Interrupteurs de puissances

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1 Interrupteurs de puissances électronique de puissance permet de faire une conversion d énergie entre deux sources électriques continues ou s ; nous sommes donc à la frontière entre électrotechnique, où la notion de rendement est primordiale, et électronique, où l on va surtout s intéresser à la forme du signal. ifférents types de convertisseurs On distingue plusieurs type de convertisseur : - les redresseurs, commandés ou non, qui réalisent une conversion d une source vers une source continue ( d une MCC par exemple à partir du réseau de distribution électrique) ; - les onduleurs autonomes qui fournissent une tension à partir d une source continue ( d un moteur synchrone à partir d une batterie par exemple ) - les onduleurs assistés qui renvoient de l énergie d une source continue (une MCC fonctionnant temporairement en génératrice par exemple) vers le secteur de distribution d énergie ; - les onduleurs à résonance qui utilisent les propriétés d un circuit résonant pour créer une source sinusoïdale de fréquence fixe à partir d une source continue (utilisé en chauffage industriel par exemple) ; - les gradateurs qui réalisent une conversion d une source vers une source sans changement de fréquence (commande d éclairage par exemple) ; - les cyclo-convertisseurs qui réalisent une conversion directe d une source vers une autre source de fréquence différente, en vue d alimenter par exemple un moteur asynchrone en vitesse variable ; - les hacheurs qui font une conversion d une source continue vers une autre ( à découpage par exemple). a notion de rendement énergétique étant primordiale en électronique de puissance, on évitera tout composant dissipatif dans la partie puissance du circuit, qui sera donc composé : - de dipôles réactifs, inductance ou condensateur ; - de composants actifs (diodes et transistors divers) fonctionnant en commutation. e principe de la conversion consiste à emmagasiner de l énergie dans le circuit magnétique d une inductance ou dans le circuit diélectrique d un condensateur, et de restituer cette énergie à une source en changeant la topologie du circuit ; le changement de topologie est réalisé par la commutation des composants actifs. e type de composants actifs dépend de la puissance mise en jeu ; d une manière générale, plus cette puissance est élevée, plus la fréquence de découpage est faible, le tandem «puissance fréquence» constituant une limite technologique. Afin de caractériser les composants, on préfère parler de pouvoir de coupure en V.A plutôt que de puissance (en W), ceux-ci étant en effet : - soit bloqués, le courant les traversant étant alors nul, - soit saturés, la tension à leurs bornes étant alors très faible, le but étant d avoir toujours la puissance dissipée dans le composant la plus faible possible. a figure suivante donne une idée des composants utilisés suivant la gamme d utilisation ; les diodes employées systématiquement n apparaissent pas sur ce graphique. enis abasté / IUFM Aix Marseille

2 conversion continu-continu et à découpage pouvoir de coupure (kva) thyristor GTO thyristor IGBT transistor MOS fréquence de commutation (khz) Exemples d applications sur hacheur abaisseur.. Hacheur à transistor MOS (faible puissance, fréquence élevée) T commande C a commande est de type MI (Modulation de largeur d impulsion ou PWM : Pulse Width Modulation)... Hacheur à transistor IGBT (puissance moyenne, fréquence moyenne) commande enis abasté / IUFM Aix Marseille

3 conversion continu-continu et à découpage a commande est de type MI. Exemple d application : commande de moteur à courant continu de quelques kw... Hacheur à thyristor (puissance moyenne, fréquence moyenne) Th commande amorçage (par gachette) et blocage (par Vak)... e thyristor e thyristor est amorcé par une impulsion de courant, d amplitude et durée suffisante, envoyée de la gâchette vers la cathode, lorsque sa tension anode cathode est positive. e thyristor se bloque lorsque le courant d anode s annule ans cet exemple, le blocage se fait par l application d une tension Vak négative, ce qui provoque le passage par 0 du courant. Exemples d applications : commande des moteurs à courant continu des premières générations de T.G.V. edresseurs monophasés commandés. edresseur mixte (diodes thyristors) Q Q 4 a charge est ici un circuit série afin de simplifier. ans la pratique, il s agit généralement d un moteur à courant continu. a tension de sortie du pont est une tension unidirectionnelle positive, dont l amplitude (donc la vitesse du moteur) est réglée par le temps de retard à l amorçage des thyristors. enis abasté / IUFM Aix Marseille

4 conversion continu-continu et à découpage. edresseurs tout thyristor Q Q Q Q4 a charge est ici un circuit série afin de simplifier. ans la pratique, il s agit généralement d un moteur à courant continu. a tension de sortie du pont peut être positive ou négative. amplitude (donc la vitesse du moteur) est réglée par le temps de retard à l amorçage des thyristors. e courant étant toujours de même signe ; lorsque la tension est négative, la machine à courant continu fonctionne en génératrice et fourni de l énergie au réseau. Ce fonctionnement peut être utilisé pour freiner un moteur. 4 edresseurs triphasés commandés utilisation d une triphasée permet de réduire l ondulation de tension et de courant en sortie. ans le cas d un pont mixte, la tension de sortie ne peut être que positive, la machine à courant continu (modélisé ici par une force électromotrice en série avec une inductance) ne peut fournir d énergie à l (pas de freinage possible). triphasée. ans le cas d un pont tout thyristor, la tension de sortie peut être négative triphasée Q Q Q Q4 Q5. Q6 enis abasté 4/4 IUFM Aix Marseille

5 conversion continu-continu et à découpage 5 Gradateur (convertisseur alternatif alternatif) CHAGE IAC TIAC C 5. e triac Pour amorcer les triac, il faut envoyer une impulsion de courant, d amplitude suffisante (voir documentation constructeur) de la gâchette vers la cathode. Cette impulsion peut être positive ou négative, de même que la tension anode cathode. e triac s amorce cependant mieux si courant de gâchette et tension anode cathode sont de même signe. e triac se bloque lorsque son courant d anode s annule. 5. a diac a iac (diode for current) devient passant lorsque la tension à ses bornes dépasse V, dans un sens ou l autre. Une fois la diac passante, la tension à ses bornes chute alors à V. a diac se bloque lorsque le courant la tranversant s annule. 5. Fonctionnement du gradateur e circuit.c retarde la conduction de la diac d un temps réglable par. a conduction de la diac provoque le passage du courant dans la gachette du triac, qui s amorce. Sa tension anode cathode chute alors à 0 (ou presque) et la tension apparaît aux bornes de la charge. orsque ce courant s annule, le triac se bloque. emarque : la résistance peut être connectée directement à l. Application : commande d éclairage, de chauffage, vitesse variable sur petits moteurs asynchrones (P< kw). enis abasté 5/5 IUFM Aix Marseille