Hacheur. Redresseur. Onduleur. Gradateur

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1 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI I. Introdcton I.1. Nécessté de la conerson d énerge Les dfférents réseax électrqes ndstrels almentent de nombrex actonners. Cette énerge apparaît sos dex formes : alternate (tensons o corants snsoïdax à aler moyenne nlle) o contne. Sant le type d actonner, l est nécessare d adapter la forme de l énerge forne par le résea. Les dfférentes possbltés apparassent comme c-dessos : Sorce contne Hacher edresser écepter contn Sorce alternate Ondler Gradater écepter alternatf II. edressers II.1. Généralté Le redressement est la conerson d'ne tenson alternate en ne tenson contne. On tlse n conertsser alternatf-contn por almenter n récepter en contn à partr d résea de dstrbton alternatf. Sorce alternate ( ) edresser o commtater écepter à corant contn II.2. edressers non commandés Dans ses redressers, l élément commtater tlsé est la dode II.2.1. Schéma synoptqe II.2.2. Dode La dode est n dpôle passf polarsé. En électrotechnqe, la dode est éqalente à n nterrpter ndrectonnel non commandé. epère de la cathode Caractérstqe d ne dode parfate spect : emarqe : Symbole : Joncton : node P K N K K Cathode Dode bloqée K < 0 ; = 0 Dode se comporte comme n nterrpter oert Dode passante K = 0 ; > 0 K Dode se comporte comme n nterrpter fermé Cette caractérstqe parfate est tlsée por comprendre le fonctonnement de prncpe des conertssers statqes en électrotechnqe. Elle ne conent pas en électronqe SI - Dstrber Conertssers statqes page 1/13 Classe : 2 STE

2 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI II.2.3. edressement monophasé II edressement smple alternance Schéma D D D est la tenson d entrée d pont. est la tenson de sorte. est la charge résste. nalyse d fonctonnement Oscllogrammes La dode est parfate () = 2 sn 0 < < π > 0 alternance poste D est passante (nterrpter fermé) D = 0 Lo des malles donne : D = 0 Donc : = >0 0 π 2π 3π 4π D D = 0 = = / = / D = π < < 2π < 0 alternance négate D se bloqe (nterrpter oert) = 0 D D D Granders caractérstqes = 0 = = 0 D = D = 0 Dodes passantes D D D aler moyenne de la tenson = 2/π Por troer ce résltat, l fat ntégrer : La aler moyenne se mesre aec : = 1 T (t) dt = 1 () d 2π n oltmètre analogqe (à aglle) magnétoélectrqe (symbole : ) n oltmètre nmérqe sr la poston DC (contne, =) aler effcace de la tenson U = 2/2 Por troer ce résltat, l fat ntégrer : U 2 = 1 1 T 2 (t) dt = 2π 2 () d SI - Dstrber Conertssers statqes page 2/13 Classe : 2 STE

3 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI La aler effcace se mesre aec n oltmètre analogqe ferromagnétqe (symbole : ) n oltmètre nmérqe dt MS capable de mesrer la aler effcace d ne tenson de forme qelconqe. MS : oot (racne carré) Mean (aler moyenne) Sqare (carré) Por la dode : Corant moyen : D = /2 Tenson maxmale spportée par la dode : Dmax = 2 II edressement doble alternance (Pont de Graëtz) II Charge résste B D1 ' D1 M nalyse d fonctonnement 0 < < π > 0 > B et D 4 sont passantes D1 = 0 et D4 = 0 (Interrpters fermés) Le corant crcle la malle sante : D 4 B B D1 ' D 4 M N = M N = B = = / = / et = D1 = D4 = 0 et D3 = D2 = D 4 N Oscllogrammes 0 π 2π 3π 4π π < < 2π < 0 B > et sont passantes D2 = 0 et D3 = 0 (Interrpters fermés) Le corant crcle la malle sante : B B D1 ' D 4 M N = M N = B = - = / = - / et = - D2 = D3 = 0 et D1 = D4 = D1 D1 Dodes passantes et D 4 et et D 4 et et D 4 SI - Dstrber Conertssers statqes page 3/13 Classe : 2 STE

4 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI Granders caractérstqes aler moyenne de la tenson = 2 2/π aler effcace de la tenson U = Por les dodes : Corant moyen : D = /2 Tenson maxmale spportée par les dodes : Dmax = 2 II Charge, L, E nalyse d fonctonnement Oscllogrammes B D1 ' 1 E L M 0 π 2π 3π 4π D 4 N En électronqe de pssance, por de forts débts d corant, le lssage se fat par ne ndctance. L ondlaton d corant alors dmne. Le corant ne passe pls par zéro. C est le régme de condcton nnterrompe o contne. ' S l ndctance est assez grande, on pet consdérer le lssage comme parfat : le corant est constant. La tenson est mposée par le résea, à traers le transformater et le pont de Graëtz. Le corant est lssé par la bobne d ndctance L. Son ntensté est mposée par la charge, E. D1 D1 Por les atres granders : lternance poste D1 = ' = D1 = 0 lternance négate D1 = 0 D1 = - = = - Dodes passantes et D 4 et et D 4 et et D 4 SI - Dstrber Conertssers statqes page 4/13 Classe : 2 STE

5 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI II.2.4. edressement trphasé Lorsqe la pssance demandée par le récepter attent ne certane aler (> 10 KW), l est ntéressant de l almenter à partr d résea trphasé. II Charge résste Schéma de montage D1 M Le pont redresser comporte: D D1 E 3 dodes por l «aller»: ; ; ; 3 dodes por le «retor»: ; ; ; Les dodes sont parfates N nalyse d fonctonnement Oscllogrammes M = 1, 2 o 3 la pls poste à l'nstant consdéré : M est constte donc par les «calottes spéreres» des snsoïdes 1, 2, 3. N = 1, 2 o 3 la pls négate à l'nstant consdéré : N est constte donc par les «calottes nféreres» des snsoïdes 1, 2, 3. La tenson = M - N. Elle est pérodqe, de pérode π/3 en. Sot de fréqence : f = 6 x 50 = 300 Hz. (S la fréqence d résea est 50 Hz) π/6 π/2 π 2π π/6 < < π/2 M = 1 = 2 sn N = 2 = 2 sn ( - 2π/3) Le corant crcle la malle sante : 1 2 D où : = M - N = 2 3 sn ( + π/6) Le corant dans la charge : = / Le corant dans ne dode : Le corant dans les dodes est égal à : lorsqe la dode consdérée est passante 0 s la dode est bloqée. D1 = lorsqe condt Le corant demandé par la sorce trphasée : 1 = D1 - D1 (lo des nœds) Lorsqe π/6 < < 5π/6 1 = Lorsqe 7π/6 < < 11π/6 1 = - D π/6 π/2 π 2π SI - Dstrber Conertssers statqes page 5/13 Classe : 2 STE

6 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI Granders caractérstqes aler moyenne de la tenson Por troer ce résltat, l fat ntégrer : 1 π/2 = Sot : T (t) dt = sn ( + π/6)d 2π π/6 Por les dodes Corant moyen : D = / 3 Tenson maxmale spportée par la dode : Dmax = 3 2 = π II Charge LE nalyse d fonctonnement 1 1 D1 D D1 E M L N L ndctance L est sffsante por qe le corant sot consdéré constant. La tenson a la même forme qe le montage précédent (c.à.d. charge résste). II.3. edressers monophasés commandés L ntérêt d redressement commandé et q l permette de fare arer la tenson moyenne en sorte d pont et donc de fare arer par exemple la tesse de rotaton d n moter à corant contn. II.3.1. Symbole synoptqe : II.3.2. Thyrstor En électrotechnqe, le thyrstor est éqalent à n nterrpter ndrectonnel commandé à la fermetre. spect : Il comporte 3 broches. Il fat se référer à n cataloge por connaître l ordre d brochage. Descrpton et symbole K 2 électrodes prncpales : anode et cathode 1 électrode de commande : gâchette G K node P N P N G Gâchette Cathode K SI - Dstrber Conertssers statqes page 6/13 Classe : 2 STE

7 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI morçage d n thyrstor ❶ On ferme K 1 : lampe est étente donc Th est bloqé. G ❷ On ferme K 2 : lampe s allme donc Th est passant. ❸ On ore K 2 : lampe reste allmée donc Th est passant. ❹ On ore K 1 : lampe s étent donc Th se bloqe. ❺ On ferme K 1 : lampe reste étente donc Th est bloqé. Conclson : Por amorcer n thyrstor : l fat qe la tenson K sot poste et n corant de gâchette sffsant le temps qe K s établsse. Le thyrstor se comporte alors comme n nterrpter fermé. Por bloqer le thyrstor : l fat annler le corant K o applqer ne tenson K négate. Le thyrstor se comporte alors comme n nterrpter oert. II.3.3. edressement smple alternance II Charge résste Schéma de montage T T T Oscllogrammes α 0 π 2π 3π 4π nalyse d fonctonnement Le thyrstor est spposé parfat. () = 2 sn 0 < < π > 0 Pas d mplson sr la gâchette : = 0 et = 0 Lo des malles donne : K = 0 K = = >0 donc le thyrstor est ssceptble d être amorcé. L amorçage s effecte aec le retard t 0, q correspond à l angle α=ω.t 0 appelé l angle de retard à l amorçage, après chaqe débt de pérode T. à = α le thyrstor est amorcé T T = 0 = = / = / à = π Le corant s annle ce q bloqe le thyrstor. T T Thyrstors passants T T SI - Dstrber Conertssers statqes page 7/13 Classe : 2 STE

8 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI π < < 2π < 0 S l on enoe n corant de gâchette alors qe la tenson est négate, le thyrstor reste bloqé T = 0 = = 0 T = Granders caractérstqes aler moyenne de la tenson = 2/π. (1+cos α)/2 aler effcace de la tenson U = 2/2. (1- α/π + sn2α/2π) Tenson maxmale spportée par le thyrstor : Tmax = 2 II.3.4. edressement commandé doble alternance II Pont mxte II Charge résste Schéma de montage B ' T1 T1 D1 T 1 T 2 M Les thyrstors et les dodes sont spposés parfats Oscllogrammes N 0 α π 2π 3π 4π nalyse d fonctonnement = α : > 0 > B Le thyrstor T 1 est ssceptble d être amorcé. Il est amorcé, le corant crcle la malle : T 1 charge B On en dédt qe : = M N = B = = / = / = T1 = D2 = 0 T2 = D1 = T1 et D2 Lorsqe francht π < 0 B > le thyrstor T 2 est ssceptble d être amorcé mas l ne sera amorcé qe lorsqe = π + α. Par contre se met à condre dés qe > π ns (π < < π + α), la charge est cort-crctée par T 1 et d où = 0 T1 Eléments passants T 1 et T 2 et T 1 et T 2 et SI - Dstrber Conertssers statqes page 8/13 Classe : 2 STE

9 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI = π + α : < 0 B > T 2 est amorcé, le corant crcle la malle : B T 2 charge On en dédt qe : Granders caractérstqes = M N = B = - = / = - / = - T2 = D1 = 0 T1 = D2 = aler moyenne de la tenson aler effcace de la tenson Tenson max spportée par les éléments = 2 2/π.(1+cosα)/2 U =. (1- α/π + sn2α/2π) Tmax = Dmax = 2 III. Ondler monophasé III.1. Défnton Un ondler est n conertsser contn - alternatf Il est atonome lorsq l mpose sa propre fréqence à la charge. Symbole synoptqe Tenson contne Tenson alternate III.2. Interrpters électronqes L nterrpter pet être à transstor (o thyrstor s grande pssance), pls ne dode de récpératon (ndspensable s la charge est. ndcte). K T D T D K oert T bloqe et D en nerse K fermé T commandé : - s > 0 : T condt - s < 0 : D condt III.3. Prncpe de fonctonnement : débt sr charge résste III.3.1. Commandes La commande dans n ondler pet être : symétrqe, décalé o MLI III Commande symétrqe Il s agt d actonner alternatement les nterrpters K 1 et K 2 (K 1, K 4 et K 2, K 3 ) drant des nteralles de temps réglers. Montage K 1 K 2 + K 3 K 4 1 K 1 K 2 Ondler en dem-pont à dex nterrpters Ondler en pont à qatre nterrpters SI - Dstrber Conertssers statqes page 9/13 Classe : 2 STE

10 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI nalyse d fonctonnement Montage en dem-pont Montage en pont Oscllogrammes 0 < t < T/2 K 1 est fermé 1 = 0 K 2 est oert 2 = 0 = = 1 = / 2 = + = 2. T/2 < t <T K 1 est oert 1 = 0 K 2 est fermé 2 = 0 = - = - 2 = -/ 1 = - = 2. 0 < t < T/2 K 1 et K 4 sont fermés 1 = 4 = 0 K 2 et K 3 sont oerts 2 = 3 = 0 = = 1 = / 2 = 3 = = T/2 < t <T K 1 et K 4 sont oerts 1 = 4 = 0 K 2 et K 3 sont fermés 2 = 3 = 0 = - = - 2 = -/ 1 = - = -(-) = - / -/ 1 1 Ond ½ pont Ond en pont Eléments passants K 1 K 2 K 1 K 1 et K 4 K 2 et K 3 K 1 et K 4 T/2 T III Commande décalée (ondler en pont) Dans la commande précédente la tenson, ans qe le corant, sont rches en harmonqes ce q pose des problèmes por ne tlsaton aec des moters (pertes joles, coples plsatores ). La commande décalée permet d'élmner en parte ces harmonqes et amélore donc le conertsser. Montage 1 + K 3 K 4 1 K 1 K 2 nalyse d fonctonnement La fermetre des nterrpters d n bras est décalée de l'angle α 0 < t < α K 1 et K 3 sont fermés = 0 α < t < T/2 K 1 et K 4 sont fermés = T/2 < t <T/2+α K 2 et K 4 sont fermés = 0 T/2+α < t <T K 2 et K 3 sont fermés = - - Interrpters fermés Oscllogrammes K 3 α K 1 K 2 K 4 K 3 T/2 T/2+α T SI - Dstrber Conertssers statqes page 10/13 Classe : 2 STE

11 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI III Commande par modlaton de larger d mplson : MLI Ic, l y a modlaton par n sgnal modlant snsoïdal. Por obtenr la tenson de commande des transstors, on compare n sgnal tranglare appelé portese a sgnal modlant snsoïdal de fréqence beacop pls fable. La tenson ax bornes de la charge est fragmentée en plsers mplsons de tenson (négate et poste). Cette fragmentaton permet s elle est saamment calclée d élmner les harmonqes gênants. L allre de la tenson MLI permet de se rendre compte d prncpe de cette commande. Prncpe de commande MLI d bras K 1 K 2 L'onde modlante, est comparée à l'onde portese et à la sorte d comparater on obtent la tenson de commande Us. Portese et modlante Modlant π 2π + Comparater - Portese - Us : Sgnal de commande + Us π 2π - III.3.2. Utlsatons lmentaton sans copre: En temps normal, la battere est mantene en charge, mas l'énerge est forne par le résea a le redresser et l'ondler. En cas de défat de résea, l'énerge est forne par la battere a l'ondler. lmentaton des moters C à f et arables: (araters de tesse por moter à corant alternatf) lmentaton de charges réactes (Fors o ondlers "à résonance") I. Gradater monophasé I.1. Défnton Le gradater monophasé est n conertsser alternatf - alternatf, capable de fare arer la tenson effcace ax bornes d'ne charge monophasée. I.2. Symbole synoptqe Tenson alternatf de eff fxe SI - Dstrber Conertssers statqes page 11/13 Classe : 2 STE ~ ~ Tenson alternatf de eff arable

12 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI I.3. Interrpters électronqes Il est constté par dex thyrstors tête-bêche. Por les fables pssances, les dex thyrstors sont remplacés par n trac. T 1 Trac I.3.1. Montage T G B B I.3.2. Commandes Les dex thyrstors doent être commandés aec le même angle de retard α por obtenr ne tenson alternate (aler moyenne nlle). Dex modes de commande de l'énerge transférée à la sorce sont possbles : commande par la phase : la araton de la aler effcace U est obtene en agssant sr l'angle de retard α. commande par tran d'ondes : les dex thyrstors sont commandés plen onde pendant le temps Ton (pérode de condcton) ps sont bloqés jsq à la fn de la pérode de modlaton.la araton de Ton/Tc permet de commander la tenson effcace U. I.4. Charge résste I.4.1. Commande par la phase nalyse d fonctonnement 0 < < π : > 0 > B Le thyrstor T 1 est ssceptble d être amorcé. = α T 1 est amorcé, le corant crcle la malle : T 1 B On en dédt qe : = = / = / T 1 se bloqe natrellement en = π( = 0). π < < 2π : < 0 B > Le thyrstor T 2 est ssceptble d être amorcé. = π + α T 2 est amorcé, le corant crcle la malle : B T 2 On en dédt qe : = = / = / T 2 se bloqe natrellement en = 2π ( = 0). Oscllogrammes α 0 π 2π 3π 4π Granders caractérstqes aler moyenne de la tenson Sot = 0 (tenson alternate) aler effcace de la tenson Sot U =. (1- α/π + sn2α/2π) Thyrstors passants T 1 T 2 T 1 T 2 Tenson maxmale spportée par les éléments Tmax = 2 SI - Dstrber Conertssers statqes page 12/13 Classe : 2 STE

13 N.L.Technqe FONCTION DISTIBUE : CONETISSEUS STTIQUES S.CHI Domane d tlsaton de ce genre de gradater Chaffage, éclarage, araton de tesse des moters alternatfs de fable pssance (percese, aspraters de qelqes centanes de Watts) En règle générale, ls sont tlsés sr des systèmes ne présentant pas o pe d nerte thermqe o mécanqe I.4.2. Commande par tran d'ondes Dans ce type de gradater, le sgnal enoyé sr l entrée de commande d gradater est de type TO. t ec : T : pérode d résea T ON : Drée d tran d'ondes, (Temps de condcton) Tc: Temps de cycle d gradater T T ON T C Granders caractérstqes aler moyenne de la tenson aler effcace de la tenson Sot = 0 Sot U =. α aec α=t O N /Tc Tenson maxmale spportée par les éléments Tmax = 2 emarqe : La tenson ax bornes de la charge et l'ntensté la traersant sont snsoïdales, et por ne charge résste, la consommaton de pssance réacte reste nlle. Le gradater à tran d'ondes ne génère pas d'harmonqes et ne polle donc pas le résea. Utlsatons : Chaffage de systèmes ayant ne grande nerte. SI - Dstrber Conertssers statqes page 13/13 Classe : 2 STE