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
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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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Les interrupteurs semi conducteurs
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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
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Energie
Système
Energie
Electrotechnique Commande, Contrôle
Information Signal
Système Electronique (Automatique, Informatique
Information Signal
Alimentation
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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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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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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
a) Faible puissance < 1W b) Puissance moyenne
c) Puissance élevée (kW) Dr.F.BOUCHAFAA
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
4500V/800A press pack and 1700V/1200A module diodes
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
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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
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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
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
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
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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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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
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Transistor
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Transistor
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. 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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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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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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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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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
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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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Redressement non commandé
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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Redressement non commandé
5
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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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Redressement non commandé
6
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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)
Redressement non commandé
ω = 2.π.f = 314 rd/s
7
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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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Redressement non commandé
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
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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
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
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
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
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
La tension moyenne de Uc :
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 cos1 E 21 2
Le courant moyen ic(t) :
I cmoy Dr.F.BOUCHAFAA
U cmoy E R
1 2V max cos θ1 2E θ1 2πR
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
15
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
D
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Redressement non commandé
16
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
V max sin( t ) Z
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
19
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Vmax
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
Redressement non commandé
21
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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 ooic 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
Redressement non commandé
22
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement non commandé
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 20 2
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
28
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Vmax
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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 ooic 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
Redressement non commandé
30
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement non commandé
32
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Vmax
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
Redressement non commandé
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
Courant traversant la charge
Dr.F.BOUCHAFAA
VD1(t)
Etat des diodes
π 2
(rad)
UC(t)
Vmax
Ve2
(rad)
(rad) 0
Ve1
Redressement non commandé
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
La tension efficace de Uc : T
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
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
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
Redressement non commandé
37
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t)
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
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
La tension efficace de Uc : T
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
Cmoy
I cmoy
2Vmax π.R
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est:
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
VDmax=-2Vmax
39
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement non commandé
40
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Tension aux bornes de la charge
ic
Ve/R
-Ve/R
Courant traversant la charge
Dr.F.BOUCHAFAA
Uc
D3 UC(t) iC(t)
Vmax Imax 0
VD1
Redressement non commandé
D2 iD4
iD2
R
Uc
D4
41
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Vmax
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc :
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
La tension efficace de Uc : T
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
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
VDmax=-Vmax 43
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L)
ic i1
Tr
VD1
i Ve(t)
V1 Source
D1
D2
R Uc
C.S D4
D3 L Charge
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
44
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc :
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
La tension efficace de Uc : T
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
Cmoy
I cmoy
2Vmax π.R
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
VDmax=-Vmax 46
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz
REDRESSEMENT COMMANDÉ MONOPHASÉS Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement commandé monophasé
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
6
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Rappels
Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation :
Ve(t) Veff. 2 .sin( ω.t ) Veff : tension efficace (V)
Dr.F.BOUCHAFAA
ω : la pulsation (rd/s)
ω = 2.π.f = 314 rd/s
Redressement commandé monophasé
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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
Redressement commandé monophasé
8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Ve()
Étude du fonctionnement
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
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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
Redressement commandé monophasé
10
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Pour α, Uc(t) V e V max sin Pour 0, ,2 Uc(t) 0
Imax
La tension moyenne de Uc :
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
2 2 sin 2 2
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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
Redressement commandé monophasé
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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
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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
La tension moyenne de Uc :
0
π 2
T 2 1 1 2 Ucmoy Uc t dt Vmax sindθ 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 ) 2R 2R
Redressement commandé monophasé
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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 22 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
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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 2R 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
Redressement commandé monophasé
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
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
Uc
Ve(t)
Étude du fonctionnement
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
Redressement commandé monophasé
18
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) iG
Étude du fonctionnement
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
Redressement commandé monophasé
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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
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 commandé monophasé
20
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant particulier
L
di
cp
dt
Ri cp V e
En régime permanent:
Icp .R j.L Ve
j.L .Icp R.I cp 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
V max sin( t ) Z
Redressement commandé monophasé
21
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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( t ) Z
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
Redressement commandé monophasé
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)
Tension aux bornes de la charge
Redressement commandé monophasé
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
Tension aux bornes de la charge
Ve
Tension aux bornes de thyristor
Redressement commandé monophasé
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 ooic 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
Redressement commandé monophasé
25
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
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
La tension efficace de Uc : T
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 cos2 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
Redressement commandé monophasé
V max cos cos 2πR 27
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Vmax Imax 0
La tension moyenne de Uc :
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
29
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 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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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
Redresseur Redresseur
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement commandé monophasé
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
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
36
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
37
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
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
Tension aux bornes de la charge
Ve1/R
0
Ve2/R
Courant traversant la charge
Dr.F.BOUCHAFAA
ic
UC(t)
(rad) 0
Th1 R Uc
(rad)
iC(t)
Imax
VTh1
Redressement commandé monophasé
Ve2 +
ie2
R Uc Th2
ic
VTh2 39
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t)
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
Redressement commandé monophasé
40
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc :
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 cos2 2 2 Uceff Uc2 tdt Vmax sin2 θ dθ max dθ T0 π 2
T
Le courant moyen et efficace de ic(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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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 : AAφ 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
+
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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
sinθ dθ
U cmoy
Vmax cos cos i cmoy πR
Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor:
i Thmoy
La tension efficace de Uc : T
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
Redressement commandé monophasé
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
sinθ 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
La tension efficace de Uc : T
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
Redressement commandé monophasé
U ceff
Vmax 2
49
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
50
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement commandé monophasé
51
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve()
Débit sur une charge résistive R
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
Tension aux bornes de la charge
Ve/R
0
-Ve/R
Courant traversant la charge
Dr.F.BOUCHAFAA
Uc
Th4
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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
La tension efficace de Uc : T
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
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
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 2R
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement non commandé
54
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Redressement commandé monophasé
55
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Deux grandeurs à gérer : -Angle d’amorçage (α)
AAφ 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)
φ Dr.F.BOUCHAFAA
+
Redressement commandé monophasé
α <φ
α =φ
α >φ 56
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit continu (ininterrompu φ=α) :
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Redressement commandé monophasé
+ 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
La tension efficace de Uc : T
U
2 ceff
1 1 U c2 t dt T0
V
2 max
2 Vmax sin dθ π 2
1 cos2 dθ 2
U ceff
Vmax 2
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
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
Redressement commandé monophasé
59
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (interrompu φ<α) :
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
+
Redressement commandé monophasé
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
sinθ dθ
U cmoy
Vmax cos cos πR
Le Courant qui traverse la charge:
i cmoy
Le Courant qui traverse un thyristor:
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
64
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve()
Débit sur une charge résistive R
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
Tension aux bornes de la charge
Ve/R
0
-Ve/R
Courant traversant la charge
Dr.F.BOUCHAFAA
Uc
(rad)
iC(t)
Imax
iC
i Ve(t)
ic
Etat des Diodes
+
Redressement commandé monophasé
Th2 iTh4
iTh2
R Uc
D1
65
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : T 2
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
Le Courant qui traverse la charge:
i cmoy
U cmoy R
Vmax 1 cos R
iceff
Uceff Vmax 2 2 sin 2 R 2 2R
Le Courant qui traverse un thyristor:
i Thmoy
i cmoy
Dr.F.BOUCHAFAA
2
V max 1 cos 2 R
i Theff
i ceff V max 2R 2
Redressement commandé monophasé
2 2 sin 2 2 66
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve()
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
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
U
2 ceff
T 2
1 2 1 2 U c2 t dt U c2 t dt Vmax sin 2 dθ T0 T t0
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
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
Redressement commandé monophasé
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
Redressement commandé monophasé
69
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve()
Débit sur une charge résistive R
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
Th1,Th2 D1,D2 Uc 0 iC
0
π 2
3π 2
+
(rad)
Etat des thyristors
Th1
Th2
D2 Ve
0
D1 -Ve
Tension aux bornes de la charge
Ve/R
0
-Ve/R
Courant traversant la charge
Dr.F.BOUCHAFAA
Etat des Diodes
Redressement commandé monophasé
70
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : T 2
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
Le Courant qui traverse la charge:
i cmoy
U cmoy R
Vmax 1 cos R
iceff
Uceff Vmax 2 2 sin 2 R 2 2R
Le Courant qui traverse un thyristor:
i Thmoy
i cmoy
Dr.F.BOUCHAFAA
2
V max 1 cos 2 R
i Theff
i ceff V max 2R 2
Redressement commandé monophasé
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
Th1,Th2 D1,D2 Uc 0 iC
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
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
U
2 ceff
T 2
1 2 1 2 U c2 t dt U c2 t dt Vmax sin 2 dθ T0 T t0
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
Dr.F.BOUCHAFAA
Uceff
i cmoy
i Thmoy
U cmoy R
i cmoy 2
Vmax 2 2 sin2 2 2
Vmax 1 cos R
V max 1 cos 2 R
Redressement commandé monophasé
73
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz
REDRESSEMENT TRIPHASÉS
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
PLAN DE TRAVAIL 1 2 3 4 5 6
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
Redressement triphasés
4
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
6
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
7
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
9
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement Triphasé non commandé
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
10
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
12
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
13
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
14
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement simple alternance Montage à Cathode commun
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
5 , 6 6 5 3 , 6 2 3 0, ,2 6 2 16
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
I
Deff
I ceff 3 19
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement simple alternance Montage à Anode commun
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
7 , 2 6 7 11 , 6 2 11 0, ,2 2 6 21
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
22
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
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
3V Max sin θ d θ 2π
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
Redressement triphasés
I Deff
I cmoy 3
I ceff 3 24
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
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
3V Max sin θ d θ 2π
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
Redressement triphasés
28
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redresseur double alternance triphasé Pont de Graëtz triphasé à diodes
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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 :
Redressement triphasés
D4
D5
A
C.S
D6
L Charge
30
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
31
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
D35 U32 32
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
U12
U13
U13 33
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
0
0
0 34
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
I D1moy
I cmoy 3
35
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
36
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
D35 U32 37
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
I D1moy
I cmoy 3
38
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement Triphasé commandé
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
39
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
40
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Réglage de RAZ Va
Commande
Numérique
Synchronisme
G1K1 K4G4 G2K2 K5 G5 G3K3 K6G6
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
41
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement commandé simple alternance Montage à cathode commun
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
43
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
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
Tension aux bornes de Uc
Uc
V3
V1
Dr.F.BOUCHAFAA
7π 6
Redressement triphasés
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
Tension aux bornes de Uc
Uc
V3
7π 6
4π 3π 3 2
Th1 0
V1
Redressement triphasés
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
Tension aux bornes de Uc
Uc V3
Dr.F.BOUCHAFAA
Th3
7π 6
4π 3π 3 2
Th1 V1
Redressement triphasés
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
Tension aux bornes de Uc
Uc
V3
V1
V2
V3
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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
Tension aux bornes de Uc
Uc
V3
V1
Dr.F.BOUCHAFAA
V3
V2
Redressement triphasés
4π 3π 3 2
5π 3
11π 6
Th2
V2
V2 50
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
51
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
52
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
I D1moy
I cmoy 3 53
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
54
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
Charge (GENERATEUR)
55
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement commandé Double alternance
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
58
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
Th26 U23
Th24 Th34 U31 U21 59
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
60
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Redressement commandé Mixte
Dr.F.BOUCHAFAA
Redressement triphasés
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
Redressement triphasés
62
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
0
U21
0 63
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Redressement triphasés
64
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz
CONVERTISSEURS AC/AC GRADATEUR Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs AC/AC
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
PLAN DE TRAVAIL 1 2 3
Introduction Gradateur monophasé charge résistive Gradateur monophasé charge inductive
4
Gradateur triphasé
5
Conclusion
Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs AC/AC
4
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs AC/AC
5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs AC/AC
6
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC):
I Source alternative
t
Gradateur
I t
Récepteur alternatif
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
Convertisseurs AC/AC
7
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Rappels
Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation :
Ve(t) Veff. 2 .sin( ω.t ) Veff : tension efficace (V)
Dr.F.BOUCHAFAA
ω : la pulsation (rd/s)
Convertisseurs AC/AC
ω = 2.π.f = 314 rd/s
8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Gradateur monophasé
Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
11
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Étude du fonctionnement
0
Va
Vmax
Ve() Vmax
Débit sur une charge résistive R
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
Convertisseurs AC/AC
12
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve()
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
Comme la charge est résistive, le courant et la tension sont en phase.
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)
Convertisseurs AC/AC
(rad)
14
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
π 2
17
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Convertisseurs AC/AC
18
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L)
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
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
icP(t) est le courant particulier
Ri cH 0
i cH (t) K.
e
t τ
Constante du temps électrique Convertisseurs AC/AC
19
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant particulier
L
di
cp
dt
Ri cp V e
En régime permanent:
Icp .R j.L Ve
j.L .Icp R.I cp 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
Convertisseurs AC/AC
V max sin( t ) Z
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( t ) Z
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
Convertisseurs AC/AC
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 : AAφ 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)
φ Dr.F.BOUCHAFAA
+
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
23
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ■ Cas où (<<)
φ φ
UC()
Th
Dr.F.BOUCHAFAA
Th2
0
Th1
0
Convertisseurs AC/AC
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()
Redresseur Redresseur
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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Gradateur triphasé
Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
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
Convertisseurs AC/AC
30
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz
LES CONVERTISSEURS CONTINU-CONTINU Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs DC/DC
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
PLAN DE TRAVAIL 1 2 3 4 5 6
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
Convertisseurs DC/DC
4
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
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
Convertisseurs DC/DC
7
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
HACHEUR SERIE
Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs DC/DC
8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
9
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
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
Convertisseurs DC/DC
10
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
11
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Étude du fonctionnement
1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
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
Comme la charge est résistive, le courant et la tension sont en phase.
2αT 2T
T
tf
b
H=1 E E/R 0
H=0 0 0 E Convertisseurs DC/DC
12
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
Uc
La tension Uc(t) :
E Pour Uc(t) 0 Pour
Débit sur une charge résistive R
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
Convertisseurs DC/DC
αT
T
2αT 2T 13
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
14
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
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
Convertisseurs DC/DC
15
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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)
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Convertisseurs DC/DC
16
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
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
Convertisseurs DC/DC
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
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1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
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1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Convertisseurs DC/DC
19
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1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Convertisseurs DC/DC
20
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
1- Hacheur Série: hacheur dévolteur
Débit sur une charge inductive (R-L)
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 tK L L
α (t - αT) I max L (1 α) Imin E α.T Imax L
ic(t) - E
Convertisseurs DC/DC
(Translation du repère)
21
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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
Convertisseurs DC/DC
0
Dr=1 iDr 0 iC
H=1 iH iC 0
Dr=1 iDr 0 iC 22
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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
Débit sur une charge inductive (R-L)
E 0
0 0 E E
H,Dr
H=1
ic iH iDr
iH iC 0
Convertisseurs DC/DC
H=1 iDr 0 0 0 iC 0
iH iC 0
iDr 0 0 0 iC 0 23
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1- Hacheur Série: hacheur dévolteur Le courant moyen de ic :
I Cmoy
Débit sur une charge inductive (R-L)
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
Convertisseurs DC/DC
24
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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
Convertisseurs DC/DC
25
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HACHEUR PARALELLE
Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs DC/DC
26
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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
Convertisseurs DC/DC
L E
IC
IE L E
Uc
R
27
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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
Convertisseurs DC/DC
Uc
IC
R
28
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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
Convertisseurs DC/DC
29
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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
Convertisseurs DC/DC
30
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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
Convertisseurs DC/DC
31
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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
Convertisseurs DC/DC
C
- E)(1 - α) E α
E (1 - α) IE
IC (1 - α) 32
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HACHEUR REVERSIBLE
Dr.F.BOUCHAFAA
Convertisseurs DC/DC
33
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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
Convertisseurs DC/DC
34
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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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
36
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
R Uc L 37
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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
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
Dp
Tp
R Uc L Ds
39
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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
Convertisseurs DC/DC
40
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
41
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
D2 D3 T2 T3
IC > 0 IC < 0
42
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
43
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
44
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Convertisseurs DC/DC
45
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz
LES ONDULEURS
Dr.F.BOUCHAFAA
Etude des onduleurs de tension
1
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
2
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
I
C- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC):
t Source continue
I t
Onduleur
Récepteur alternatif
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
Etude des onduleurs de tension
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
CONVERTISSEURS DC/AC Onduleur autonome: Ph +
Vs
Uc
-
N
Figure 1. Structure d’un convertisseur statique Continu - Alternatif
Dr.F.BOUCHAFAA
Etude des onduleurs de tension
4
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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.
Dr.F.BOUCHAFAA
Etude des onduleurs de tension
6
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
SOLECTRIA Source: www.solren.com 7
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Dr.F.BOUCHAFAA
Etude des onduleurs de tension
9
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
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
Etude des onduleurs de tension
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
Etude des onduleurs de tension
Eléments Passants
D1 E ic E
H1 R-L
ic
Uc H2 D2 12
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
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
Etude des onduleurs de tension
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
Interrupteurs Commandés
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
Etude des onduleurs de tension
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
Etude des onduleurs de tension
H 4
H 2 ic D 3
D 2 H 3 16
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande symétrique:
Uc(V), ic(A) E t (ms)
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
Etude des onduleurs de tension
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
Etude des onduleurs de tension
18
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande décalée:
Courant ic
Tension Uc
Interrupteurs Commandés
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
Etude des onduleurs de tension
19
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande décalée:
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
Etude des onduleurs de tension
H4
D3
H3
20
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande décalée:
Uc(V), ic(A) E t (ms)
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
Etude des onduleurs de tension
21
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Commande décalée:
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
Etude des onduleurs de tension
22
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
. 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
Etude des onduleurs de tension
23
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
. 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
Etude des onduleurs de tension
24
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
. 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
Etude des onduleurs de tension
25
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. 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
Etude des onduleurs de tension
26
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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
Etude des onduleurs de tension
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
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
Etude des onduleurs de tension
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
Etude des onduleurs de tension
29
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 u12 E 0 -E
Dr.F.BOUCHAFAA
Etude des onduleurs de tension
30
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
U3
0
E
0 u31 E 0
-E
Dr.F.BOUCHAFAA
Etude des onduleurs de tension
31
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene H1
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
Etude des onduleurs de tension
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
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Merci de votre attention
Dr.F.BOUCHAFAA
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