, dévolteur, Buck converter. Ce hacheur commande le débit d’un générateur de tension UE, dans un récepteur de courant. Dr.F.BOUCHAFAA


9



H

On envisage une structure comportant une source continue et un hacheur pour atteindre une charge résistive. On distingue alors les trois blocs précédemment définis: une source, un commutateur et la charge.

iE

ON

UE

VH

C.S

Source

H H

tf

H

OFF

VH

ic Uc

R

Charge

Etat 1 : H fermé

ON

ON

OFF

H Etat 0 : H ouvert

H=1

to H=0

0 tf: temps de fermeture T to: temps d’ouverture

OFF

Dr.F.BOUCHAFAA


10


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur État de H

Rapport cyclique :

1

La commande de l’interrupteur H est périodique de période T.

temps

0

Ton=tf: temps de fermeture

0

Toff=to: temps d’ouverture

H

tf H=1

ton

to

T

H=0

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

α, compris entre 0 et 1.



Deux possibilités :

ton T

 faire varier ton avec T constant  faire varier T à ton constant. Dr.F.BOUCHAFAA


11

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Étude du fonctionnement


H

Débit sur une charge résistive R UE

iE

E

UE(t) UC(t) E

iC(t) UH(t)

E/R

(rad)

0

Uc ic UH

ic Uc

R

(rad)

0

H

VH

a

αT to

H=1

H=0

E E/R 0

0 0 E

Dr.F.BOUCHAFAA


2αT 2T

T

tf

b

H=1 E E/R 0

H=0 0 0 E Convertisseurs DC/DC

12



Uc

La tension Uc(t) :

E  Pour Uc(t)   0  Pour


E

  0, αT    αT , T 

(rad)

0 Le courant ic(t) :

E/R

0

La tension VH(t) :

2αT 2T

(rad)

αT

T

2αT 2T

VH

  0, αT    αT , T 

E

(rad)

0 Dr.F.BOUCHAFAA

T

ic

 E  Pour   0, αT  ic(t)   R  0  Pour   αT , T 

 0  Pour U H (t)   E  Pour

αT


αT

T

2αT 2T 13


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Débit sur une charge résistive R La tension moyenne de Uc :

U

cmoy

1  T

T

 0

1 U c t  dt  T

T

 E dθ



U cmoy   .E

0

La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur du rapport cyclique . Le courant moyen de ic :

Ic 

Uc E = α. R R

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


14


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent inductive (R-L). Débit sur une charge inductive (R-L)

H

K

iE ON


OFF

VH

iDr D r

ic

R

Uc

UE(t)

L Source

C.S

Charge

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


15


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Durant la durée du fermeture, le hacheur H est passant et la diode Dr est bloquée. H

iE

ON

OFF

ic

Durant la durée d’ouverture, le hacheur H se bloque et la diode Dr prend le relais de la conduction du courant ic dans la charge.

R

VH UE(t)


iDr D r

ic

R

Uc

Uc L

L

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


16



Débit sur une charge inductive (R-L) H

Etude du fonctionnement On ferme H

di c t  dic L  Ri c t   E Uc  Ric  L  UE  E dt dt

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

On ouvre H

Uc  Ric  L

 Ke

dic  UE  0 dt

L

di

 t

c

τ



t  

dt

i cH (t)  K. Dr.F.BOUCHAFAA

e

ON

OFF

ic

Ri

t τ


R

VH Uc

UE(t)

E R

L c

t  

0

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

iE

iDr D r

ic

R

Uc L 17




Etude du fonctionnement UE

H

iE

E

Imax

Uc

UE(t)

L

(rad)

tf

2αT 2T

αT to T

H=1

E iE

iDr D r

H=1

0 iDr

Dr.F.BOUCHAFAA

E iEr

ic

R

Uc

Dr=1

Dr=1

Dr Uc ic

R

iC(t)

Imin

H

ic

UC(t)

E

0

OFF

VH

(rad)

0

ON

0

L

iDr Convertisseurs DC/DC

18




Linéarisation du courant ic Lorsque x est grand on approxime e-x par une droite et par conséquent la fonction ic(t) dans chaque phase tend à devenir affine (rectiligne). De cette constatation, on va faire une approximation à chaque phase de fonctionnement de remplacer le terme R.ic par le terme R.Ic Il est à remarquer que

R .Ic  Uc  α.E

H fermé :

dic dic dic E = R. i C  L  R. Ic + L  αE  L dt dt dt

H ouvert:

0 = R. i C  L

Dr.F.BOUCHAFAA

dic dic dic  R. Ic + L  αE  L dt dt dt


19




Linéarisation du courant ic H fermé :

E = R. i C  L L

dic dic dic  R. Ic + L  αE  L dt dt dt

dic dic (1  α)  E(1 - α)  E  cte dt dt L

à t = 0, ic = Imin

ic(t)  E

à t=.T, ic = Imax

Imax  E

Dr.F.BOUCHAFAA

ic(t)  E

(1  α) t K L

(1  α) t  Imin L

(1 α) α.T  Imin L


20




Linéarisation du courant ic

H ouvert:

dic  R. Ic + L dt dic dic L  - α.E  dt dt

0 = R. i C  L

à t=αT ic=Imax à t=T ic=Imin

Dr.F.BOUCHAFAA

dic dic  αE  L dt dt α α E ic(t)  E tK L L

α (t - αT)  I max L (1 α) Imin  E α.T Imax L

ic(t)  - E


(Translation du repère)

21


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Conduction continue.

Débit sur une charge inductive (R-L) E

UE

Imax

E

Imin

UC(t)

0

UH(t) (rad)

0

tf

αT 2T

αT to T

H=1

E 0

H=1

0 E

Dr.F.BOUCHAFAA

(rad)

αT

0

αT 2T

T

Imax

iDr(t)

Imin (rad)

0

Dr=1

Dr=1

Dr Uc UH

iH(t)

Imin

E

H

(rad)

0

Imax

(rad)

0

iC(t)

E 0

0 E

H,Dr

H=1

ic iH iDr

iH iC


0

Dr=1 iDr 0 iC

H=1 iH iC 0

Dr=1 iDr 0 iC 22


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Conduction discontinue.

E Imax

UE E

UC(t)

0

UH(t) (rad)

H

tf

E 0

H=1

0 0 E E

Dr.F.BOUCHAFAA

(rad)

αT

0

αT 2T

T

Imax

iDr(t) (rad)

0

Dr Uc UH

iH(t)

αT 2T

αT to T

H=1

(rad)

Imax

0

E

iC(t)

0

(rad)

0


E 0

0 0 E E

H,Dr

H=1

ic iH iDr

iH iC 0


H=1 iDr 0 0 0 iC 0

iH iC 0

iDr 0 0 0 iC 0 23


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Le courant moyen de ic :

I Cmoy 


I Cmax  I Cmin 2

IDrmoy  (1   )ICmoy

Le courant moyen de iDr et iH :

IHmoy  ICmoy

Ondulation du courant Le courant ic varie entre Imin et Imax, l’ondulation ic est la différence (Imax –Imin) Ondulation maximale :

d (  Ic ) 0 d

 

 Ic

1 2

α(1  α)E.T L

 Ic max 

E.T E  4L 4L.f

Pour diminuer ∆Ic, il faut : réduire T (et augmenter les pertes par commutation) augmenter L (introduire une inductance de lissage)

Dr.F.BOUCHAFAA


24


1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Analogie avec le transfo

Commande Transfo de rapport de transformation m Hacheur de rapport cyclique α Uc U2 α m E U1

tension courants

I2 1  I1 m

puissances

P1=P2

IC 1  IE α

P1=P2

Le hacheur peut être considéré comme un transfo à courant continu Dr.F.BOUCHAFAA


25


HACHEUR PARALELLE

Dr.F.BOUCHAFAA


26


Comment obtenir une tension supérieure à celle de la source ? •

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

•

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

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

Deuxième étape



- Hacher le courant de source:

- entre 0 et .T, envoyer le courant vers le récepteur - entre .T et T, court-circuiter la source Dr.F.BOUCHAFAA


L E

IC

IE L E

Uc

R

27


Troisième étape

•

Choisir les interrupteurs

– T1 ne peut être une diode (il ne pourrait jamais s’ouvrir) – T2 doit se fermer quand T1 s’ouvre – T2 doit s ’ouvrir quand T1 se ferme T1 Un interrupteur commandable à l’ouverture et à la fermeture T2 une diode

T2

IE E

Dr.F.BOUCHAFAA

L T1


Uc

IC

R

28


2- Hacheur Parallèle: hacheur survolteur

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

RESEAU CONTINU

iE

iH

L

H

D

ic

ON

UE

OFF

CHARGE

Uc

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

Dr.F.BOUCHAFAA


29


2- Hacheur Parallèle: hacheur survolteur

Principe Dans un premier temps tf, on ferme le hacheur H, on stocke directement l’énergie électromagnétique dans l’inductance L (Uc=0). Dans un second temps, on ouvre le hacheur H (commutation forcée) l’inductance L se décharge à travers la diode D, donc Uc>E

IE

IC

D E

L H

Uc

R L

la charge est donc isolée de la source La charge reçoit de l’énergie de la source et de l’inductance L. IH= IE

ID= IC

on distingue deux modes de fonctionnement selon que le courant dans l’inductance L est interrompu ou non. Dr.F.BOUCHAFAA


30


2- Hacheur Parallèle: hacheur survolteur t  0,  T  IE

H 1

E  L iH

L

H

ON

E

OFF

t    T, T 

à t = 0, iE = Imin à t=.T, iE = Imax

di E E  i E (t)  t  i E (0) dt L E t  I min L E   T  I min L

i E (t)  I max

H  0 E -UC di E  U C  i E (t)  t  i E ( T) dt L di E  L E  U C  ( U C - E)dt   Ldi E dt ( U C - E)(T -  T)   L(I min - I max )

E  L

IE E

L VL

Dr.F.BOUCHAFAA

D

IC

Uc

R L


31


2- Hacheur Parallèle: hacheur survolteur On détermine facilement la relation liant la tension aux bornes de la charge UC et la tension d’entrée E

I max 

E  T  I min L

I max  I min 

( U C - E)(T -  T)   L(I (U

C

- E)(T - αT)  L

min

E T L

- I max )

E αT L

UC 

U C .(1 - α)  E α  E.(1 - α) P E  P C  E.I Dr.F.BOUCHAFAA

E

 U C .I C  I E 

(U

UC IC E


C

- E)(1 - α)  E α

E (1 - α) IE 

IC (1 - α) 32


HACHEUR REVERSIBLE

Dr.F.BOUCHAFAA


33


Réversibilité en puissance • • •

Les hacheurs série et parallèle sont irréversibles en puissance L’un peut transmettre une puissance d’une source de tension E vers un récepteur de tension UC (UC < E) L’autre peut transmettre une puissance d’une source de tension UC vers un récepteur de tension E (UC < E) H

IE E

•

ON

OFF

VH

iD

IC

R Uc L D

IE E

iH

L ON OFF

I D C R Uc L H

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

Dr.F.BOUCHAFAA


34


Réversibilité en puissance Dévolteur

HS

IE

ON

Dévolteur

Survolteur

OFF

IC

E Ds

R Uc L

HS

IE

ON

Dp

OFF

IC

E Survolteur

ON

Ds

IE

OFF

Uc Hp

R L

Dp

IC

E ON OFF

Dr.F.BOUCHAFAA

Uc Hp

Hacheur réversible en courant

R L Convertisseurs DC/DC

35


Réversibilité en puissance

HS

IE

HS

IE

ON

ON

Dp

OFF

IC

E ON

Ds

OFF

Hp

R Uc L

Hacheur réversible en courant

Dr.F.BOUCHAFAA

Dp

OFF

E

IC

R-L Uc

Ds

ON OFF

Hp

Hacheur réversible en en tension


36


3- 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 hacheur dévolteur fonctionne

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

survolteur fonctionne Les tensions aux bornes de la source (E) et récepteur (Uc) sont toujours positives

- 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 HS

IE

Survolteur

ON

Dp

OFF

IC

E ON

Dévolteur

Dr.F.BOUCHAFAA

Ds

OFF

Hp


R Uc L 37


3- Hacheur réversible en courant Dévolteur

Survolteur

Ds HS

IE

Dp

OFF

IC

IE

ON

HS ON

IC

E ON

Ds Dévolteur

IE

OFF

Hp

R Uc L

E

R L

Uc

OFF

Dévolteur ON OFF

Survolteur

Dp

Hp

Survolteur

IE

Ts Dp

Ts

E

IC

E Ds Dr.F.BOUCHAFAA

Tp

Dp

R Uc L Convertisseurs DC/DC

IC Tp

Ds

Uc

R L 38


3-Hacheur réversible en courant On commande alternativement H1 et H2 pour obtenir un changement de signe de la valeur moyenne du courant ic, alors que le signe de Uc reste le même. Commande complémentaire: Uc

= E ,

 Ic

T

E

IE Ts

temps O

E

IC

αT

DS Tp

TS Dp

DS Tp

Dr.F.BOUCHAFAA

TS

DS

TS

Dp

Tp

Dp

DS Tp

ou


Dp

Tp

R Uc L Ds

39


4- Hacheur réversible en tension Ce montage nécessite l’inversion de la polarité de la fcem E’, Pour passer au fonctionnement dévolteur à un fonctionnement survolteur ,si la charge est un induit d’une machine à courant continu on inversera la polarité de l’inducteur.

HS

IE

ON

Dp

OFF

E

IC

R-L Uc

Ds

ON OFF

Hp

Hacheur réversible en tension Dr.F.BOUCHAFAA


40


Hacheur réversible dn courant et en tension • •

Idée : deux hacheurs réversibles en courant Valeur de la tension aux bornes de la charge = α1.E - α2.E



IE

Ts

 Ts

Dp

E

Dp

IC Ds

Tp

R-L Uc Ds

Tp

Hacheur réversible en courant et en tension

Dr.F.BOUCHAFAA


41


Hacheur réversible dn courant et en tension •

Si 1 =(1 - 2 )=  = (2. - 1).E

•

Valeur de la tension aux bornes du moteur

= (2. - 1).E

T

Uc E

temps

-E 

D2 D3 T2 T3

Dr.F.BOUCHAFAA

T1 T4 D1 D4

D2 D3 T2 T3

T1 T4 D1 D4

D2 D3 T2 T3

T1 T4 D1 D4


D2 D3 T2 T3

IC > 0 IC < 0

42


Application à l’alimentation de moteurs DC •

Alimentation par un convertisseur non réversible  fonctionnement 1 quadrant

UR,  Frein

Dr.F.BOUCHAFAA

Fonctionnement dans un seul sens (pas de marche arrière possible).



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

Moteur IR , C

Moteur



Frein


43


Alimentation par un hacheur réversible en courant •

Fonctionnement 2 quadrants 

Fonctionnement dans un seul sens (pas de marche arrière possible).



Freinage possible (si le générateur est réversible en courant!)



Pas de problème lié à une conduction discontinue

UR,  Frein

Moteur IR , C

Moteur

Dr.F.BOUCHAFAA

Frein


44


Alimentation par un hacheur réversible en courant et en tension •

Fonctionnement 4 quadrants 

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



Freinage possible (si le générateur est réversible en courant!)



Pas de problème lié à une conduction discontinue

UR,  Frein

Moteur I R, C

Moteur

Dr.F.BOUCHAFAA

Frein


45



LES ONDULEURS

Dr.F.BOUCHAFAA

Etude des onduleurs de tension

1


PLAN DE TRAVAIL 1 2 3 4 5

Applications des convertisseurs statiques Convertisseurs DC/AC Onduleurs Monophasés Stratégies de commande Onduleurs triphasés

Dr.F.BOUCHAFAA


2


I

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

t Source continue

I t

Onduleur


I t

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

Dr.F.BOUCHAFAA


3


CONVERTISSEURS DC/AC Onduleur autonome: Ph +

Vs

Uc

-

N

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

Dr.F.BOUCHAFAA


4


CONVERTISSEURS DC/AC 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.

Dr.F.BOUCHAFAA


5


CONVERTISSEURS DC/AC  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.

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6


CONVERTISSEURS DC/AC

POWER ONE SMA

Source: www.power-one.com

Source: www.sma-america.com

XANTREX

Source: www.xantrex.com

KACO

Source: www.kacosolar.com

FRONIUS Source: www.fronius.com Dr.F.BOUCHAFAA

PV POWERED Source: www.pvpowered.com


SOLECTRIA Source: www.solren.com 7


Exemple des specifications d’un onduleur Xantrex GT3

Maximum AC Power Output

3000 Watts

AC Output Voltage (Nominal)

240 VAC

AC Output frequency (Nominal)

60 Hz

DC Input Voltage Range

195-600 VDC

CEC Efficiency

94%

Source: www.xantrex.com/

Dr.F.BOUCHAFAA


8


CONVERTISSEURS DC/AC 

Convertit le courant continu en courant alternatif usuel en phase avec 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

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9


Onduleur Monophasé

Uc(V), ic(A)

- Charge résistive:

E E/R

H1 E E 1 T

E E

R Uc H2

Onduleur à deux interrupteurs électroniques:

ic

t (ms)

0 T 2

T

3

T 2

- E/R -E H1 fermé

H2 fermé

H1 fermé

H2 fermé

Figure 2. Chronogrammes de la tension et du courant pour une charge R. La valeur moyenne de Uc est =0V de même pour le courant La valeur efficace de Uc est Uc = E. et pour le courant est Ic  RE Dr.F.BOUCHAFAA


10

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Onduleur à deux interrupteurs électroniques:

- Charge résistive et inductive: D1

E

H1 R-L

E

ic

Uc H2

D2 Dr.F.BOUCHAFAA


11

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Temps

Courant ic

Tension Uc

Interrupteurs Commandés

0 < t < t1

ic < 0

Uc > 0, Uc =E

H1 : fermé

D1 Passante

ic > 0

Uc > 0, Uc =E

H1 : fermé

H1 Passant

ic < 0

Uc < 0, Uc =-E

H2 : fermé

D2 Passante

ic > 0

Uc < 0, Uc =-E

H2 : fermé

H2 Passant

T t1< t < 2 T 2 < t < t2 t2 < t < T

E E

D1

D1

D1

H1 R-L

H1 R-L

H1 R-L

Uc H2 D2 Dr.F.BOUCHAFAA

ic

E E

Uc H2 D2

E ic E

Uc H2 D2


Eléments Passants

D1 E ic E

H1 R-L

ic

Uc H2 D2 12


Uc(V), ic(A) E t (ms)

0 t1

T 2

t2

t1+T 3 T

T

2

-E H1 fermé D1 Éléments Conducteurs

H1

H2 fermé D2

H2

H1 fermé D1

H1

H2 fermé D2

H2

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

Dr.F.BOUCHAFAA


13

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Onduleur à quatre interrupteurs électroniques:

- Structure

i H1

D1

H2

D2

Uc E

ic D4

H4

D3

H3

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

Dr.F.BOUCHAFAA


14

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Stratégie de commande - Commande symétrique (Commande adjacente): La commande du pont est symétrique H1 et H3 sont fermés simultanément pendant la moitié de la période. Le reste de la période voit la fermeture des interrupteurs H2 et H4. Lorsque H1 et H3 sont fermés, les deux autres interrupteurs sont nécessairement ouverts. Temps

Courant ic

Tension Uc


Eléments Passants

0 < t < t1

ic < 0

Uc > 0, Uc =E

H1 et H3 fermés

D1 et D3 Passantes

T 2

ic > 0

Uc > 0, Uc =E

H1 et H3 fermés

H1 et H3 Passants

T 2 < t < t2

ic > 0

Uc < 0, Uc =-E

H2 et H4 fermés

D2 et D4 Passantes

t2 < t
ic < 0

Uc < 0, Uc =-E

H2 et H4 fermés

H2 et H4 Passants

t1< t <

Dr.F.BOUCHAFAA


15

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande symétrique:

0 < t < t1 i

D 1

H 1

U c

E D 4

H 4

H 2

i

D 2

t1< t < D 1

H 1

U c

E

ic D 3

H 3

D 4

H 4

T 2 < t < t2 i

D 1

H 1 D 4

Dr.F.BOUCHAFAA

H 4

H 2

D 2

ic D 3

H 3

t2 < t
U c

E

T 2

H 2 ic D 3

i

D 2

D 1

H 1

U c

E H 3

D 4


H 4

H 2 ic D 3

D 2 H 3 16

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande symétrique:


0 t1

T 2

t2

t1+T 3 T

T

2

-E H1 fermé Éléments D1 Conducteurs

H1

H2 fermé D2

H2

H1 fermé D1

H1

H2 fermé D2

H2

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


17

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Stratégie de commande

- Commande Asymétrique (Commande décalée): 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.

Dr.F.BOUCHAFAA


18

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande décalée:

Courant ic

Tension Uc


Eléments Passants

0  t  ta

ic < 0

Uc > 0, Uc =E

H1 et H3 fermés

D1 et D3 Passantes

ta  t  t1

ic > 0

Uc > 0, Uc =E

H1 et H3 fermés

H1 et H3 Passants

T 2

ic > 0

Uc =0, Uc =0

H3 et H4 fermés

H3 et D4 Passants

T  t  tb 2

ic > 0

Uc < 0, Uc =-E

H2 et H4 fermés

D2 et D4 Passantes

tb  t  t2

ic < 0

Uc < 0, Uc =-E

H2 et H4 fermés

H2 et H4 Passants

t2  t  T

ic < 0

Uc =0, Uc =0

H1 et H2 fermés

H2 et D1 Passants

Temps

t1  t 

Dr.F.BOUCHAFAA


19


i

i D1

H1

ta  t  t1

Uc

E

H2

D2

D3

H4

D2

t1  t 

D4

D3

H4

T 2

H3

i

D1

H1

Uc

E

H2

D2

Uc

E

D3

H4

D1

H1

ic D4

H3

i

H2

D2

tb  t t2

ic D4

D3

H4

H3

i D1

H1

t2  t  T

H2

ic

H3

i

T  t  tb 2

Uc

E

ic D4

D1

H1

Uc

E

H2

D2

Dr.F.BOUCHAFAA

H4

D3

Uc

E

ic D4

D1

H1

H3

H2

D2

0  t  ta

ic D4


H4

D3

H3

20



0 ta

t1

T 2

tb

t2

ta+T t1+T T 3

T

2

-E H1 H3 D1 Eléments Conducteurs D3

H1 H3

H4 H2

H1 H3

D4

H4 D2

D1

H2

H4 H2 D4

H1 D3

H3

D2

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


21


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

La valeur efficace de Uc est:

Dr.F.BOUCHAFAA

U c  0V Uc  E

t1 2 T


22


. Onduleur de tension triphasée: - Structure

is

A H1

D1 1

E

H'1

H2

V i1

D'1

D2

2 H'2

Charge triphasée

H3

D3

V1 N

V

i2 D'2

3

V

H'3

i3 D'3

V3

B Figure 7. Représentation d’un onduleur de tension triphasé Dr.F.BOUCHAFAA


23


. Onduleur de tension triphasée: Source

Charge

Système triphasé Phase 1 Phase 2 Phase 3

Neutre

V1

U12 V2

U23

1

Z

2

Z

3

Z

U31

V3

N

U12 = V1 - V2

Tensions V = Tensions simples, entre neutre et phase Tensions U = Tensions composées, entre phases

Dr.F.BOUCHAFAA


24


. Onduleur de tension triphasée: Chronogrammes U 2

u12

u23

u31

Système triphasé

Diagramme de Fresnel U12

V3 U31

V 2

V2 V1

0

T

t

V2 U23

opposé de u12

Relation entre les valeurs efficaces :U 

3 .V

Exemple : Distribution basse tension : V = 231 V et U = 400 V Dr.F.BOUCHAFAA


25


. Onduleur de tension triphasée: Système triphasé

Couplage étoile

Couplage triangle

1

1

Zy Zy

Zy

Zd

Zy 3 2

U12

V1 Z y

Zd

2

V2 Z y

U23

3

V3

Zd

3

U31

N Dr.F.BOUCHAFAA

Zd

1

1 2

2

Zd N

3

Zd


26


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

Tensions simples

Dr.F.BOUCHAFAA

Tensions composées


27


 U12  V1  V2  (1)  (2) U23  V2  V3  U  V  V  3 1 (3)  31

 i1  i 2  i 3  0   V1  V 2  V 3  0

U12  U31  2.V1  V2  V3  3.V1 1 V 1  .(U 3 1 .(U 3 1  .(U 3

V2 

V3

Dr.F.BOUCHAFAA

12

 U

31

)

23

 U

12

)

31


 U

23

)

28

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene H1

H'1

H'2 H3

U1

H1

H2 H'3

H'2 H3

H2 H'3

E

0



















U2 E

0 U3 E

0

Dr.F.BOUCHAFAA


29


H'1

H'2 H3

U1

H1

H2 H'3

H'2 H3

H2 H'3

E

0



















U2 E

0 u12 E 0 -E

Dr.F.BOUCHAFAA


30


H'1

H'2 H3

U1

H1

H2 H'3

H'2 H3

H2 H'3

E

U3

0

















E

0 u31 E 0



-E

Dr.F.BOUCHAFAA


31


H'1

H'2 H3

H1

H2 H'3

H'2 H3

H2 H'3

u12 E 0











-E u31 E 0



-E 2 3

v1

E 0







2  E 3

Dr.F.BOUCHAFAA


32

Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene H'1

H1 H'2 H3

H1

H2

H'2 H3

H'3

H

2

H'3

v1 2 E 3 0









2 E 3

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

Dr.F.BOUCHAFAA


33


Merci de votre attention

Dr.F.BOUCHAFAA


34

Polycopie de Cours PPT LGE604 20012 BF

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