CS Conversion statique d énergie cours CS-5 onduleur monophasé. Cours CS 5. La conversion continu-alternatif

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1 Cours Cours CS 5 La conversion continu-alternatif TSI1 TSI2 Période L onduleur monophasé Cycle 1 : Matériaux-Conversion statique Durée : 4 semaines X X Réseau Tri 400 V Onduleur Triphasé MODELISER Associer les grandeurs physiques aux échanges d énergie et à la transmission de puissance Proposer des hypothèses simplificatrices en vue de la modélisation Décrire les évolutions temporelles des grandeurs dans la chaîne d énergie 1- Introduction : Vs Un convertisseur continu-alternatif permet d obtenir une tension alternative (éventuellement réglable en fréquence et en amplitude) à partir d une source de tension continue. Ve Ie DC AC Is Il faudra donc veiller à respecter la règle d association des sources de tension et courant. L'étude se limitera à l'onduleur autonome en pont (commande symétrique, décalée puis MLI) dans lequel les interrupteurs seront supposés parfaits avec une charge inductive. Lycée Jules Ferry Page 1 sur 5 TSI2

2 2- Convertisseur en pont à commande symétrique : 2-1 Principe de fonctionnement : Analyse : pour 0 t < αt : T1 et T4 sont commandés. La tension de sortie Vs vaut +E pour αt t < T : T2 et T3 sont commandés. La tension de sortie Vs vaut -E La décomposition en Série de Fourier de la tension de sortie donne :. Ce signal est donc constitué de beaucoup d harmoniques qui ont pour conséquence de dégrader le facteur de puissance et générer des harmoniques de couple dans les moteurs. RESOUDRE Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants, des tensions, des puissances échangées. Déterminer les courants et les tensions dans les composants 3- Convertisseur en pont à commande décalée : 3-1 Principe de fonctionnement : Analyse pour 0 t < T : de 0 à t 0 : T3 et T4 sont commandés, v S = 0V de t 0 à T/2 : T1 et T4 sont commandés, v S = +E de T/2 à T/2+t 0 : T1 et T2 sont commandés, v S = 0V de T/2+t 0 à T/2+t 1 : T3 et T2 sont commandés, v S = -E Lycée Jules Ferry Page 2 sur 5 TSI2

3 t 0 t 1 T3 D4 D1 T1 D3 T3 T4 D2 T2 D4 2-2 Etude spectrale : Cette fois-ci, la Décomposition en Série de Fourier de la tension de sortie donne l expression suivante :..... On constate que si α = 30, les harmoniques multiples de 3 s annulent. Analysons le spectre de la tension de sortie v S et du courant i pour un décalage de 30 : La commande décalée de 30 est une première amélioration pour l'onduleur en pont 4- Convertisseur en pont à commande MLI : 4-1 Principe de fonctionnement : La structure électrique est toujours la même (pont à 4 transistors et 4 diodes). La commande est plus complexe. il existe deux types de commandes : unipolaire et bipolaire présentant un grand nombre de commutations par période avec des ouvertures et des fermetures d'interrupteurs de durées modulées. La tension de sortie v S présente alors des "impulsions" de largeurs variables (Modulation de Largeur d'impulsion). Lycée Jules Ferry Page 3 sur 5 TSI2

4 Un exemple d'allure de v S est représenté ci-après pour chaque type de commande : Commande MLI Bipolaire Commande MLI unipolaire 4-2 Etude spectrale : On est toujours dans le cas d'un signal de sortie de type "alternatif" et si possible, proche d'une sinusoïde. Analysons le spectre de la tension de sortie v S et du courant i pour une commande MLI avec 10 impulsions par période : Le spectre nous indique clairement que le courant est très proche d'une sinusoïde. Le récepteur a filtré la tension v S. L'intérêt de la commande MLI est d'avoir un courant quasi-sinusoïdal. Cependant, des harmoniques à hautes fréquences sont présentes et peuvent perturber l'environnement par rayonnement électromagnétique. Ceci dit, les harmoniques de hautes fréquences seront plus facilement éliminés avec l utilisation de filtres de taille réduite. Lycée Jules Ferry Page 4 sur 5 TSI2

5 5- Domaines d application : Onduleur de secours pour le matériel informatique : L'onduleur de secours permet d'assurer la continuité de l'alimentation en cas de coupures sur le réseau. Il permet aussi de filtrer les éventuels défauts de la tension du réseau (parasites ou surtensions). La structure comprend un accumulateur avec dispositif de charge et un onduleur avec sortie. Variation de vitesse des moteurs à courant alternatif : L'intérêt de l'onduleur est de pouvoir produire une tension alternative réglable en amplitude et en fréquence. La vitesse des moteurs synchrones et asynchrones est directement liée à la fréquence d'alimentation; un onduleur réglable en fréquence permettra donc de faire varier la vitesse de ces moteurs. 6- Puissances des convertisseurs : Considérons un convertisseur statique quelconque relié à un récepteur. Nous adopterons la convention "générateur" pour le convertisseur et donc la convention "récepteur" pour le récepteur (schéma ci-dessous) avec un courant considéré comme sinusoïdal : On se retrouve ici avec un signal tension non sinusoïdal, il faudra donc connaître la valeur efficace de la tension de sortie V S ainsi que celle de son fondamental V S1. (φ déphasage du courant par rapport au fondamental de la tension) Puissance active : Puissance réactive :..!.. Puissance apparente :. Facteur de puissance : " # Lycée Jules Ferry Page 5 sur 5 TSI2