On remercie infiniment notre cher professeur Mr. Mohamed LAMHAMDI qui nous a offert l’occasion d’accéder au coté pratique de notre formation à l’école National de science appliquée de Khouribga pour enrichir nos connaissances et démontrer nos capacités. On tient aussi à lui exprimer du fond du cœur nos profondes gratitudes pour sa formation durant ce semestre dans le module d’électronique de puissance avec beaucoup de patience et de pédagogie.
I. Présentation du logiciel PSIM II. Redresseur : 1-Monophasé : 1-1 Non commandé : Simple alternance Double alternance 1-2 Commandé : Simple alternance Double alternance 2-Triphasé : 2-1 Non commandé : Simple alternance 2-2 Commandé : Simple alternance III. Hacheurs : 1-Hacheur série 2-Hacheur parallèle
IV. Circuits de commande utilisée Conclusion
I. Présentation du logiciel PSIM PSIM est un logiciel de simulation pour l’électrotechnique et l’électronique de puissance. Le logiciel permet de dessiner le schéma du montage, à partir des éléments de la bibliothèque (machines, transformateurs, interrupteurs électroniques, éléments de commande et de contrôle…). Les appareils de mesure disposés sur le schéma de montage définissent les courbes représentatives des grandeurs électriques et mécaniques que l’on peut obtenir .Il est constitué de deux programmes : - PSIM : Dessin du schéma et simulation (Calcul des variables)
- SIMVIEW : Tracé des courbes après la simulation.
II. Redresseur : 1-Redresseur monophasés : Les redresseurs sont conçus pour fournir une tension continue fixe ou variable. Nous étudierons les redresseurs monophasés non commandés et commandés, constitués respectivement de diodes et de thyristors
1-1 Non commandé : 1-1-1 Redresseur simple alternance non commandé : Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue. On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un récepteur en continu à partir du réseau de distribution alternatif. Commande utilisé : la diode
Manipulation : Objectif : Il s’agit d’analyser l’évolution de la tension et le courant de sortie du convertisseur avec charges résistives et inductives. Sur charge résistive : Montage :
1-Visualisation de tension de sortie Us(t) et Ud(t) :
Analyse de la courbe : La diode se bloque lorsque la tension à ses bornes est négative, elle supprime les alternances négatives du signal d’entrée. Pendant les alternances positives, elle se comporte comme un court circuit et n’altère donc pas le signal d’entrée .la diode joue ainsi le rôle de coupure qui laisse passer les tensions positives et coupe les tensions négatives.
2-Visualisation du courant instantanée dans la charge résistive :
Sur charge inductif :
Partie A : Montage :
1-Visualisation de tension de sortie Us(t) et Ud(t) :
Analyse du schéma : Avec la présence de l’inductance qui vas retarder la variation du courant , le courant existe encore à la fin de l’alternance ,la diode reste à l’état passant et la charge voit a tension d’alimentation négative jusqu'à l’annulation du courant . La tension moyenne du signal en sortie est inférieure à celle obtenue sur charge résistive. 2-Visualisation de la tension Uch aux bornes de la charge et Ul aux bornes de l’inductance :
Partie B : Dans cette partie on ajoute une diode en parallèle avec la charge :
On visualise le courant Ir passant dans la diode :
L’effet de la diode est qu’il écrête la tension entre les bornes de la charge. Sur charge capacitif : Montage :
Visualisation de Urip(t) et Ud :
1-1-2 redresseuses doubles alternances non commandé : Manipulation : Avec charge résistive : Montage :
1- Le fonctionnement de Ce montage : Ce type de redresseur redresse les alternances négatives et conserve les alternances positives du courant à l'entrée. La fréquence en sortie du redresseur est alors le double de la fréquence d'entrée. 2-Visualisation de la tension Us(t) et Ud(t) :
On remarque que la tension d’entrée Us est une tension sinusoïdal alors que la tension de sortie Ud=Us que si Us>0 et Ud=-Us que si Us<0 3-Visualisation de courant instantanée Id aux bornes de la charge :
De 0<θ<π on a Us>0 -> i=Ud/(Rl+Rm) avec Ud=Us De π <θ<2π ona Us<0 -> i=Ud/(Rl+Rm) avec Ud=-US
Avec charge inductive: La charge est maintenant constituée d’une inductance pure L en série avec des résistances Rl et Rm. L’inductance L s’oppose aux variations de courant id, si on donne à L une valeur suffisante, le courant dans la charge devient ininterrompu : c’est le régime de conduction <>. Montage :
1-Visualisation de la tension Us et ud :
Filtrage capacitif: Afin d’améliorer la tension redressée double alternance, on utilise un filtrage capacitive en plaçant en parallèle sur R un condensateur de capacité C. Montage:
1-Fonctionnement de ce montage: Le condensateur stocke l'énergie lorsque le courant traverse les diodes et la restitue ensuite. Pour une charge donnée, plus la capacité du condensateur est grande, plus le filtrage est efficace. À 0aucune diodes conduit dans le montage. Le condensateur se décharge lentement dans la résistance À T/2< t<3*T/4 :Us devient négative , D2 et D3 se mettent conduire et le condensateur C se charge à nouveau sous Us>0. À 3*T/4aucune diodes conduit dans le montage. Le condensateur se décharge lentement dans la résistance.
2-Visualisation de la tension d’entrée Us et la tension de sortie aux bornes de la charge :
Lorsque la tension augmente, le condensateur se charge. Lorsque la tension à la sortie tend à diminuer, le condensateur se décharge ce qui réduit fortement la chute de la tension. Si le condensateur à une capacité suffisante, les variations de la tension peuvent être négligeables, la tension est quasiment continue.
1-2 Redresseur commandé: Un montage redresseur commandé permet d’obtenir une tension continue réglable (de valeur moyenne non nulle) à partie d’une tension alternative sinusoïdale (de valeur moyenne nulle). L’utilisation de commutateurs commandables tels que les thyristors permet de réaliser des redresseurs dont la tension moyenne de sortie peut varier en fonction de l’angle d’amorçage des commutateurs. Commande utilisé : le thyristor
C’est une diode comportant une électrode de commande G (gâchette) , pour être amorcée, le thyristor doit recevoir une impulsion sur la gâchette alors que la tension Vak est positive .on peut le bloquer en lui appliquant en tension Vak négative.
1-2-1 Redresseuse Simple alternance commandé : Manipulation: Objectif : Il s’agit de comprendre le principe de fonctionnement du redresseur commandé simple alternance, analyser l’évolution de la tension et du courant à la sortie du convertisseur avec charges résistives et inductive, aussi aux bornes des semi-conducteurs dans les deux cas et pour finir rechercher la courbe caractéristiques de commande. Sur charge résistive :
Montage :
2-Visualisation de tension de sortie Us(t) et Ud(t) : pour un angle d’amorçage alpha=90°
Analyse du schéma : Us(t)> 0 -> Uak>0 :le thyristor peut être amorcé. -si ig=0 :th reste bloqué et id=0,Ud=0 et Uak=Ve -si une impulsion de courant ig suffisant apparait sur sa gâchette alors th devient passant et Uak=0, Us=Ud Vs(t)=0->id=0 le thyristor se bloque naturellement. Vs(t)<0->Vak>0 :le thyristor ne peut pas être amorcé il reste bloqué même si une impulsion de courant apparait sur sa gâchette Us et Ud ont la même période. 3-Visualisation du courant instantanée dans la charge résistive pour un angle d’amorçage de alpha=90°
sur charge inductive : Montage :
1-Visualisation de tension de sortie Us(t) et Ud(t) : pour un angle d’amorçage alpha=90°
Analyse du schéma : On remarque que 0 à φ le thyristor est bloqué et Ud=0 A φ ,Vak>0(car Us>0),l’impulsion sur la gâchette amorce le thyristor Ud=Us A pi+φ le thyristor se s’amorce pas malgré l’impulsion de commande car Vak<0 2-Visualisation de tension de courant instantanée Id(t) pour un angle d’amorçage alpha=90°
4-Visualisation de la tension aux bornes du thyristor Uth : pour alpha=90° :
Pour alpha=45° :
1-2-2 Redresseur double alternance commandé :
La redresseur double alternance est un convertisseur de puissance qui transforme une source de tension sinusoïdal de fréquence et de valeur efficace constantes en une source de tension à valeur moyenne variable. L’utilisation de commutateurs commandés tels que les thyristors permet de réaliser des redresseurs dont la tension moyenne de sortie peut varier en fonction de l’angle d’amorçage des commutateurs.
Manipulation : Pont mixte asymétrique Sur charge résistive : Montage :
1- Fonctionnement du montage : Le principe est de rendre passants les thyristors avec un retard réglable par rapport au zéro de la sinusoïde et d'obtenir ainsi une tension dont la valeur moyenne est d'autant plus faible que l'angle de retard à l'amorçage des thyristors est grand. 2- Visualisation de la tension d’entrée Us et Ud :
3- Analyse du fonctionnement : Les semi-conducteurs ont un comportement d'interrupteur ; lorsqu'on regarde le diagramme des conductions, trois cas peuvent se produire : 1. Conduction simultanée de Th1 et D4: alors Ud= + Us 2. Conduction simultanée de D3 et Th2 : alors Ud = - Us 3. Conduction simultanée de D3 et D4 : alors Ud= 0. 4- Visualisation de courant instantanée Id dans la charge :
Pont mixte asymétrique Sur charge inductif : Montage :
1-Fonctionnement du montage : Ces ponts mixtes étant majoritairement utilisés pour la variation de vitesse des moteurs à courant continu, on continuera à supposer le courant de sortie parfaitement constant. La conduction du courant est ininterrompue, cela signifie qu'il ne peut pas y avoir trois interrupteurs ouverts en même temps. 2-Visualisation de la tension d’entrée Us et la tension de sortie Ud :
Pour 0<θ<π/2 : les thyristors ne sont pas encore commandés donc Id=0
et Ud=0 Pour π /2< θ< π : on amorce les thyristors seul Th1 devient passant car TH2 a une tension négative et la diode D4 devient passante Et Ud=Us. Pour π < θ< 3*π/2 : les thyristors ne sont pas réamorcés donc Id=0 et Ud=0. Pour3* π /2< θ< 2π : on amorce les thyristors mais seul TH2 devient passant car Th1 a une tension négative à ses bornes, D3 devient également passante Us=Ud 3-Visualisation de Uth1 et Ud2 :
2-Redresseur triphasé : 2-1 Simple alternance : Un redresseur simple alternance triphasé est un redresseur permettant de redresser une source triphasée. Le signal redressé a alors une fréquence trois fois supérieure au signal d'entrée.
Il existe deux types de redresseur simple alternance triphasé :
les redresseurs non commandés, basés sur l'utilisation de diodes . les redresseurs commandés, basés sur l'utilisation de thyristors. Redresseur simple alternance non commandé : Montage :
Ce type de redresseur est réalisé en mettant une diode sur chaque phase, les diodes étant placées en cathode commune, comme le montre le schéma suivant :
1-Visualisation des tensions d’entrées UL1 et UL2 ET UL3 :
Tel que : UL1=Umax*sin(wt) UL2=Umax*sin(wt-2* π/3) UL3=Umax*sin(wt-4* π/3) 2-Visualisation de la tension aux borne charge Ud :
3-Visualisation des tensions aux bornes des diodes Ud1 et Ud2 ET Ud3 :
Analyse du fonctionnement : Nous voyons en regard d’allure trouvée que les diodes vont se mettre en conduction les unes après les autres. Les diodes se mettront en conduction lorsque la tension dans la phase correspondante sera la plus positive. Nous retrouvons d’ailleurs la plage de conduction de chacune des diodes sur la courbe de la tension aux bornes de la charge. Noter que pendant cette conduction, la tension redressée suit parfaitement l’allure sinusoïdale de la tension en sortie du transformateur.
4-Visualisation du courant instantanée aux bornes de la diode :
Redresseur simple alternance commandé :
sur charge inductif : Ce type de redresseur est réalisé en mettant un thyristor sur chaque phase, les thyristors étant placées en cathode commune, comme le montre le schéma suivant : Montage :
Analyse de fonctionnement : Le thyristor Th1 est susceptible de conduire à l’instant Л/6 (instant de conduction naturelle des diodes) ou la tension UL1 devient la plus positive. Contrairement à une diode, le thyristor ne pourra conduire que lorsqu’une impulsion de gâchette lui est délivrée. A l’instant α (retard par rapport à la conduction naturelle des diodes), on amorce th1 et VUd=UL1. En supposant que la charge est telle que le courant Is ne s’annule jamais au cours de la période, le thyristor Th1 restera conducteur tant que Th2 n’est pas amorcé. A l’amorçage de Th2, le thyristor Th1 voit une tension VTh1 = UL1-UL2 = U12 négative et se bloque. Dans ces conditions, on a Ud=UL2. Lorsqu’on amorce Th3, le thyristor Th2 se bloque puisque sa tension anode cathode VTh2= UL2-UL3 = U23 est devenue négative ; et l’on aura Ud=UL3. Ainsi, le courant de sortie Is se trouve commuté à tour de rôle par l’un des trois thyristors. En agissant sur la valeur de l’angle de retard à l’amorçage α, on pourra varier la valeur moyenne de tension délivrée à la charge ou encore le mode de marche de l’ensemble : Redresseur ou onduleur assisté.
1- Visualisation de la tension aux borne charge Ud : un angle alpha=45°
d’amorçage
2 -Visualisation de la tension aux borne charge Ud : un angle d’amorçage alpha=90°
3-Visualisation des tensions aux bornes des thyristors : un angle d’amorçage alpha=45°
III. Hacheurs : Un hacheur est un convertisseur continu-continu qui dot permettre le réglage du transfert d’énergie entre une source continue et une charge. Cette source et cette charge peuvent être soit de nature capacitive (source de tension), soit de nature inductive (source de courant).il en découle quatre types de hacheurs : Les hacheurs directs qui associent deux soures de natures différentes : Le hacheur série, baptisé aussi Buck ,down ou hacheur dévolteur Le hacheur parallèle, boost , up ou survolteur Les hacheurs à accumulation qui associent deux sources de même nature : Le hacheur à stockage inductif baptisé aussi Buck-boost ou up-down, Le hacheur à stockage capacitif ou hacheur de<>>
Objectifs : L’étude d’un hacheur commandé et qui alimente des charges de natures différentes. Analyser l’évolution de la tension et du courant à la sortie du convertisseur commandé avec charges résistives et inductives. Comportement du hacheur en fonction de la charge(R, RL).
Montage :
1-Le fonctionnement de ce montage : L'interrupteur H est en fait un transistor qui fonctionne en régime de commutation c'est-à-dire qu'il se comporte soit comme un interrupteur fermé, soit comme un interrupteur ouvert. On commande le transistor par son courant de base iB . L'interrupteur H s'ouvre et se ferme périodiquement. On appelle T cette période et f =1/ T la fréquence de hachage. La durée pendant laquelle l'interrupteur H est fermé s'appelle tF. Pour 0 l’interrupteur H est fermé. Pour α *T l’interrupteur est ouvert.
2- Visualisation de la tension Uc2(t) et Uv2:
3- Visualisation de la tension aux bornes de la charge U2(t) et U1(t) :
La tension de sortie vaut tantôt Ve, tantôt 0. Pendant la durée α *T
IV. Circuits de commande utilisée : Pour la commande de thyristor et transisteur on a utilisé de types de commandes : Un bloc de commutation de déclenchement. Le motif de déclenchement de commutation et la fréquence sont prédéfinis, et restent inchangées tout au long de la simulation :
Un contrôleur de commutateur alpha. L'angle alpha de retard, en deg, Est spécifié par le biais de la source de courant continu dans le circuit :
Ce projet nous a permis de développer de multiples compétences dans le domaine pratique de l'électronique de puissance Les principaux problèmes, que nous avons rencontrés, concernaient la collecte de données, souvent indisponibles. Ainsi, nous avons touché du doigt la difficulté d’extrapoler le jeu de données disponibles pour obtenir des valeurs cohérentes avec le résultat du cours et de travaux pratique.
