CONVERSION CONTINU-ALTERNATIF

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1 Edition 1-03/12/2017 CONVERSION CONTINU-ALTERNATIF CHAÎNE D INFORMATION ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE CHAÎNE D ENERGIE ACTION Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 1/12

2 Problématique Edition 1-03/12/2017 PROBLEMATIQUE «Pour piloter des machines asynchrones ou synchrones, il faut être en mesure de piloter la fréquence d un signal sinusoïdal. De même, pour assurer une alimentation sans interruption, il peut être nécessaire de convertir une source de tension continue en source de tension sinusoïdale. C est le rôle des onduleurs» B - MODELISER B1 : Identifier et caractériser les grandeurs physiques Identifier les pertes d énergie dans un convertisseur statique agissant sur un système d énergie, dans un actionneur ou dans une liaison Associer un modèle aux constituants d une chaîne d énergie B2 : Proposer un modèle de connaissance et de Adapter la typologie d un convertisseur statique à la nature des comportement sources C - RESOUDRE C1 : Choisir une démarche de résolution Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants des tensions, des puissances échangées, des énergies transmises ou stockées Déterminer les courants et les tensions dans les composants C2 : Procéder à la mise en oeuvre d une démarche de Déterminer les puissances échangées résolution analytique Déterminer les énergies transmises ou stockées Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 2/12

3 Sommaire Edition 1-03/12/2017 Sommaire A. Généralités! 4 A.1.Problématique 4 A.2.Structure d un onduleur 4 B. Convertisseur en pont à commande symétrique! 5 B.1.Principe de fonctionnement 5 B.2.Forme d onde et spectre de fréquence 6 C. Convertisseur en pont à commande décalée! 7 C.1.Principe 7 C.2.Forme d onde et spectre de fréquence 8 D. Convertisseur en pont à MLI! 9 D.1.Principe 9 D.2.Commande des interrupteurs 10 E. Notes personnelles! 11 Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 3/12

4 A. Généralités Généralités Edition 1-03/12/2017 A.1. Problématique Ce cours traite des onduleurs, dont la fonction est de convertir une tension continue en une tension sinusoïdale dont les caractéristiques de tension efficace et de fréquence sont réglables. Leurs domaines d application sont essentiellement : le pilotage des machines asynchrones et synchrones. Dans ce cas, la tension d alimentation d origine est celle du réseau triphasé, qui est redressé puis ensuite converti en tension sinusoïdale dont les caractéristiques sont maîtrisées les alimentations sans interruptions, afin de protéger les équipements sensibles ou qui ne tolèrent pas d interruption de leur source d alimentation. Dans ce cas, la tension d alimentation d origine est issue de batteries qui fournissent une tension continue qui sera ensuite convertie par l onduleur. Il s agit alors le plus fréquemment d onduleurs en monophasé A.2. Structure d un onduleur Les onduleurs vont utiliser le même principe que les hacheurs, à savoir le découpage d une tension continue de façon à moduler la tension délivrée aux bornes de la charge. C est la façon dont cette tension est découpée qui distinguera les onduleurs des hacheurs. Les composants utilisés sont donc les mêmes, à savoir des interrupteurs commandés (transistors MOSFET, IGBT) auxquels on associe des diodes afin d assurer la réversibilité en courant Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 4/12

5 Convertisseur en pont à commande symétrique Edition 1-03/12/2017 B. Convertisseur en pont à commande symétrique B.1. Principe de fonctionnement La structure dans le cas d un onduleur est représentée ci-dessous. La charge est supposée inductive R+L (respectant ainsi les règles d association des sources) La notion de rapport cyclique α vue lors de l étude des hacheurs est reprise ici. On notera T la période de découpage T1 D1 K1 T2 D2 K2 VS T3 D3 T4 D4! K3 K4 Comportement pour 0 t < αt : T1 et T3 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S = E Comportement pour αt t < T : T2 et T4 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S = E Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 5/12

6 Convertisseur en pont à commande symétrique Edition 1-03/12/2017 B.2. Forme d onde et spectre de fréquence Le régime transitoire s installe à chaque commutation, et la forme d onde est alors la suivante : Ce type de commande génère de nombreuses harmoniques, préjudiciables au facteur de puissance et à la qualité du signal (ci-dessous le spectre de fréquence pour un signal de fréquence souhaitée de 50 Hz) Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 6/12

7 Convertisseur en pont à commande décalée Edition 1-03/12/2017 C. Convertisseur en pont à commande décalée C.1. Principe Dans cette commande, les interrupteurs K2/K4 commutent de façon alternative, de même que les interrupteurs K1/K3, mais le cycle de commutation de ces derniers est décalé de t 0 : T1 D1 K1 T2 D2 K2 VS T3 D3 T4 D4 K3 K4 Comportement pour 0 t < t 0 : T4 et T3 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S = 0 Comportement pour t 0 t < T 2 : T4 et T1 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S = E Comportement pour T 2 t < T 2 + t 0 : T2 et T1 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S = 0 Comportement pour T 2 + t 0 t < T : T2 et T3 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S = E Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 7/12

8 Convertisseur en pont à commande décalée Edition 1-03/12/2017 C.2. Forme d onde et spectre de fréquence Le forme d onde est à présent la suivante :!! T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 On constate que le spectre de fréquence présente une fondamentale marquée à 50Hz, et essentiellement une harmonique de rang 3 :!!! Les harmoniques de rang multiples de 3 sont supprimées pour α = 30 Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 8/12

9 Convertisseur en pont à commande décalée Edition 1-03/12/2017 D. Convertisseur en pont à MLI D.1. Principe La structure reste la même, mais le pilotage est plus sophistiqué, avec des largeurs d impulsion variables. Comme pour les hacheurs, on distingue le pilotage unipolaire et le pilotage bipolaire : Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 9/12

10 Convertisseur en pont à commande décalée Edition 1-03/12/2017 D.2. Commande des interrupteurs Une façon simple de déterminer les commandes des interrupteurs est de comparer la tension de référence désirée (appelée modulante) à un signal triangulaire appelé porteuse, dont la fréquence est supérieure à la fréquence de la modulante. On parle de commande «sinus-triangle» Le résultat de la comparaison commande directement les interrupteurs (ici en commande bipolaire) : L amplitude est réglée en adaptant l amplitude de la modulante. Sur une charge RL, l allure du courant dans la charge et de la tension à ses bornes est représentée cidessous : Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 10/12

11 E. Notes personnelles Notes personnelles Edition 1-03/12/2017 Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 11/12

12 Notes personnelles Edition 1-03/12/2017 Crédits : Lycée Jules Ferry Cannes ats.julesferry.cannes@gmail.com 12/12