Chapitre 8 : Onduleur autonome de tension

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1 Terminale GT hapire 8 : Onduleur auonome de ension I / préambule : inerrupeurs en élecronique de puissance 1. diode à joncion 2. ransisor bipolaire II / principes des onduleurs auonomes 1. définiion 2. symbole 3. remarque III / onduleur de ension monophasé à deux inerrupeurs 1. principe de foncionnemen sur charge résisive 2. foncionnemen sur charge inducive 3. exercice IV / onduleur de ension monophasé en pon ( 4 inerrupeurs ) 1. monage 2. principe 3. foncionnemen 4. exercice V / ude de l onduleur à commande décalée M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1

2 Terminale GT I Préambule : inerrupeurs en élecronique de puissance 1. Diode à joncion U d A I d La diode es un dipôle passif réalisé en semi conduceur (silicium + impureé). es un composan polarisé : il ne foncionne pas de la même façon dans un sens que dans l aure. La borne A s appelle l anode. La borne K es la cahode, symbolisée par un rai verical. K Idéalisaion Inerrupeur ouver a bloqué I d a passan Inerrupeur fermé U d 2. le ransisor bipolaire Un ransisor bipolaire es un semi-conduceur comporan deux joncions PN. Il exise deux ypes de ransisors : les NPN e les PNP. Le ransisor bipolaire compore donc 3 paries : Deux zones N séparées par une zone P pour le ransisor NPN ; Deux zones P séparées par une zone N pour le ransisor PNP. Transisor NPN Transisor PNP V B B I B I I V V B B I B I I V La flèche donne le sens passan (de P vers N) La flèche donne le sens passan (de P vers N) Toues les grandeurs son négaives. On a oujours I = I + I B M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 2

3 Terminale GT Transisor en régime linéaire. Pour un foncionnemen linéaire du ransisor il fau que l inensié I B du couran de base soi comprise enre 0 e I BSAT. Le ransisor foncionne en amplificaeur de couran : I = β I avec une amplificaion β. Transisor bloqué. Un ransisor es bloqué si : les courans I B e I son nuls e la ension V es maximale. B Le ransisor es équivalen à un inerrupeur ouver enre le colleceur e l émeeur. I = 0 V Transisor sauré. Le couran I rese consan même si le couran I B varie le couran I es au maximum e la ension V es nulle. Le ransisor es équivalen à un inerrupeur fermé enre le colleceur e l émeeur. I SAT V =0 M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 3

4 Terminale GT II / principes des onduleurs auonomes 1. définiion un onduleur de ension es un converisseur saique qui perme une conversion de la grandeur d enrée coninue, en grandeur de sorie alernaive. 2. symbole 3. remarque l onduleur es auonome si sa fréquence es indépendane de la sorie. III / Onduleur de ension monophasé à deux inerrupeurs 1. principe de foncionnemen sur charge résisive a) schéma harge i c K 1 u c K 2 b) principe lorsque K 1 es fermé e K 2 ouver : u c = 1 harge M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) u c 4

5 Terminale GT lorsque K 2 es fermé e K 1 ouver : u c = - harge u c u c - i c /R -/R K 1 K 2 K 1 K 2 K 1 Inerrupeurs fermés 2. foncionnemen sur charge inducive a) inerrupeurs avec une charge inducive, couran e ension son déphasés donc l annulaion du couran i e celle de la ension u ne son pas simulanées. Quand u c >0 (u c = ) (K 1 fermé) i sera anô négaif, anô posiif. Donc K 1 doi acceper un couran dans les deux sens. Idem pour K 2. M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 5

6 Terminale GT Il fau donc que les inerrupeurs soien bidirecionnels. i c D 1 T 1 NPN D 2 T 2 PNP K 1 i c > 0 : T 1 condui i c < 0 : D 1 condui K 2 i c i c > 0 : D 2 condui i c < 0 : T 2 condui b) Foncionnemen R L i c D 1 T 1 u c D 2 T 2 K 1 K 2 Inerrupeurs fermés u c T/2 T - i c 1 2 D 1 T 1 D 2 T 2 lémens passans M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 6

7 Terminale GT 0 à T/2 : lorsque K 1 es fermé : K 2 es ouver, u c = i c < 0 : D 1 condui (0 à 1 ) i c > 0 : T 1 condui ( 1 à T/2) 0 à T/2 : lorsque K 1 es fermé : K 2 es ouver, u c = i c < 0 : D 1 condui (0 à 1 ) i c > 0 : T 1 condui ( 1 à T/2) c) remarques la période T de u (ie f=1/t) es imposée par la commande des inerrupeurs K 1 e K 2. La valeur efficace de u es U =. Pendan les durées de conducion de D 1 e D 2, la charge fourni de l énergie à la source de ension (p<0) : ce son des phases de récupéraion. 3. xercice On éudie le converisseur représené par le schéma ci dessous : R L i D 1 i D1 i T1 T 1 K 1 u D 2 i D2 i T2 T 2 K 2 K 1 K 2 Inerrupeurs fermés u T/2 T - i M. Dedieu 1 ; Lycée J.Perrin 2 (95) 7

8 Terminale GT 1/ Préciser les élémens passans 2/ Tracer i T1, i D1, i D2, i T2. 3/ Préciser pour les différens inervalles de emps, dans quel sens a lieu le ransfer d énergie. IV / onduleur de ension monophasé en pon (4 inerrupeurs) 1. monage T 1 K 1 NPN T 4 D 1 K 4 PNP D 4 i R u L D 2 D 3 T 2 NPN PNP T 3 K 2 K 3 Pendan que K 1 e K 3 son fermés, K 2 e K 4 son ouvers e inversemen. M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 8

9 Terminale GT 2. principe K 1 K 3 K 2 K 4 Inerrupeurs fermés u T/2 T - i 1 2 D 1 T 1 D 2 T 2 D 3 T 3 D 4 T 4 lémens passans 3. foncionnemen de 0 à T/2 : K 1 e K 3 fermés ; K 2 e K 4 ouvers donc u = de 0 à 1 : i<0 donc D 1 e D 3 conduisen ; p<0 de 1 à T/2 : i>0 donc T 1 e T 3 conduisen ; p>0 de T/2 à T : K 2 e K 4 fermés ; K 1 e K 3 ouvers donc u = - de T/2 à 2 : i>0 donc D 2 e D 4 conduisen ; p<0 de 1 à T/2 : i<0 donc T 2 e T 4 conduisen ; p>0 M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 9

10 Terminale GT 4. exercice on réalise le monage ci-conre en uilisan 4 inerrupeurs foncionnan deux par deux. On a = 24V e R = 100Ω. Le foncionnemen des inerrupeurs es résumé sur le diagramme ci dessous. i S i K1 K 2 K 1 K 2 i u K 3 1/ représener en foncion du emps les allures de u ; i ; i K1 ; i S. 2/ déerminer les valeurs moyenne e efficace de i. V / ude de l onduleur à commande décalée. Voir devoir à la maison : planche 8 bis. M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 10

11 Terminale GT Docs élève M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 11

12 Terminale GT 1. Diode à joncion I Préambule : inerrupeurs en élecronique de puissance U d A I d La diode es un dipôle réalisé en. (silicium + impureé). es un composan. : il ne foncionne pas de la même façon dans un sens que dans l aure. La borne A s appelle. La borne K es la.., symbolisée par un rai verical. K Idéalisaion Inerrupeur ouver a bloqué I d a passan Inerrupeur fermé U d 2. le ransisor bipolaire Un ransisor bipolaire es un. comporan deux joncions PN. Il exise deux ypes de ransisors : les. e les. Le ransisor bipolaire compore donc 3 paries : Deux zones N séparées par une zone P pour le ransisor NPN ; Deux zones P séparées par une zone N pour le ransisor PNP. Transisor NPN Transisor PNP V B B I B I I V V B B I B I I V La flèche donne le sens passan (de P vers N) La flèche donne le sens passan (de P vers N) Toues les grandeurs son négaives. On a oujours.. M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 12

13 Terminale GT Transisor en régime linéaire. Pour un foncionnemen linéaire du ransisor il fau que l inensié I B du couran de base soi comprise enre 0 e I BSAT. Le ransisor foncionne en amplificaeur de couran : I = β I avec une amplificaion β. Transisor bloqué. Un ransisor es bloqué si : les courans I B e I son nuls e la ension V es maximale. B Le ransisor es équivalen à un inerrupeur ouver enre le colleceur e l émeeur. I = 0 V Transisor sauré. Le couran I rese consan même si le couran I B varie le couran I es au maximum e la ension V es nulle. Le ransisor es équivalen à un inerrupeur fermé enre le colleceur e l émeeur. I SAT V =0 M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 13

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