17 Conversion de signaux Modulation de l énergie. Chapitre 17

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1 Chapire 17 Conversion de signaux Modulaion de l énergie Perurbaion e compaibilié élecromagnéique INTRODUCTION 3 1. LES FONCTIONS DE CONVERSION La commuaion La emporisaion L amplificaion La comparaison Le suiveur L addiionneur Le sousraceur Le dérivaeur L inégraeur Exercices à résoudre LES MODULATEURS D ENERGIE Le gradaeur Le redresseur non commandé Le redresseur commandé L onduleur assisé L onduleur auonome Le hacheur Exercices à résoudre 5 3. LES PERTURBATIONS DES RESEAUX Définiions Effes des harmoniques Perurbaions sur le réseau riphasé T17X 1

2 4. LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE Définiions Naure des perurbaions Origine des perurbaions Transmission des perurbaions Effes des perurbaions CORRECTION DES EXERCICES Correcion des exercices paragraphe Correcion des exercices paragraphe T17X 2

3 INTRODUCTION La mise au poin de semiconduceurs de puissance a permis le développemen considérable de l élecronique de puissance qui se siue à la fronière enre les domaines de l élecroechnique (les courans fors) e l élecronique (les courans faibles). De nos jours l élecronique de puissance assure oues les foncions de conversion d énergie e perme facilemen la modulaion de l énergie. Dans ce chapire nous allons éudier les foncions de conversion des signaux en vue de modifier les caracérisiques élecriques d un signal : La foncion commuaion c es à dire l auorisaion ou l inerdicion de passage d un couran La foncion emporisaion c es à dire la créaion d un reard dans le raiemen d un signal La foncion amplificaion c es à dire l augmenaion de la puissance pour raiemen d un signal La foncion comparaison c es à dire la confronaion de deux grandeurs élecriques La foncion suiveur c es à dire l adapaion d un signal aux conraines du circui La foncion addiionneur c es à dire l addiion de deux grandeurs élecriques La foncion sousraceur c es à dire la sousracion de deux grandeurs élecriques La foncion dérivaeur c es à dire l amélioraion du emps de réponse d un signal La foncion inégraeur c es à dire la diminuion du emps de réponse d un signal Ensuie nous allons éudier les modulaeurs d énergie permean de gérer l énergie nécessaire pour la commande des sysèmes élecriques : Le gradaeur qui ransforme l énergie alernaive fixe en énergie alernaive variable Le redresseur non commandé qui ransforme l énergie alernaive fixe en énergie coninue fixe Le redresseur commandé qui ransforme l énergie alernaive fixe en énergie coninue variable L onduleur assisé qui ransforme l énergie coninue en énergie alernaive fixe L onduleur auonome qui ransforme l énergie coninue en énergie alernaive variable Le hacheur qui ransforme l énergie coninue en énergie coninue variable Nous verrons enfin que l uilisaion de plus en plus fréquene de ces modulaeurs es une source imporane de perurbaions sur les réseaux élecriques e qu il es donc nécessaire de prendre quelques précauions. La réglemenaion mise en place end à limier le niveau de ces perurbaions e fai l obje d une norme : la compaibilié élecromagnéique T17X 3

4 1. LES FONCTIONS DE CONVERSION 1.1. La commuaion La commuaion es l ouverure e/ou la fermeure d un circui. Elle auorise ou inerdi le passage du couran élecrique dans les deux sens bidirecionnel ou seulemen dans un seul sens unidirecionnel. La soluion echnologique es assurée par des composans élecroniques de puissance qui jouen le rôle d inerrupeurs saiques (pas d usure mécanique). Ce son des composans à semiconduceurs commandables ou noncommandables. Nous disinguerons quare composans qui son : la diode le hyrisor le ransisor le riac La diode En élecronique de puissance, on ne prendra en compe que la diode à joncion uilisée comme diode de redressemen. A K Symbole anode cahode La diode uilisée en sens direc & la diode uilisée en sens inverse A K A K I V AK >,7 V I V AK < V Sens direc : la diode passane provoque Sens inverse : la diode bloquée une peie chue de ension V F peu êre assimilée à un elle se compore presque inerrupeur ouver comme un inerrupeur fermé en sens direc l indice es F pour forward en sens inverse l indice es R pour Reverse La diode es un composan unidirecionnel Consiuion d une diode à joncion anode ZONE P (déficiaire en élecrons) Zone N (excédenaire en élecrons) joncion cahode Le couran passera de P vers N, mais pas en sens inverse. On «dope» la zone P avec des aomes rivalens (Bore, Alu) qui son receveurs ou déficiaires (ils leur manquen un élecron sur la couche périphérique. Dans la zone N, on uilise des aomes penavalens (phosphore,arsenic) qui son donneurs ou excédenaires (un élecron supplémenaire à la périphérie) T17X 4

5 Caracérisiques d une diode : En direc : I f f(v f ) & en inverse : I R f(v R ) I f (de 1 à quelques cenaines d Ampères) Tension de claquage (de quelques cenaines à plusieurs milliers de vols) V R La diode es passane Remarque Les échelles son rès différenes pour V f e V R La diode es bloquée I R (quelques ma) Tension de seuil (,7 V) V f I f En sens direc, la pene de la parie vericale es due à la «résisance dynamique» de la diode : I f 2 V f 2 V f 1 R d I f 2 I f 1 V f 2 V fseuil I f 2 I f 1 V f 1 V f 2 V f Les grandeurs fondamenales Les rois crières principaux de choix d une diode son : I le couran direc moyen V RRM la ension inverse de crêe répéiive Le ype de boîier Celuici peuêre en verre, en maière plasique ou méallique. Dans ce cas, si l on ne précise pas, la cahode es reliée au boîier. Si l anode es au boîier, la référence es suivie du suffixe (R). Quelques ypes de boîiers : 2697 T17X 5

6 Le hyrisor Le hyrisor es une diode à joncion à amorçage commandée par une gâchee. A K Symbole : A K A K Symbole général anode G gâchee cahode uilisé en sens direc & le hyrisor uilisé en sens inverse I A K V AK > 1 V G I V gk V A K V AK > 1 V G V gk 1,5 à 3 V pendan un insan G (cas habiuel) Gâchee à la cahode I A V AK < V G K Le hyrisor G V gk quelconque (cas spécial) Gâchee à l anode Sens direc : le hyrisor rese bloqué jusqu à ce qu une peie ension V GK soi appliquée à la gâchee, alors il se compore comme une diode Le hyrisor es, lui aussi, un composan unidirecionnel Sens inverse : le hyrisor es bloqué il es assimilé à un inerrupeur ouver THYRISTOR PASSANT : 2 condiions BLOCAGE D UN THYRISTOR : 2 condiions V AK > 1 V e bref couran de gâchee I g V AK < V ou I AK A (exincion de I) Consiuion d une hyrisor PNPN Zone P Zone N Zone P Zone N Représenaions équivalenes anode gâchee cahode G A K 1) La gâchee n es pas alimenéet 2 es bloqué donc la base de T 1 n es pas reliée au (K) : T 1 es bloqué aussi. 2) On envoie une impulsion sur G, T 2 es passan La base de T 1 es reliée par T 2 à la cahode () T 1 devien passan, donc son colleceur envoie du sur la gâchee, même quand celleci n es plus alimenée. T 1 e T 2 resen passans K T 1 T 2 A G Avec rois diodes Avec deux ransisors bipolaires PNP e NPN 2697 T17X 6

7 Caracérisique du hyrisor : I T f(v AK ) pour un couran de gâchee I g donné Tension de claquage I T V R Thyrisor passan Remarque L échelle inensié es rès dilaée Thyrisor bloqué Thyrisor bloqué V d Tension à l amorçage V AK Les grandeurs fondamenales Les crières principaux de choix d un hyrisor son : I le couran direc moyen à l éa passan I T (RMS) le couran efficace à l éa passan V RRM la ension inverse de crêe répéiive V DRM la ension direce de crêe répéiive à l éa bloqué Les emps d amorçage e de désamorçage Quelques ypes de boîiers : K A G 2697 T17X 7

8 Remarques pariculières d uilisaion : Proecion d un hyrisor conre les Surinensiés conre les Surensions conre les amorçages rop rapides di / d conre les blocages rop rapides dv / d Fusible rapide Demi conduceur GEMOV Inducance en série Condensaeur Inducance en série Thyrecor Condensaeur résisor i di/d représene la «pene insananée» de la monée en couran e i / la pene moyenne. La pene insananée ne doi pas êre rop raide. Pour la ension, c es la même chose pour dv / d. i di d Amorçage d un hyrisor Deux problèmes : la synchronisaion en cas d amorçage à fréquence consane. l isolemen du circui gâchee / circui principal Pour l isolemen on uilise dans le circui de commande un ransformaeur d isolemen ou un ransformaeur d impulsions. La ension V g de gâchee se siue enre 1,5 e 3 V environ selon les hyrisors. Blocage d un hyrisor Seuls les hyrisors GTO (gae urn off) peuven êre bloqués par une impulsion négaive sur la gâchee alors qu ils son passans. Th principal Circui principal Pour les aures, le blocage se fai par suppression du couran dans le circui principal (exincion naurelle), Th d exincion ou par mise sous ension inverse ( exincion forcée) à Circui l aide d un circui de blocage. de blocage 2697 T17X 8

9 Le riac Triac es l abréviaion de TRIode Alernaive Curren. C es l équivalen de deux hyrisors monés «êebêche» : K A Symbole : A A G V 21 G A K G Le riac uilisé en sens direc & le riac uilisé en sens inverse Amorçage d un riac Quelque soi la ension aux bornes du riac, il y a oujours un de ses hyrisors dans «le bon sens» pour conduire. L amorçage ne dépend donc que du couran de gâchee. Condiions V 21 > V 21 < d amorçage favorables I g > I g < Caracérisique du riac I T f(v 21 ) pour un couran de gâchee I g donné Remarque L échelle inensié es rès dilaée I T Triac passan Triac bloqué Triac bloqué V d Tension à l amorçage V 21 Triac passan Les grandeurs fondamenales Les deux crières principaux de choix d un riac son : I T (RMS) le couran efficace à l éa passan V RRM la ension inverse de crêe répéiive 2697 T17X 9

10 Remarques pariculières d uilisaion : Amorçage d un riac Il peu se faire principalemen de rois manières : à l aide d un DIAC avec un ransformaeurs d impulsions par circui inégré spécialisé Qu esce qu un DIAC? Représené comme deux diodes êebêche ou comme un riac sans gâchee, il a la paricularié de devenir passan aux environs de 35 4 V. On peu alors le considérer comme un courcircui jusqu à ce que le couran s annule ou que la ension s inverse. Uilisaions d un riac Récepeurs de 1 à 6 A, ensions inverses de 7 à 1 V. On l uilise pour la commande de gradaeurs de lumière, de radiaeurs élecriques, de peis moeurs universels Triac Ph Exemple de commande d un riac Un riac peu êre commandé par ce genre de circui : L acion sur le poeniomère de 47 kω perme de régler l insan de l impulsion I g sur la gâchee ce qui perme d ajuser le niveau d éclairemen. 23 V ~ 1 nf 22 nf Diac 47 kω 22 Ω N Quelques ypes de boîiers (les mêmes que pour un hyrisor) : A1 A2 G 2697 T17X 1

11 Le ransisor Le ransisor joue le rôle d un inerrupeur élecronique commandé. Il exise deux ypes de ransisor : Le ransisor bipolaire commandé par un couran élecrique sur la base I B ; Le ransisor unipolaire commandé par une différence de poeniel V GS. le ransisor bipolaire Symbole : Type NPN Type PNP Base Colleceur Base Émeeur Émeeur Colleceur Les rois éas du ransisor : Bloqué Passan Sauré C I C V CE V CC B E V BE <,5 V V CESa <V CE < V CC C E I C β.i B B V BE >,7 V C I C I CSa V CE V CE Sa B E V BE >,7 V I B I B < I Bsa min I B I Bsa min Le ransisor es, lui aussi, un composan unidirecionnel BLOCAGE du TRANSISTOR : V BE <,5 V donc I B ou V C < V E (V CE < ) V CE pleine ension e I C POLARISATION V BE >,7 V donc I B > e V C > V E (V CE > ) V CE Sa < V CE <V CC e < I C <I C Sa SATURATION V BE >,7 V e I B I B Sa min V CE V CE Sa e I C I C Sa Consiuion d un ransisor : NPN Zone N Zone P Zone N PNP Zone P Zone N Zone P colleceur base émeeur émeeur base colleceur C NPN B E Représenaions équivalenes à deux diodes : Pour eser un ransisor, il suffi de vérifier l éa des «diodes» enre B E e B C. NPN : B es une anode, PNP : B es une cahode. E PNP B C 2697 T17X 11

12 Caracérisique du ransisor : I C f(v CE ) pour un couran de base donné Remarque : L échelle de l inensié I B es rès dilaée par rappor à l échelle de l inensié I C I C I C 6 A I B 2 A Transisor sauré I B 1,5 A I B 1,2 A I B 1 A I B,8 A I B,6 A I B,5 A I B,4 A I B,3 A Transisor passan I B,2 A I I B B,6 A V CE 14 V I B ma Axe des abscisses I C ma I B,1 A V CE V BE,75 V Transisor bloqué V BE Les grandeurs fondamenales Les quare crières principaux de choix d un ransisor son : I C le couran coninu colleceur à l éa passan jusqu à plusieurs cenaines d ampères V CEo la ension colleceurémeeur à l éa bloqué (I B ma) jusquà 1 V f la fréquence de commuaion H 21E ou β le gain en couran du ransisor Fréquence e emps de commuaion I B sa 9 % 1 % En commuaion, un ransisor ne réagi pas insananémen : un cerain emps es associé à son passage de l éa bloqué à l éa sauré e inversemen. d : emps de reard (d : delay) r : emps de monée (r : rise) on : emps de mise en acion on d r s : emps de sockage f : emps de descene (f : fall) off : emps de dispariion off s f 1 % I C 9 % d on r off 1 % s f Plus les emps de commuaion son cours, plus la fréquence pourra êre élevée. 1 % 2697 T17X 12

13 Monage Darlingon : Un ransisor de puissance nécessie un couran de base imporan (gain beaucoup moins élevé que les peis ransisors). Pour compenser ce inconvénien, on uilise un monage avec deux ransisors en «cascade» appelé monage Darlingon. I B NPN T 1 T 2 I E I C I B PNP T 1 T 2 I E I C Dans ce cas, on obien β β 1.β 2 Poin de foncionnemen e échauffemen d un ransisor : L échauffemen d un ransisor es dû à la puissance P d qu il dissipe : P d V CE.I C V BE.I B V BE.I B éan négligeable, si P d max es la puissance à ne pas dépasser, on peu écrire : I C max P d max / V CE qui es l équaion d une hyperbole. En commuaion, le poin de foncionnemen ne fai que raverser la zone «inerdie» I C I C V CC / R C si la charge es un résisor P.F.Nominal I C I C sa (max) V CE V CE sa (min) I B > I B sa min I B < I B sa min Transisor sauré V CE faible I B < I B sa min I B < I B sa min I B < I B sa min Transisor passan DANGER! P d > P d max Transisor bloqué I C I C V CE V CC V CE Proecion d un ransisor À l ouverure du circui, la charge inducive crée une surension appelée «effe de self». Comme pour le hyrisor les di/d e dv/d rop imporans peuven aussi endommager le ransisor. Ces circuis de proecion son désignés sous l abréviaion «C.A.L.C.» qui veu dire circui d aide à la commuaion. Quelques ypes de boîiers : Proecion conre les monées rop rapides en couran à la fermeure Proecion conre les monées rop rapides en ension à l ouverure Charge inducive Diode de roue libre M 2697 T17X 13

14 le ransisor unipolaire Principaux ypes : Transisor à joncion à effe de champ : Transisor MOS à enrichissemen ou appauvrissemen : ransisor FET (Field Effec Transisor) ransisor MOS (Meal Oxyde Semiconduceur) Symboles : Transisor FET Transisor MOSFET à canal N à canal P à canal N e grille isolée Drain D Drain Grille ou Gae Source G S Grille ou Gae Source Consiuion d un ransisor : FET drain grille source MOSFET drain Si O 2 grille source méal MOSFET ZONE P CANAL N SUBSTRAT P Courbes caracérisiques d un ransisor unipolaire : N SUBSTRAT P N CANAL FET Foncionnemen ohmique linéaire MOSFET Foncionnemen en sauraion Bloqué si V GS < V p Passan si V GS V I D Zone de sauraion I D consan I D Transisor passan V GS V V GS,5 V V GS 1 V V GS 2 V V GS 3 V VGS 5 V V GS V DS V GS V DS V P V GS 2 V ension de pincemen V DS 1 V V GS 5 V V CC Transisor bloqué Les grandeurs fondamenales : Les crières principaux de choix d un ransisor son : I D le couran coninu de drain à l éa passan jusqu à plusieurs cenaines d ampères V DS la ension drain source à l éa bloqué jusqu à 1 V f la fréquence de commuaion beaucoup plus élevée que pour un ransisor bipolaire 2697 T17X 14

15 1.2. La emporisaion La emporisaion es l aene lors de l ouverure e/ou la fermeure d un circui. Elle rearde la commande ou la coupure du signal élecrique. La soluion echnologique es assurée par la charge ou la décharge d un condensaeur associé à des composans élecroniques spécifiques qui jouen le rôle d oscillaeurs ou par compage numérique. Ce son des circuis inégrés uilisés comme monosables ou comme bisables. V Le circui RC Charge i() Le emps de charge e de décharge dépend du produi RC appelé consane de emps : R en ohms C en farads τ en secondes C R S 1 2 v() R.i() τ R.C Décharge Nous avons vu que dans un circui consiué d un condensaeur C en série avec une résisance R e alimené par une ension coninue V, le condensaeur se charge à ravers la résisance e la ension à ses bornes augmene progressivemen jusqu à aeindre V. De même, dans un circui RC fermé sur luimême, le condensaeur C se décharge à ravers la résisance R e la ension à ses bornes diminue progressivemen jusqu à aeindre V. Le emps de charge ou de décharge dépend de la consane de emps du circui. L inverseur S es en réalié remplacé par une bascule suscepible de passer d un éa à l aure en foncion de deux niveaux de ension appelés que l on appelle seuils de déclenchemen. Les courbes universelles de charge e de décharge d un condensaeur C à ravers une résisance R donnen l allure de la ension aux bornes du condensaeur v() en pourcenage de la ension V aux bornes du généraeur en foncion du emps exprimé par rappor à la consane de emps RC L oscillaeur v() NE555 V 1 % Allure de la ension aux bornes du condensaeur 8 % 6 % 4 % 2% Le circui inégré NE555 es un circui monosable de longue durée Charge du condensaeur permean la réalisaion de i() Allure de l inensié du couran dans la résisance V/R emporisaion allan V/R de quelques RC RC v() V 1 % 8 % 6 % 4 % 2% i() V/R V/R Décharge du condensaeur RC RC 2697 T17X 15

16 microsecondes à quelques heures. Ce circui inégré compore deux amplificaeurs opéraionnels monés en comparaeur, une bascule RS une pore inverseuse e un ransisor pour la décharge. Schéma de principe inerne : Boîier vu de dessus : GND V 1 8 Vcc Déclenchemen Sorie 2 3 NE555 7 Décharge 6 Seuil RAZ 4 5 Référence Table de vérié de la bascule : S R RAZ Q Monage en monosable : Un monosable es un monage qui possède un éa de repos. Une impulsion négaive sur la borne 2 fai permuer le comparaeur B e me à 1 la sorie de la bascule qui commande le ransisor de décharge du condensaeur ; La durée de emporisaion correspond au emps que me le condensaeur pour se charger de V jusqu à 2/3 de Vcc déecé par le comparaeur A T La durée de l impulsion de sorie dépend de la valeur de R e de C : T 1,1 R.C Monage en asable : Un sable es un monage qui possède pas d éa de repos. Dès sa mise sous ension il produi un signal périodique (horloge). C es une suie de charge e décharge de condensaeur enre deux seuils fixes. C1 se charge à ravers R1 e P1 e se décharge à ravers P Le compeur numérique T2 T T1 T1,7 (R1 P1).C1 T2,7.P1.C1 T T1 T2 c es la période Le rappor cyclique es le rappor α el que : α T1 / T 2697 T17X 16

17 Un compeur es un circui inégré permean le compage ou le décompage d impulsions présenes sur son enrée, la durée du compage fixan la durée de emporisaion. Un compeur peu êre binaire ou décimal, synchrone ou asynchrone, à présélecion. Exemple du compeur décompeur binaire synchrone 4 bis SN ou CMOS 4193 Schéma de principe inerne : Boîier vu de dessus : Compage Décompage RAS 4193 Reenue de compage Emprun décompage Sories du Compeur Enrée B 1 Sorie Q B Sorie Q A Décompage Vcc Enrée A RAZ Emprun Compage 5 12 Reenue Commande de Chargemen Enrées de présélecion Sorie Q C Sorie Q D Chargemen Enrée C GND V 8 9 Enrée D Uilisaion : RAZ Commande de chargemen Enrées de présélecion Compage Décompage Sories du compeur Reenue de compage Emprun de décompage Exemple Compage Déompage RAZ chargemen 2697 T17X 17

18 1.3. L amplificaion L amplificaion es la foncion nécessaire enre l éage de commande de faible puissance e l éage de sorie de puissance élevée. C es un disposiif qui délivre la puissance nécessaire au bon foncionnemen de la charge dans la limie de la puissance disponible sur l alimenaion e du rendemen de l amplificaeur. Alimenaion Pa Source du signal de commande Pe Amplificaion Ps Charge à commander La puissance fournie à la charge par l amplificaeur es Ps La puissance absorbée par l amplificaeur es Pe Pa Le rendemen de l amplificaeur es le rappor de la puissance fournie sur la puissance absorbée Le ransisor bipolaire Nous avons vu que le ransisor bipolaire es un amplificaeur de couran. Pour un ransisor ype NPN, lorsque la ension V BE es supérieure à,7 V, le ransisor es passan voire sauré (V CE V). Le couran élecrique I B présen sur la base commande le passage d un couran élecrique I C du colleceur vers l émeeur proporionnel à I B mais rès neemen amplifié. Le gain en couran β es de l ordre de 1. Cela signifie que I C β. I B Pour les ransisors de puissance on augmene l amplificaion en branchan deux ransisors en «cascade» appelé monage Darlingon : la conducion de T 1 enraîne la conducion de T 2 e I C β 1. β 2. I B Base I B V BE >,7 V I C Colleceur V CE V Émeeur I B T 1 T 2 Darlingon I C I E Pour un ransisor ype PNP, lorsqu on a la ension V BE >,7 V ou bien V EB >,7 V, le ransisor es passan voire sauré (V CE négaif mais V). Le couran élecrique I B présen sur la base commande le passage d un couran élecrique I C de l émeeur vers le colleceur proporionnel à I B mais rès neemen amplifié. Le gain en couran β es de l ordre de 1. Cela signifie que I C β. I B Pour les ransisors de puissance on augmene l amplificaion en branchan deux ransisors en «cascade» appelé monage Darlingon : la conducion de T 1 enraîne la conducion de T 2 e I C β 1. β 2. I B V BE >,7 V Base I B Émeeur V CE V Colleceur I C I B T 1 T 2 Darlingon I E I C 2697 T17X 18

19 L amplificaeur opéraionnel L amplificaeur opéraionnel es un amplificaeur de ension. Définiion : Le erme amplificaeur opéraionnel désignai à l origine un circui amplificaeur uilisé pour la réalisaion d opéraions mahémaiques : addiion, sousracion Les amplificaeurs opéraionnels renren aujourd hui dans la consiuion de nombreux circuis permean de résoudre les problèmes de raiemen du signal. On va considérer l amplificaeur opéraionnel comme une boîe ayan une sorie e deux enrées : une enrée repérée die non inverseuse car une variaion de ension appliquée sur cee enrée enraîne une variaion de même sens de la ension de sorie ; une enrée repérée die inverseuse car une variaion de ension appliquée sur cee enrée enraîne une variaion en sens inverse de la ension de sorie. Symboles : Enrée non inverseuse ou : Sorie Enrée inverseuse Ao Enrée non inverseuse Enrée inverseuse Ao Sorie Principe : Alimenaion On peu décomposer le conenu de cee boîe en deux circuis : Un comparaeur qui effecue la différence de poeniel enre les ensions présenes sur les deux enrées. Cee différence es noée ε E E Un amplificaeur qui amplifie énormémen cee différence pour donner une ension de sorie V S proporionnelle à ε elle que V S Ao.ε E I E I E E ε Ao Alimenaion V S Si le poeniel de l enrée E es supérieur au poeniel de l enrée E, la différence ε es posiive e donc le poeniel de la sorie es de signe posiif. Si le poeniel de l enrée E es inférieur au poeniel de l enrée E, la différence ε es négaive e donc le poeniel de la sorie es de signe négaif. Les grandeurs fondamenales : L amplificaeur opéraionnel a rois caracérisiques élecriques fondamenales: Le gain en ension Ao : c es le gain propre de l amplificaeur opéraionnel : En praique le gain es rès grand : 1 3 < Ao < 1 6 V S Ao ε V S E E L impédance d enrée : c es l impédance présene enre les deux enrées de l amplificaeur : En praique l impédance d enrée es rès grande : 1 6 < Z E < 1 12 Ω L impédance de sorie : c es l impédance inerne de l amplificaeur généraeur de ension : En praique l impédance de sorie es rès faible : Z S quelques Ω 2697 T17X 19

20 Remarques pariculières d uilisaion : Au niveau de l uilisaion courane, on admera que les grandeurs fondamenales son parfaies : Le gain en ension Ao es infini ( Ao ) e donc ε E E L impédance d enrée es infinie ( Z E ) e donc I E I E ; pas de courans renrans L impédance de sorie es nulle ( Z S ) e donc V S es maximale (sauraion) V S Sauraion Sauraion ε Un el sysème es di non linéaire (sauraion ou sauraion ). Il sera uilisé en comparaeur. Les niveaux de sauraion son sensiblemen les niveaux des ensions données par les alimenaions, l une posiive, l aure négaive. Le poin milieu des alimenaions consiue la masse du monage. Pour pouvoir agir sur le gain de l amplificaeur, il es nécessaire de ravailler en régime linéaire. Pour cela il fau uiliser des sysèmes de conre réacion (bouclage de la sorie sur l enrée inverseuse). Amplificaion de ension en régime linéaire : Exemple du monage inverseur V E R 1 E I E I E ε E R 2 Vcc Ao Vcc I V S ε E E (E à la masse) I E I E ( pas de courans renrans) On peu donc dire que l enrée es au poeniel de la masse. On di que c es une masse viruelle. On peu égalemen dire que R 1 e R 2 son parcourues par le même couran I. Les lois d ohm aux bornes de R 1 e de R 2 donnen : V E E R 1. I e E V S R 2. I avec E V Donc I V E / R 1 V S / R 2 L expression de la sorie par rappor à l enrée donne : Z Le signe radui bien le fai que le monage es inverseur. V S.V E R 1 E R 1 Z S Le rappor des résisance R 2 / R 1 donne le gain : Si R 2 > R 1 le monage es amplificaeur ; Si R 2 > R 1 le monage es aénuaeur. Exemple du monage non inverseur I R 1 R 2 R 2 On applique les mêmes remarques : Les lois d ohm aux bornes de R 1 e de R 2 donnen : Vcc I V S E R 2. I e E R 1. I avec E E V E Donc I (V S V E ) / R 2 V E / R 1 ε Ao V S / R 2 V E / R 1 V E / R 2 I E V S V E (R 2 / R 1 ) V E V S L expression de la sorie par rappor à l enrée donne : V E Vcc R 1 R 2 Z E V S.V E Z S R 1 Le monage es oujours amplificaeur T17X 2

21 L amplificaeur de puissance Exemple d un amplificaeur de puissance L amplificaeur de puissance es la combinaison d un amplificaeur de ension e d un amplificaeur de couran. Pour cela nous allons associer un amplificaeur opéraionnel e deux ransisors bipolaires complémenaires NPN e PNP alimenés par deux ensions symériques. V E I E R 1 Signal d enrée I E ε I E E E Vcc Ao Vcc Eage d enrée commande I B V B Vcc T 1 T 2 Vcc Eage de sorie puissance I S Ru Signal de sorie V S Dans ce monage, l amplificaeur opéraionnel foncionne en régime linéaire car la sorie du monage es reliée à l enrée inverseuse (boucle fermée ou conre réacion). On a ε donc à chaque insan V S V E régime linéaire. Le couran raversan la charge es fourni par l éage de sorie : Lorsque V B >, le couran I B >, alors T 1 condui e T 2 bloqué I S > e I S β 1. I B Lorsque V B <, le couran I B <, alors T 2 condui e T 1 bloqué I S < e I S β 2. I B Un el monage foncionne lorsqu on applique sur l enrée une ension coninue posiive ou négaive e donc aussi lorsqu on applique sur l enrée une ension alernaive. La ension de sorie V S es idenique à la ension d enée V E jusqu'à la limie fixée des alimenaions. On di alors qu il y a sauraion v S V Smax v E i S T 1 bloqué T 2 condui V Smax T 1 condui T 2 bloqué T 1 condui T 2 bloqué Bilan des puissances : L amplificaion en puissance es donnée par le rappor Ap P S / P E V S.I S / V E.I E Ru 2.I S / R 1 2.I E Le rendemen du monage es donnée par le rappor η P S / (P E Pa) P S / Pa La puissance du signal d enrée P E es rès faible devan la puissance des alimenaions Pa. La puissance perdue es esseniellemen dissipée par effe hermique dans les deux ransisors de l éage de sorie. Pour limier ce échauffemen il es nécessire de moner ces ransisors sur des dissipaeurs hermiques appelés aussi radiaeurs T17X 21

22 1.4. La comparaison La comparaison éabli un rappor d égalié enre deux données. Ces données peuven êre deux signaux analogiques ou bien deux mos numériques. La comparaison perme de définir laquelle de ces données es supérieure ou inférieure à l aure. La soluion echnologique es assurée par l uilisaion d amplificaeurs opéraionnels uilisés en régime non linéaire ( ou ou rien) pour la comparaison des signaux analogiques ou par l uilisaion de pores logiques élémenaires pour la comparaison binaire Le comparaeur analogique Nous allons uilisé un amplificaeur opéraionnel alimené en ension coninue enre V e Vcc Exemple l amplificaeur opéraionnel LM741 courammen uilisé car proégé praiquemen conre oues les erreurs de manipulaion. Schéma de principe inerne : Boîier vu de dessus : Vcc Décalage 1 Non 8 connecée 7 E 3 Sorie Enrée inverseuse 2 7 Vcc Ao 6 E LM741 2 Enrée non inverseuse 3 Sorie 6 4 GND V 4 Décalage 5 V V S Foncionnemen en comparaeur : Si on a E > E alors V S Vcc Si on a E < E alors V S V R2 Po R1 Applicaion : V ref2 Signal d enrée Tension de référence V ref1 E 3 E Vcc 2 V 7 Ao 6 4 Décalage ou offse : Les deux bornes repérées 1 e 5 serven à compenser ou accenuer un évenuel décalage du V d une enrée par rappor à l aure. Sorie V S E V ref2 V ref1 Vcc V S pour V ref1 V Le signal d enrée es appliqué sur l enrée non inverseuse La ension de référence es appliquée sur l enrée inverseuse Le poeniomère perme de régler la ension de référence enre les valeursv ref1 e V ref2 Vcc V V S pour V ref T17X 22

23 Le comparaeur logique ou numérique Principe du comparaeur binaire : Table de vérié : Comparer deux bis a e b Schéma d un comparaeur 2 bis : a b & & & a > b 1 & a b & a < b a b a b a > b a < b Foncion logique obenue a b a. b a. b Exemple d un comparaeur logique 4 bis : MC T17X 23

24 1.5. Le suiveur Le monage suiveur reprodui en sorie un signal idenique au signal appliqué sur son enrée. Sa paricularié réside dans le fai que ce monage joue le rôle d un relais : l enrée du monage absorbe rès peu de couran par conre la sorie peu alimener plusieurs charges ; Un el monage perme d augmener le faceur de charge (buffer). La soluion echnologique es assurée par l uilisaion d amplificaeurs opéraionnels uilisés en régime linéaire ( avec boucle de conre réacion de la sorie sur l enrée inverseuse) Le monage suiveur V E I E ε I E Vcc Ao Vcc V S La sorie es bouclée sur l enrée inverseuse de l amplificaeur e le signal d enré es appliqué sur l enrée non inverseuse. On a E V S e E V E ε E E donc V S V E I E I E ( pas de courans renrans) Z E Monage amplificaeur opéraionnel Z S V S V E Z E Z S V E I E ε I E Vcc Ao Vcc V S Aenion de ne pas confondre le monage suiveur avec le monage ci conre qui foncionne en régime sauré: En effe, le signal d enrée éan appliqué sur l enrée inverseuse, la sorie varie en sens inverse e le signal ramené sur l enrée es opposé au signal d enrée : la différence sur les enrées es de plus en plus grande jusqu à sauraion de la sorie en posiif ou en négaif Le monage inverseur V E E I E ε I E E Vcc Ao Vcc V S La sorie es bouclée sur l enrée inverseuse de l amplificaeur mais le signal d enré es appliqué sur l enrée inverseuse. On a E V S V E car E ε E E donc V S V E I E I E ( pas de courans renrans) Z E Monage amplificaeur opéraionnel Z S V S V E Z E Z S 2697 T17X 24

25 1.6. L addiionneur Le sousraceur L addiionneur éabli la somme de deux données e le sousraceur éabli la différence enre deux données. Ces données peuven êre deux signaux analogiques ou bien deux mos numériques. L addiionneur e le sousraceur son donc des circuis nécessian deux enrées de données e une sorie, résula de l opéraion arihméique ou logique La soluion echnologique es assurée par l uilisaion d amplificaeurs opéraionnels linéaires uilisés comme son nom l indique pour la réalisaion d opéraions mahémaiques de signaux analogiques ou par l uilisaion de circuis inégrés spécifiques pour l addiion de deux mos numériques L addiionneur analogique ou sommaeur Exemple du sommaeur inverseur: V E1 I 1 I 2 V E2 R 1 R 2 E I E ε I E E R 3 Vcc Ao Vcc I V S ε E E (E à la masse) I E I E ( pas de courans renrans) On peu donc dire que l enrée es une masse viruelle. On peu égalemen dire que le couran raversan R 3 es la somme des courans raversan R 1 e R 2 : I I 1 I 2 La loi d ohm appliquée aux bornes des résisances R 1, R 2 e R 3 donnen : V E1 R 1. I 1 ; V E2 R 2. I 2 e V S R 3. I avec I I 1 I 2 Donc V S / R 3 V E1 / R 1 V E2 / R 2 L expression de la sorie par rappor aux enrées donne : Le signe radui bien le fai que le monage es inverseur. Si on choisi des résisances elle que R 1 R 2 R 3 R on a : V E1 V S R 3 ( ) R 1 V S (V E1 V E2 ) V E2 R Le sousraceur analogique R 1 R 3 V E1 V E2 R 4 I 2 I E ε I E R 2 Vcc Ao Vcc I 1 V S ε E E I E I E ( pas de courans renrans) E R 4. I 2 R 4. V E2 / (R 3 R 4 ) E I 1 (V E1 E ) / R 1 (E V S ) / R 2 R 2.V E1 R 2.E R 1.E R 1.V S V S E. (R 1 R 2 ) / R 1 V E1.R 2 / R 1 R 4 R 1 R 2 V S (. ) V E2 V E1 R 3 R 4 R 1 R 1 R R Si on choisi R 1 R 2 R 3 R 4 R on a : R 2 V S V E2 V E T17X 25

26 L addiionneur numérique Principe de base du ½ addiionneur binaire : Table de vérié : a b 1 & Schéma d un addiionneur 1 bi : S R a b Somme S Reenue R a b ½ A R n1 ½ A 1 S R n Foncion logique obenue Symbole : S a b R a. b a b R n1 Σ S R n Exemple d un addiionneur logique 4 bis : MC Le sousraceur numérique Le sousraceur numérique n exise pas. Lorsque l on veu sousraire deux mos binaires A B il suffi de faire la somme de A avec le complémen à 2 de B : ( le complémen à 2 es le complémen à 1 1 ) A B A B Exemple d un sousraceur 4 bis : (complémen à 2) (le résula binaire es 11) 2697 T17X 26

27 1.7. Le dérivaeur L inégraeur Le dérivaeur éabli la dérivée par rappor au emps d un signal e l inégraeur éabli l inégrale par rappor au emps d un signal. Ces signaux analogiques son appliqués à l enrée des monages pour en modifier le emps de réponse : le monage dérivaeur perme accélère le emps de réponse, le monage inégraeur raleni le emps de réponse. La soluion echnologique es assurée par l uilisaion d amplificaeurs opéraionnels linéaires uilisés comme son nom l indique pour la réalisaion d opéraions mahémaiques de signaux analogiques e d un condensaeur qui a la paricularié de se charger ou de se décharger à ravers une résisance Le monage dérivaeur ou différeniaeur V E C E I E ε I E R E Vcc Ao Vcc I V S ε E E (E à la masse) I E I E ( pas de courans renrans) L enrée es une masse viruelle. Aux bornes du condensaeur : V C V E E I C. dv E / d V S / R Donc : V S R.C. dv E d Le signal de sorie es proporionnel à la dérivée par rappor au emps du signal d enrée. V E dérivaeur V S Amélioraion du emps de réponse mais réponse bien moins précise Le monage inégraeur V E R E I E ε I E E C Vcc Ao Vcc I V S ε E E (E à la masse) I E I E ( pas de courans renrans) L enrée es une masse viruelle. Aux bornes du condensaeur : V C V S E I V E / R C. dv S / d On a : dv S / d V E / R.C Donc : V S 1 R.C V E.d Le signal de sorie es proporionnel à l inégrale par rappor au emps du signal d enrée. V E inégraeur V S Réducion du emps de réponse mais réponse bien plus précise T17X 27

28 1.8. Exercices à résoudre 1 Exercice sur le ransisor 1 Compléer pour chacun des 4 poins l éa du ransisor : passan, sauré, courcircuié ou bloqué Pour foncionner au poin P, il fau que le ransisor soi : Q, il fau que le ransisor soi : I C P Q Caracérisiques données par le ype de ransisor Droie de charge données par le circui exérieur R, il fau que le ransisor soi : R S, il fau que le ransisor soi : 2 Tracer la droie de charge de ce circui V CC 12 V R B Lampe 12 W 12 V I C (A) 1,5 1,5 S V CE I B 18 ma I B 15 ma I B 12 ma I B 9 ma I B 6 ma I B 3 ma V CE (V) 3 Placer le poin A correspondan au foncionnemen en sauraion e lire ses coordonnées : Abscisse du poin A : V CE Ordonnée du poin A I C 4 Choisir une inensié de base pour êre sûr d êre sauré. I B choisie 5 En déduire la valeur de la résisance de proecion de la base : 6 Enourer la valeur choisie dans la série E 12 : 1, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, T17X 28

29 2 Exercice sur l amplificaeur opéraionnel Réalisaion d une minuerie V CC 12V DEL S R 2 R D C R 1 R 3 e e 741 Dz R B T 1 On donne : R 1 47 kω ; R 2 1 kω ; R 3 33 kω ; C 1 µf Vcc 12 V ; V Dz 3,9 V ; V KA 24 V Vs 741 Ea 1 11 V ; Vs 741 Ea 2 V Transisor : 1N1711 ; DEL Rouge 1,8 V 2 ma G ND V 1 Décrire ce qui se passe à parir du momen où l on acionne le bouon poussoir S. 2 Quelle es la valeur de la ension e présene sur la borne du 741? 3 Quelle es la valeur de la ension aux bornes de C lorsque la sorie du CI 741 change d éa 4 En déduire le rappor /τ V c () Vcc 1 % 8 % 5 Calculer la consane de emps 6 % 4 % 6 En déduire le emps au bou duquel la lampe s éein. 2% RC 7 Déerminer la valeur de R B pour un couran de base de 5 ma (série E12) 8 Quel es le rôle de la diode Zener? 2697 T17X 29

30 2. LES MODULATEURS D ENERGIE La «mission» de l élecronique de puissance es de converir une énergie élecrique de dépar en une énergie élecrique de ension, fréquence ou ype de couran (~ ou ) différens, de valeur variable ou fixe. énergie Modulaeur énergie quelques exemples de dépar d arrivée d uilisaion ~ ~ Gradaeur U ~ VARIABLE f fixe Démarrage des moeurs ~ Éclairage variable Fours élecriques Tension ~ fixe Fréquence fixe ~ Redresseur non commandé U FIXE Récepeurs en Élecrochimie Monages élecroniques ~ Redresseur commandé U VARIABLE Moeurs à couran e viesse variable Hacheur ~ ~ Cyclo converisseur U ~ VARIABLE f variable Moeurs asynchrones ~ à viesse variable Tension fixe ~ Onduleur auonome ~ Onduleur assisé U ~ VARIABLE f fixe Récupéraion d énergie 2697 T17X 3

31 2.1. Le gradaeur La «mission» d un gradaeur es de fournir, à parir d un couran alernaif de ension fixe, une ension alernaive de valeur réglable. Symbole d un gradaeur ~ ~ Remarque : Ce symbole peuêre aussi celui d un ransfo par exemple ou même d un variaeur de viesse élecronique à couran alernaif, mais dans un ransfo la ension de sorie es fixe e dans un variaeur élecronique la fréquence aussi es variable. Il exise deux sores de gradaeur : Gradaeur à angle de phase Principe V réseau Th 1 Th 2 V Charge Charge Les gâchees des hyrisors son commandées avec un reard α.t / 2π compris enre e T / 2 correspondan à un angle de phase ou angle d amorçage compris enre e π radians. Si α, la sinusoïde es complèe. V Charge V réseau V charge Si α π, les hyrisors son amorcés au momen du changemen d alernance. V Charge 1 2 (ms) Pour α quelconque, V Charge V réseau. 1 α π sin2α 2π 2697 T17X 31

32 En riphasé Le gradaeur peu êre enre la source e le récepeur R S R S T T ou encore en aval du récepeur R R S S T T Gradaeur à rains d ondes Principe U Charge (V) T (ms) c T c On laisse passer le couran pendan un nombre n enier de périodes : c es c, le emps de conducion. Ensuie on bloque le gradaeur à l occasion d un passage à, puis on laisse passer de nouveau pendan le emps c, ec Chaque série de n alernances es appelée rain d onde. Le emps qui sépare les débus (ou les fins) de deux rains d ondes es désigné par Tc. C es la période de commande. Plus c se rapproche de T c e plus U charge es proche de U réseau. Pour exprimer cela on a défini τ, le rappor cyclique : τ c / T c avec τ 1 Pour obenir la puissance moyenne fournie au récepeur, il suffi d écrire : P moy τ. P nominale 2697 T17X 32

33 Choix d un gradaeur Premier crière : la puissance Jusqu à 3 kw, on peu uiliser un riac. Audelà, deux hyrisors êebêche. Second crière : le ype de récepeur À la différence d un résisor, un moeur a besoin d êre alimené régulièremen. Pour ce dernier, on préférera donc un gradaeur à angle de phase qui assure un «morceau d alernance» à chaque demipériode. Pour le chauffage e l éclairage en revanche, le gradaeur par rains d ondes es rès bien adapé. Peie puissance Moyenne & grosse puissances Éclairage chauffage Triac ou hyrisors Angle de phase Thyrisors Trains d ondes Démarrage de moeur en ~ Triac ou hyrisors Angle de phase Thyrisors Angle de phase Exemple de démarreur progressif Module de commande Module de puissance Consignes d enrée Traiemen des courans Microprocesseur Affichage Généraeur d impulsions Sorie des proecions Alimenaion Ce genre de démarreur perme par exemple de conrôler l accéléraion e la décéléraion du moeur, de limier son couran de démarrage, de permere le freinage par injecion de couran coninu T17X 33

34 2.2. Le redresseur non commandé Le bu du redressemen es d obenir, à parir d un couran alernaif, un couran unidirecionnel le plus proche possible du couran coninu e adapé en ension. Symbole d un pon redresseur ~ On le di «non commandé» car, une fois le ype de monage choisi, on ne peu pas agir sur la ension de sorie. Elle ne dépend que de la ension d enrée (e dans une moindre mesure de la charge). Les cinq monages de base Redressemen monoalernance Redressemen riphasé simple alernance P3 Ph I v Id Ph1 Iv Id N 23 V ~ V V Vd Charge Ph2 Ph3 3 x U 1 ~ V V Vd Charge Transformaeur à poin milieu Ph N 23 V ~ Iv V I d Vd Id Charge Peies puissances P < 8 kw Moyennes puissances 8 kw < P < 22 kw Fores puissances P > 22 kw Pon de Graëz monophasé PD 2 Pon de Graëz riphasé PD 3 Ph N 23 V ~ Iv V V Vd Id Charge Ph1 Ph2 Ph3 3 x U 1 ~ Iv V V Vd Id Charge 2697 T17X 34

35 Tension d enrée ension de sorie (formes e valeurs) Tension d enrée : ension efficace au secondaire du ransfo, noée V V sur les schémas Tension de sorie : ension moyenne aux bornes de la charge, noée V d. (souven, les récepeurs alimenés par pon redresseur son des récepeurs polarisés avec ou sans f.é.m., c es pourquoi on prend en compe la ension moyenne e non la ension efficace qui concerne l effe joule e donc pluô les résisors). Monophasé Triphasé Monoalernance V d V Vmax / π. V V / π Simple alernance P3 V d 3.V Vmax / 2 π 3. V V / 2 π À poin milieu V d V Vmax / π. V V / π Pon de Graëz PD2 V d 2.V Vmax / π 2. V V / π Pon de Graëz PD3 V d 3.V Vmax / π 3. V V / π Uilisaion du ableau de correspondance courans / ensions Le calcul des différenes grandeurs mises en jeu dans un monage redresseur peu s avérer fasidieux, aussi, pour chacun des monages, on peu déerminer la grandeur désirée ension, inensié, puissanceà parir des valeurs moyennes de sorie du pon V d ou I d. Exemple 1 : Quelle ension alernaive doion avoir au secondaire d un ransfo pour obenir une ension moyenne de 24 V à la sorie d un pon PD2? On connaî V d 24 V e on cherche V V. Sur le ableau, on li V V / V d 1,11, donc V V 1,11 x V d 1,11 x 24 V V 26,6 V Exemple 2 : Quels son les couran I e ension V RRM pour une diode d un pon redresseur P3 qui alimene une charge I d 1 A sous V d 2 V Sur le ableau, on li V RRM / V d 2,1, donc V RRM 2,1 x V d 2,1 x 2 V RRM 42 V I / I d,333, donc I 3,33 A Remarquons que V RRM n es aure que V V max. Mono al ernance Poin milieu PD2 P3 PD3 V RRM / V d 3,14 3,14 1,57 2,1 1,5 V V / V d 2,22 2,22 1,11 1,48,74 I FRM / I d 3,14 1,57 1,57 1,21 1,5 I / I d 1,5,5,333,333 Mono al ernance Poin milieu PD2 P3 PD3 V RRM / V d 3,14 3,14 1,57 2,1 1,5 V V / V d 2,22 2,22 1,11 1,48,74 I FRM / I d 3,14 1,57 1,57 1,21 1,5 I / I d 1,5,5,333, T17X 35

36 Taux d ondulaion Noé parfois η (êa) ou encore β (bêa), il es de % pour un couran coninu e devien d auan plus grand que le signal es mauvais. V d V d moy u u eff η V d moy (ms) Plus le récepeur exige un couran "propre" e plus ce aux devra êre bas (ex : pon PD3). Filrage e lissage Pour améliorer le aux d ondulaion, on peu "filrer" la ension de sorie en plaçan un condensaeur en parallèle e/ou la "lisser" à l aide d une self (bobine) de lissage placée en série avec le récepeur. Le condensaeur es d auan plus efficace que l inensié c es à dire la charge es faible alors que la self n agi que s il y a du couran (comme oue bobine, elle s oppose aux variaions du flux créées par les variaions du couran). Effes du condensaeur seul sur la ension de sorie Effes de la bobine seule sur la ension de sorie V d moy I d moy La ension "aeri" d auan plus bas que la charge es grande e la "voilure" du condensaeur peie. La bobine gêne la croissance du couran e empêche son passage par zéro, de plus elle le "rearde", elle le "décale" vers la droie Exemple de récepeur à couran coninu alimené par un pon de Graëz riphasé PD 3 avec condensaeur de filrage e bobine de lissage Ph 1 Ph 2 Ph 3 Self de lissage Condensaeur de filrage Récepeur 2697 T17X 36

37 Analyse du foncionnemen d un sysème simple : pon redresseur monoalernance 1 er principe : la loi des branches (ou la loi des mailles) se vérifie à chaque insan : V ~ enrée V diode V charge 2 ème principe : quand la diode es passane V diode 3 ème principe : quand la diode es bloquée V diode pleine ension I diode 4 ème principe : la ension RI aux bornes d un résisor es "l image" du couran I. Débi sur charge résisive V diode ~ Venrée V charge I Charge V charge 1 2 (ms) Pendan 1 ms, la diode es passane, V diode es nulle, oue la ension d enrée es aux bornes de la charge. V diode Le couran a la même forme que la ension V charge (V charge RI). 1 2 (ms) Pendan alernance négaive, la diode se bloque. C es une coupure donc V diode V enrée, il ne "rese" plus rien pour la charge, donc V charge e bien sûr, I I 1 2 (ms) Débi sur charge inducive V enrée ~ I I V diode Relais V diode R V ~ V enrée charge V charge L V charge La self crée une ension négaive pour mainenir le couran 1 2 (ms) Un relais es fai de fil de résisance R ; ce fil es bobiné, il a donc une inducance L. On dira que le schéma équivalen d un relais es un circui RL série. V diode La diode rese passane audelà des 1 ms de l alernance posiive 1 2 (ms) On sai déjà qu une bobine rearde l éablissemen du couran e qu elle s oppose à sa dispariion (Loi de Lenz). On peu l expliquer en disan qu elle emmagasine de l énergie, avan de la resiuer. I La self emmagasine de l énergie ; le couran "a du mal" à croîre La self resiue l énergie accumulée e prolonge la conducion Elle crée une f.é.m. éphémère e L.di/d 1 2 Le couran es en reard par rappor à la ension (ms) 2697 T17X 37

38 Débi sur charge avec f.c.é.m. Ph 23 V ~ N I v V V V d I d Charge ~ V diode V enrée V charge I V charge E 1 2 (ms) V diode Pendan l alernance posiive, la diode rese bloquée an que la ension ne dépasse pas la f.c.é.m. de la charge. 1 2 (ms) Le couran a la même forme que la ension V charge (V charge E RI) mais décalé vers l axe des abscisses. Pendan l alernance négaive e quand V enrée < E, la diode se bloque. C es une coupure donc V diode V enrée, il ne "rese" plus rien pour la charge, donc V charge e bien sûr, I I 1 2 (ms) Débi sur charge RLE résisive e inducive à f.c.é.m. V enrée ~ I V diode V charge Moeur V diode ~ Venrée V charge I R L V charge E La self crée une ension inférieure à E pour mainenir le couran 1 2 (ms) Un moeur es fai de fil de résisance R ; ce fil es bobiné, il a donc une inducance L. Avec la viesse, on voi apparaîre une f.c.é.m. E nnφ. On dira que le schéma équivalen d un moeur es un circui RLE série. V diode La diode rese passane audelà des 1 ms de l alernance posiive 1 2 (ms) La f.c.é.m. empêche le couran de passer an que V enrée n es pas supérieure à E. L inducance crée une ension induie négaive pour "prolonger" le couran dans le moeur, rearder sa dispariion. Si on place en parallèle une diode de roue libre (DRL), les caracérisiques V charge e V diode son les mêmes que pour un récepeur à f.c.é.m. car audelà de 1 ms, c es la DRL qui devien passane e comme elle es en parallèle avec la charge V charge devien nulle donc V diode V enrée I La self emmagasine de l énergie ; le couran "a du mal" à croîre La self resiue l énergie accumulée e prolonge la conducion Le couran n apparaî que lorsque V enrée > E 1 2 Le couran es en reard par rappor à la ension (ms) 2697 T17X 38

39 2.3. Le redresseur commandé Le redressemen simple ne perme pas de régler la ension de sorie. Un pon redresseur commandé va permere de faire varier la valeur de cee ension en foncion du pon choisi e de son «reard» à la commande des hyrisors. Pon mixe pon ou hyrisor symérique asymérique Pon redresseur non commandé (ou diode) Ph 23 V ~ N I v VV Vd I d Charge Ph1 Ph2 Ph3 I v V V Vd I d Charge V d 2. V Vomax / π 2. V Vo / π 3 x U 1 ~ V d 3. V Vomax / π 3.. V Vo / π Pon redresseur commandé mixe symérique (par rappor à un axe verical) Ph 23 V ~ N I v V V V d I d Charge Ph1 Ph2 Ph3 3 x U 1 ~ I v VV Vd I d Charge Pon redresseur commandé mixe asymérique Tension moyenne aux bornes de la charge Ph 23 V ~ I v V V Dans N le pon asymérique, les diodes jouen le rôle de roue libre au momen du blocage des hyrisors Vd I d Charge Pon mixe : V d pon mixe commandé V d pon de diodes. (1cosα) 2 Pon comple (ou hyrisor) : V d pon comple commandé V d pon de diodes. cosα avec 1 cos α 1 e α angle de conducion du hyrisor Pon redresseur comple ou pon ou hyrisor (onduleur assisé) Ph N 23 V ~ I v VV Vd I d Charge Ph1 Ph2 Ph3 I v VV Vd I d Charge 3 x U 1 ~ 2697 T17X 39

40 Angle d amorçage α Dès que sa ension V AK es posiive, une diode devien passane. Pour qu un hyrisor devienne passan, il fau en plus envoyer une impulsion V GT sur sa gâchee. Ce «reard» enre une diode e un hyrisor es appelé angle d amorçage ou angle de reard Il se noe α e se mesure en radians. Pour le converir en emps, il suffi de le muliplier par T / 2 π. Il varie de à π (audelà de oues façons, V AK < V). Dans le langage couran, on peu aussi l exprimer direcemen en ou en ms. ( < α < 18 ; ms < α < 1 ms pour une fréquence de 5 Hz) Ph N ~ T 1 T 2 T 3 T 4 V d I d Charge V charge α.t/2π 1 2 (ms) Caracérisiques f() V hyrisor V charge f() : la ension redressée es «rognée» par le reard à l amorçage. 1 2 (ms) V hyrisor f() : elle es égale à V enrée sauf quand le hyrisor es passan (V hyrisor V). I charge f() : dans un résisor elle a la même forme que la ension V charge (loi d Ohm). I charge 1 2 (ms) Redressemen commandé monoalernance sur charge RLE résisive e inducive à f.c.é.m. V enrée V hyrisor ~ V charge I Moeur V hyrisor ~ V enrée Vcharge I R L V charge E α T / 2π La self crée une ension inférieure à E pour mainenir le couran 1 2 (ms) Un moeur es fai de fil de résisance R ; ce fil es bobiné, il a donc une inducance L. Avec la viesse, on voi apparaîre une f.c.é.m. E nnφ. On dira que le schéma équivalen d un moeur es un circui RLE série. V diode La diode rese passane audelà des 1 ms de l alernance posiive 1 2 (ms) La f.c.é.m. empêche le couran de passer an que V enrée n es pas supérieure à E. Mais il fau encore que la gâchee ai reçu une impulsion V GT. L inducance crée une ension induie négaive pour "prolonger" le couran dans le moeur, rearder sa dispariion. I La self emmagasine de l énergie ; le couran "a du mal" à croîre La self resiue l énergie accumulée e prolonge la conducion Le couran n apparaî qu après l impulsion V GT 1 2 Le couran es en reard par rappor à la ension (ms) 2697 T17X 4

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