Chapitre 1 Convertisseurs alternatif/continu

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1 Lycée La Fayee Page CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Chapre Conversseurs alernaf/connu. GENERALIES n conversseur alernaf/connu perme d almener une arge sous une enson connue évenuellemen réglable à parr d une source de enson alernave comme le réseau EF par exemple. V réglable Commande évenuelle Pas de commande : V consane : redresseurs non-commandés à dodes, Avec commande : V varable : redresseurs commandés à hyrsors e possblé de fonconnemen en onduleur de couran réversblé du monage.

2 Lycée La Fayee Page CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque. RERESSEEN NON-COANE ONOPHASE.. La dode :... Représenaon : La dode es un dpôle composan possédan deux bornes : A : anode e K : cahode enson anode/cahode : enson drece forward F : v v AK v A v K ou v F pour forward couran drec forward : ou F c'es-à-dre le couran crculan de l anode vers la cahode.... Caracérsque saque : A l éa passan, la dode es assmlable à un généraeur de enson V S en sére avec une réssance dynamque r d. On a : v d V + r S d d V S :enson de seul,6 à,4 V. r d : réssance dynamque, à mω. V RR : enson nverse reverse maxmale supporée sans danger en régme répéf. L nensé nverse de la dode n es pas ou à fa nulle quelques µa à quelques ma ; de plus elle augmene avec la enson nverse jusqu au momen ou l y a avalane desrucve cela se produ pour une enson nverse v AK < -V RR. Pour l éude des conversseurs saques, on déalse souven la caracérsque : Crcu fermé La dode es un composan non-commandé undreconnel en couran. Crcu ouver

3 Lycée La Fayee Page 3 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Il es souven nécessare de calculer les peres en conducon d une dode pour dmensonner les dsspaeurs hermques. La pussance nsananée absorbée par la dode vau : v p Les peres en conducon son égalen à la valeur moyenne de la pussance nsananée : d v p p ce qu donne : + + d S d d S d r d V d r V p or on défn la valeur moyenne de par : moy d e la valeur effcace de par : eff d I On en dédu la formule souven employée en praque des peres en conducon de la dode : S I r V p +

4 Lycée La Fayee Page 4 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque.. Redressemen mono-alernance sur arge réssve pure : Le généraeur de enson fourn une enson snusoïdale : u sn ω sn ω es la valeur effcace de cee enson snusoïdale 3 V sur le réseau EF.

5 Lycée La Fayee Page 5 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque moy avec la pérode e Pour effecuer le calcul, l es préférable de fare un angemen de varable : Pour une pérode du sgnal v ω Alors v ω d ω d ω [ ω ] + sn cos Calcul de la enson moyenne : v v v d sn ω d onc v, 45 On peu en dédure la valeur moyenne du couran de arge : v R R La valeur effcace du couran de arge do se calculer par : I d ω ω R sn ω d ω on se ser de cos x sn x R.3. Redressemen double alernance : monage avec ransformaeur à pon mleu au secondare monage P

6 Lycée La Fayee Page 6 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque La valeur de la enson moyenne aux bornes de la arge se dédu faclemen du redressemen mono-alernance, en effe c nous avons un redressemen sur aque alernance, la enson moyenne es donc doublée : v,9.4. Redressemen double alernance : monage en pon de Graëz monage P

7 Lycée La Fayee Page 7 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque.4.. Eude sur arge réssve : Idenque au monage avec ransformaeur à pon mleu en ce qu concerne l allure de la enson redressée v. v, 9 v R

8 Lycée La Fayee Page 8 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque.4.. Eude sur arge nducve R, L : La self L a un rôle unque : c es de lsser le couran. Ans souven sur arge nducve, on consdère que : I consane v, 9 v R I eff I

9 Lycée La Fayee Page 9 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque La forme de la enson v ne ange pas par l adjoncon de la bobne, celle-c agssan unquemen sur le couran : La enson v es mposée par le réseau alernaf. Le couran es mposé par la arge R L. d En effe, on a : v R + L d avec v snω suvan la dem-pérode concernée. + La forme exace du couran se dédu en résolvan l équaon dfférenelle. On rouve : R + L ω sn ω φ + snφ e R L avec Lω φ arcan R Le défau majeur d un el monage se sue coé réseau alernaf. En effe, le couran fourn a une allure carrée, ce qu mplque un ceran nombre d harmonques 3, 5, 7 ec. Cee forme carrée du couran a pour effe mméda de déformer la snusoïde réseau EF, enraînan des peres par éauffemen. n flre à harmonques sera donc oblgaoremen assocé au monage redresseur sur arge nducve pour êre commercalsé.

10 Lycée La Fayee Page CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque 3. RERESSEEN COANE ONOPHASE 3.. Le hyrsor : Le hyrsor possède ros bornes : eux bornes pussance : A : anode e K : cahode ne borne de commande : G : gaee Pour amorcer un hyrsor le rendre conduceur, l fau : envoyer une mpulson de gâee posve pour cela, on mpose une enson v GK > pendan un cours nsan, ce qu enraîne un couran G > ; la pussance absorbée par cee commande resan ouefos rès pee, e manenr une enson v AK > e fare en sore par un ox judceux de la arge que le couran h > manen Pour désamorcer un hyrsor l ouvrr, l mpulson de gâee n a aucun effe. Il fau : manenr une enson v AK < pendan un emps suffsammen long el que > q emps de désamorçage du hyrsor. Il rese bloqué même s v AK redeven posve. ou dmnuer par un ox judceux de la arge le couran h el que h > manen. La enson de seul V S,5V es supéreure à celle d une dode de redressemen ; les peres en conducon seron donc plus mporanes.

11 Lycée La Fayee Page CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque 3.. Redressemen commandé mono-alernance : L angle de reard à l amorçage α es compé à parr de la commuaon naurelle de la dode équvalene. Pour ce monage, le réglage de α peu se fare sur l nervalle : < α <

12 Lycée La Fayee Page CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque moy a a avec la pérode e Calcul de la enson moyenne : v v v d sn ω Pour effecuer le calcul, l es préférable de fare un angemen de varable emps par angle : Pour une pérode de v θ ω Alors : sn ω ω + ω v d d [ cosω ] [ + cosα ] α α d onc v + cosα + cosα, Redressemen commandé double alernance : monage avec ransformaeur à secondare à pon mleu P : Eude sur arge réssve :

13 Lycée La Fayee Page 3 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Calcul de la enson moyenne : Ic, une pérode de v correspond à un angle : θ ω Alors : v v d sn ω d ω [ cosω ] [ + cosα ] α a α onc v + cosα + cosα,9

14 Lycée La Fayee Page 4 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Eude sur arge nducve R, L :

15 Lycée La Fayee Page 5 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Calcul de la enson moyenne : Ic, une pérode correspond à un angle : θ ω Alors : v a v d + α α onc sn + α ω d ω [ cosω ] [ cos + α + cosα ] v cosα,9 cosα α 3.4. Redressemen commandé double alernance : monage en pon de Graëz monage P. Eude de la réversblé : On suppose dans cee pare que le couran de arge es parfaemen lssé, ce qu mpose une arge nducve R, L. e plus, pour éuder la réversblé du dsposf, la arge do êre acve, on lu adjon donc un généraeur de enson connu E. Les hyrsors son commandés deux par deux h e h4 sur l alernance posve pus h e h3 sur l alernance négave. Le décleneur do soler galvanquemen oues les mpulsons.

16 Lycée La Fayee Page 6 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Pour α /, la enson v a la même allure que celle du monage à ransformaeur à pon mleu. On a donc : v cosα,9 cosα

17 Lycée La Fayee Page 7 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Nous allons vor que cee formule es auss valable pour un angle de reard à l amorçage α el que : < α <. Pour <α < / : v > : c es le fonconnemen en redresseur. Pour / <α < : v < : nous allons vor que cela correspond à une nverson du sens de ransfer de l énerge : c es le fonconnemen en onduleur de couran. Exprmons la pussance absorbée par la arge : P v v I car I consane

18 Lycée La Fayee Page 8 CPGE AS cours de scences ndusrelles géne élecrque Ce qu donne P I cosα Cee pussance es en fa fourne par la source alernave EF e ranse par le fondamenal du couran. En effe : P réseau I fond cosφ Avec : φ : le déphasage enre I fondamenal e : φ α I fondamenal : valeur effcace du sgnal carré : I fondamenal I, 9I Le sgne de la pussance absorbée par la arge dépend donc du sgne de cosα : Pour <α < / : P > : l énerge va du réseau alernaf vers la arge R, L, E ; c es le fonconnemen en redresseur. Pour / <α < : P < : l énerge es donc à présen fourne par la arge R, L, E en fa par le généraeur de enson connu E qu joue le rôle de source d énerge, c es le fonconnemen en onduleur de couran, EF absorbe alors l énerge qu on lu envoe grauemen pour nore par!. Il fau ouefos noer que le couran rese oujours posf, on d que la arge es undreconnelle en couran on peu la remplacer par une source de couran connu. En ravallan à couran de arge non nul, c es à dre en lssan ce même couran pour ravaller en conducon nnerrompue, e en supposan que la arge pusse devenr acve avec E ; le réglage de l angle de reard à l amorçage perme de passer de façon connue du fonconnemen redresseur au fonconnemen onduleur. La caracérsque de arge v f I à α consane possède alors l allure suvane :

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