I LES CONVERTISSEURS STATIQUES D ENERGIED

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1 Électronique de Puissance I.1 Généralités I LES CVERTISSEURS STATIQUES D ENERGIED Adapter l énergie électrique à l application Fonctionnement Fonctionnement en en vitesse vitesse variable variable Freinage Freinage contrôlé contrôlé et et avec avec renvoie renvoie de de l énergie l énergie sur sur le le réseau réseau Fonctionnement Fonctionnement à à couple couple (effort (effort moteur) moteur) contrôlé contrôlé Réseau d énergie (Tension et fréquence fixe) Source de tension ou de courant à fréquence variable Variateur

2 Les convertisseurs statiques d énergie Exemple : Variation de vitesse en traction ferroviaire TGV PSE (1981) 12 Moteurs à Courant Continu de 535 kw Variation de vitesse d une MCC Solution 1 Variation de tension d alimentation énergie perdue par effet Joule I U source de tension fixe V U mcc MCC Ω Mauvais rendement Contrôle difficile

3 Les convertisseurs statiques d énergie Exemple : Variation de vitesse en traction ferroviaire TGV PSE (1981) 12 Moteurs à Courant Continu de 535 kw Variation de vitesse d une MCC Variation de tension d alimentation Solution 2 U source de tension fixe convertisseur statique (rendement de 80 à 90 %) I = = U mcc MCC Ω électronique de commande Bon rendement Contrôle amélioré

4 Les convertisseurs statiques d énergie I.2 Les différentes familles de conversion Type de Conversion Symbole Montage Applications Continu/Continu DC HACHEUR Machines à courant continu DC Continu/Alternatif DC AC DULEUR Machines à courant alternatif Moteurs Pas à Pas Alternatif/Continu AC DC REDRESSEUR Réalisation de la tension DC fixe pour l alimentation de la plupart des machines Alternatif/Alternatif AC AC GRADATEUR Quelques applications (Démarreurs )

5 Les convertisseurs statiques d énergie I.3 Principe de réalisation des sources d alimentation Les Redresseurs V Les Convertisseurs à découpage V

6 Les convertisseurs statiques d énergie I.4 Les composants de l électronique de puissance Les composants non commandables DIODES id v d diode Les composants commandables à la fermeture THYRISTORS i th G v thyristor th Les composants commandables à la fermeture et à l ouverture TRANSISTORS NPN i b v be ic v ce MOS v GS D v DS IGBT v ge ic v ce Bras de Pont Semikron (1200V 60A)

7 Les convertisseurs statiques d énergie v GS D v DS v ge ic v ce ith G v th

8 Les convertisseurs statiques d énergie I.5 Principale caractéristique des composants Fonctionnement interrupteur 2 états + U 0 V D i k I v k I i k U v k Cas d un interrupteur parfait pertes nulles I.6 Règle d association des sources En commutation Associer des sources de natures différentes

9 Les convertisseurs statiques d énergie Exemples de sources de tension Réseau EDF (tri ou mono sinus) Batterie électrochimique (continue) 12 V DC Ajouter une capacité Une source particulière Panneau photovoltaïque Source imparfaite C U s U S U s Sans C t Avec C I p (A) P max Source de courant Source de tension Ajouter une inductance Source imparfaite L I 0 I 0 I 0 Sans L t Avec L U p (V) t

10 Les convertisseurs statiques d énergie Association des sources Règle à respecter Associer des sources de natures différentes Source de natures différentes = point de fonctionnement «naturel» On rencontrera par exemple Z v I I 0 u Point de fonctionnement (U,I) U 0 U Z i U 0 source de tension source de courant Source de natures identiques = point de fonctionnement à l infini u U 2 I 0 i Ex. Charge RL U 1 i Ex. Charge RC

11 II LES REDRESSEURS (Convertisseurs lents) Fonction Réalisation de sources continues de puissance à partir d une tension sinusoïdale Applications Blocs d alimentations (PC, TV, ) Étage d entrée des variateurs de vitesse industriels pour moteurs Traction ferroviaire et propulsion navale Chaîne de conversion d énergie pour éolienne Tendance De moins en moins utilisés au profit des convertisseurs à découpage

12 II.1 Redressement monophasé non commandé Ponts à Diodes a. Redressement simple alternance i e D i s v e R L v s v e = V max. sin( θ)

13 II.1 Redressement monophasé non commandé Ponts à Diodes a. Redressement simple alternance i e D i s v e R L v s v e = V max. sin( θ) V s moyen V = max π

14 II.1 Redressement monophasé non commandé Ponts à Diodes Instant de commutation naturelle b. Redressement double alternance i e D1 D 2 I v e v s D 3 D 4 v e = V max. sin( θ) V s moyen = 2.V max π

15 II.1 Redressement monophasé non commandé 2 montages équivalents i e D1 D 2 I D1 i s v e v s v v s D 3 D 4 v R L D 2

16 II.1 Redressement monophasé non commandé c. Le filtrage Lissage de la tension ou du courant 1 er er type Filtrage capacitif Règle d association des sources non respectée

17 Si tension de sortie > Tension d entrée Pont bloqué (diodes ouvertes)

18 Si tension de sortie < Tension d entrée Pont débloqué (diodes passantes)

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21 Ondulation de tension de sortie V s I.T = 2.C 0 = 2.C I 0.f

22 2 ème ème type LC Inductance de lissage du courant il L 0 I i e v e D 2 C 0 ic v s D 3 D 4 source d'alimentation avec inductance de ligne Lissage parfait

23 2 ème ème type LC Inductance de lissage du courant il L 0 I i e v e D 2 C 0 ic v s D 3 D 4 source d'alimentation avec inductance de ligne Lissage réel

24 II.1 Redressement monophasé commandé en pont complet Ponts à Thyristors ith G v th a. Montage

25 Amorçage des thyristors : définit par rapport aux instants de commutation naturelle Tension de sortie Commande des thyristors Th 1, Th 4 Ψ = 0 Th 2, Th 3

26 Tension de sortie Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 30 Th 2, Th 3

27 Tension de sortie Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 60 Th 2, Th 3

28 Tension de sortie Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 90 Th 2, Th 3

29 Tension de sortie Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 120 Th 2, Th 3

30 Tension de sortie Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 150 Th 2, Th 3

31 Tension de sortie Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 180 Th 2, Th 3

32 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Th 1, Th 4 Ψ = 0 Th 2, Th 3

33 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 30 Th 2, Th 3

34 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 60 Th 2, Th 3

35 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 90 Th 2, Th 3

36 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 120 Th 2, Th 3

37 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 150 Th 2, Th 3

38 Variation de Ψ = Variation de tension moyenne de sortie Tension de sortie V s moyen Commande des thyristors Ψ Th 1, Th 4 Ψ = 180 Th 2, Th 3

39 b. Tension moyenne de sortie V s V s moyen 2.Vmax =. cosψ π 2.V max π charge R,L Ψ - 2.V max π charge type MCC γ 30

40 Courant et tension côté alternatif Tension Courant Ψ = 0

41 Courant et tension côté alternatif Tension de sortie Tension Ψ

42 Courant et tension côté alternatif Tension de sortie Tension Ψ Courant d entrée

43 Courant et tension côté alternatif Tension de sortie Tension Ψ

44 Courant et tension côté alternatif Tension de sortie Tension Ψ

45 Courant et tension côté alternatif Tension de sortie Tension Ψ

46 Courant et tension côté alternatif Tension de sortie Tension Ψ Puissance active Transmise uniquement par le fondamental