ELECTRONIQUE DE PUISSANCE. 2 ème année S3. V. Chollet - ELECTRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 1 sur 52

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1 ELECRONIQUE DE PUISSANCE 2 ème année S3 V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 1 sur 52

2 ELECRONIQUE DE PUISSANCE Ch1 HACHEUR Ch2 HYRISOR Ch3 REDRESSEMEN NON COMMMANDE Ch4 REDRESSEMEN COMMANDE Ch5 GRADAEUR Ch6 ONDULEUR Colle (1s) Suppor de Cours/D Ce documen es incomple e donc à compléer pendan les séances. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 2 sur 52

3 Chapire 1 HACHEUR I DEFINIION Un hacheur es un converisseur saique (qui ne ourne pas!) permean de régler le ransfer d énergie enre une source élecrique coninue e une charge devan foncionner en couran coninu. Source coninue fixe = = Grandeur élecrique coninue réglable L applicaion ypique es la commande de viesse de roaion d un moeur à couran coninu : A parir d une source de ension fixe, le moeur es alimené par un couran coninu réglable. La viesse de roaion es d auan plus grande que l inensié du couran es grande. II PRINCIPE 1 / SCHEMA DE PRINCIPE Le principe de foncionnemen es d éablir e inerrompre la liaison source-charge à l aide d un inerrupeur élecronique commandé par un signal périodique. Source Source Source charge commande commande charge Schéma de principe charge commande Schéma Schéma Les deux premiers schémas son ideniques. Dans le roisième on a permué l inerrupeur e la charge, ce qui ne change rien au foncionnemen du disposiif. L inerrupeur élecronique uilise un ransisor de puissance ou un hyrisor. 2 / SIGNAL DE COMMANDE DE L INERRUPEUR commande Fermé Ouver 1 Le rappor cyclique α es défini par : α = 1 / C es le paramère de réglage du signal de commande : La période es fixe e 1 réglable. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 3 sur 52

4 L éa hau du signal de commande provoque la fermeure de l inerrupeur. La charge es alors reliée à la source élecrique. L éa bas du signal de commande provoque l ouverure de l inerrupeur. La charge es alors déconnecée de la source. Cee succession périodique d ouverure e de fermeure de l inerrupeur provoque le hachage de la grandeur élecrique de la source. La fréquence f = 1/ es la fréquence du hachage. 3 / DIFFERENS YPES DE HACHEURS a) Source de ension La source élecrique es une source de ension. A cause du hachage, la ension aux bornes de la charge présene des variaions bruales. Source de ension commande charge u c () Si la charge es résisive, le couran sera égalemen haché. (u c = Ri) Si la charge es inducive, le couran sera lissé. (Rappel : Le couran dans un circui inducif (R,L) ne présene pas de variaions bruales). Si la charge es capaciive : la variaion bruale imposée enraînera des pics de courans : i c = C du c /d. On éviera donc cee possibilié. En conclusion : Source de ension => charge R ou R,L. Ce ype de hacheur es un à liaison direce appelé hacheur série. b) Source de couran Source de couran coninu charge u c () commande Le signal de commande enraîne le hachage du couran dans la charge. Si la charge es résisive, la ension sera égalemen hachée. (u c = Ri) Si la charge es capaciive, la ension sera filrée. (Rappel : La ension aux bornes d un condensaeur ne présene pas de variaions bruales). Si la charge es inducive : la variaion bruale imposée enraînera des pics de ension : u L = L di/d. On éviera donc cee possibilié. En conclusion : Source de couran => charge R ou R,C. Ce ype de hacheur es un hacheur à liaison direce appelé hacheur parallèle. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 4 sur 52

5 c) Changemen de la naure des sources i lissé par L L I I u filré par C U Ainsi le hacheur parallèle peu êre réalisé à parir d une source de ension ransformée en source de couran par une inducance : i lissé par L L charge u c () commande d) Hacheurs à liaison indirece ou à accumulaion Nous avons vu que les hacheurs à lisons direce ne permeen pas la liaison : Source de ension e charge capaciive ou source de couran e charge inducive. Pour ces deux cas on peu uiliser un hacheur à liaison indirece : - Source de ension e charge capaciive : hacheur à accumulaion inducive Source de ension commande Charge capaciive u c () - Source de couran e charge inducive : hacheur à accumulaion capaciive Source de couran coninu Charge inducive u c () commande V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 5 sur 52

6 III HACHEUR SERIE - CHARGE R 1 / SCHEMA DU DISPOSIIF V Commande e() B E C R u c L inerrupeur commandé es un ransisor de puissance foncionnan en commuaion. e() éa hau => ransisor sauré : V CE 0 e() éa bas => ransisor bloqué : V CE = V i 2 / CHRONOGRAMMES Commande e() 0 α bloqué Passan Passan bloqué u c () V 0 α i() V/R 0 α 3 / VALEUR MOYENNE DE U C E DE I Rappel valeur moyenne : U c moy = surface sous une période de la courbe uc() période On a donc ici : U cmoy = α V e I moy = αv/r V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 6 sur 52

7 Le rappor cyclique du signal de commande fai varier la valeur moyenne du couran dans la charge résisive. Le couran e la ension son disconinus (hachés). IV HACHEUR SERIE - CHARGE RL 1 / SCHEMA DU DISPOSIIF V D R L i C Commande e() B E u c 2 / NECESSIE D UNE DIODE DE ROUE LIBRE - Sans la diode D : Quand le ransisor passe de passan à bloqué, le couran i s inerromp brualemen. Cela enraîne une variaion de flux magnéique dans la bobine e donc l appariion d une fem induie s opposan par ses effes à la cause qui lui donne naissance, c es à dire s opposan à l annulaion du couran. Commande e() D B i R L C E V e = - L di/d >> 0 fem induie u c Inerrupion du couran : di/d << 0 e = - L di/d >> 0 V CE = V R.i + e = V + e <<0 On a donc un pic de ension aux bornes du ransisor. Cela peu le déruire. - Avec la diode D : Quand le ransisor se bloque, le couran indui généré par la fem induie peu circuler libremen dans le circui RL car la diode es alors passane (e >0). Le couran i s éein donc progressivemen. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 7 sur 52

8 3 / CHRONOGRAMMES a) Conducion disconinue La consane de emps L/R e le rappor cyclique es el que le couran i() peu s annuler avan la remise en conducion du ransisor. Commande e() 0 α bloqué Passan Passan bloqué u c () V 0 α i() I max 0 α D bloquée D passan D bloquée D passan D bloquée b) Conducion coninue Pour une même période e une même consane de emps L/R, la conducion peu devenir coninue lorsque le rappor cyclique augmene. Le couran i n a pas le emps de s annuler avan la remise en conducion du ransisor. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 8 sur 52

9 Commande e() 0 α Passan Blo qué Passan Blo qué u c () V 0 α i() I max I min α D bloquée D pass D bloquée D pass 4 / VALEUR MOYENNE DE U C E DE I On a donc ici : U cmoy = α V e I moy = U cmoy /R car U Lmoy = 0 Le rappor cyclique du signal de commande fai varier la valeur moyenne du couran dans la charge résisive. La ension es hachée. Le couran es ondulé mais oujours de même signe e donc dans le même sens. Le couran es d auan moins ondulé que la consane de emps L/R es grande par rappor à la période du signal de commande. On a donc inérê à uiliser une inducance de fore valeur. On parle de bobine de lissage : la bobine a alors pour foncion de rendre le couran coninu. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 9 sur 52

10 5 / ONDULAION DU COURAN passan : i() = (I min V/R) exp(-r/l) + V/R A = α, on a : i(α) = I max = (I min V/R) exp(-rα/l) + V/R bloqué. En prenan l origine des emps au débu de cee phase, on a : i() = I max exp(-r/l) A = (1-α), on a : i[(1-α)] = I min = I max exp(-r(1-α)/l) On a ainsi la possibilié d exprimer I max e I min en foncion de R, L α e V HACHEUR SERIE - CHARGE RL,E (moeur à couran coninu) 1 / SCHEMA DU DISPOSIIF Commande e() D B i C R L E E V u c ransisor passan : uc = V i augmen exponeniellemen vers la valeur finale (V-E)/R ransisor bloqué : I décroi exponeniellemen vers E/R, grâce à la diode de roue libre. On a alors uc = 0. Mais quand i end à s inverser la diode se bloque donc uc = E. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 10 sur 52

11 2 / CONDUCION DISCONINUE Chronogrammes La consane de emps L/R e le rappor cyclique son els que le couran i() peu s annuler avan la remise en conducion du ransisor. Commande e() 0 α bloqué Passan Passan bloqué u c () V 0 α i() I max 0 α D bloquée D pass D bloquée D pass D bloquée Remarque : On évie ce cas car le moeur es alors parcouru par un couran rop ondulé. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 11 sur 52

12 3 / CONDUCION CONINUE En augmenan la consane de emps L/R du circui en jouan sur L, on peu obenir une conducion coninue quel que soi le rappor cyclique. a) Chronogrammes Commande e() 0 α Passan bloqué Passan bloqué u c () V 0 α i() I max I min α D bloquée D passane D bloquée D passane b) Valeur moyenne On a donc ici : U cmoy = α V e I moy = (U cmoy E)/R car U Lmoy = 0 Le rappor cyclique du signal de commande fai varier la valeur moyenne du couran dans la charge résisive. La ension es hachée. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 12 sur 52

13 Le couran es ondulé mais oujours de même signe e donc dans le même sens. Le couran es d auan moins ondulé que la consane de emps L/R es grande par rappor à la période du signal de commande. On a donc inérê à avoir une inducance de fore valeur. On peu évenuellemen ajouer une bobine de lissage pour augmener l inducance du bobinage du roor du moeur à couran coninu. c) Condiion pour obenir une conducion ininerrompue Le couran I cmoy es forcémen posiif. Cela enraîne la condiion : αv > E α > E/V. d) Expressions insananées du couran. passan : i() = (I min (V-E)/R) exp(-r/l) + (V-E)/R A = α, on a : i() = I max = (I min (V-E)/R) exp(-rα/l) + (V-E)/R bloqué : En prenan l origine des emps au débu de cee phase, on a : i() = (I max + E/R) exp(-r/l) E/R A = (1-α), on a : i[(1-α)] = I min = (I max + E/R)exp(-R(1-α)/L) E/R Ondulaion du couran : I max I min = (V-E) [ 1 exp(-αr/l) ] /R Approximaion : Si L/R >> => R/L << 1 => αr/l ε. On a alors : 1 exp(ε) ε I max I min (V E) α / L V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 13 sur 52

14 Chapire 2 - LE HYRISOR I PRESENAION Symbole : A K G K A G II FONCIONNEMEN 1 / AMORCAGE A i U AK G i g K U AK > V (ension de seuil du hyrisor) E hyrisor passan ig > I g (couran d amorçage) 2 / BLOCAGE U AK < V (ension de seuil du hyrisor) OU hyrisor bloqué i < I h (couran de mainien) III CARACERISIQUES Exemple : hyrisor BW67 e 69 I = 50 A (efficace) I moy = 32 A I g maxi = 8 A I g = 8 ma I h = 150 ma V max = 1,9 V V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 14 sur 52

15 IV IMPULSION DE COMMANDE 1 / ALLUMEUR L allumeur du hyrisor es un monage généran une salve périodique d impulsions, synchronisées sur le seceur donc oues les 20 ms, avec une possibilié de réglage du décalage emporel enre le débu de la salve e la période de la ension seceur : ension seceur = 20 ms (50 Hz) Impulsions gâchee τ On pourrai se conener d une impulsion unique. La salve es une garanie pour que le hyrisor soi bien rendu passan. 2 / BRANCHEMEN DE L ALLUMEUR U AK A i i g G K allumeur seceur L allumeur es connecé sur le seceur pour permere la synchronisaion, un ransformaeur permera d abaisser la ension. 3 / EXEMPLE DE CIRCUI INERGRE (IC) CA 785 : Phase Conrol IC V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 15 sur 52

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17 V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 17 sur 52

18 Chapire 3 REDRESSEMEN NON COMMANDE I REDRESSEMEN SIMPLE ALERNANCE 1 / CHARGE RESISIVE i u 1 u R c u c v d u() = U max sin ω a) Foncionnemen u > 0 => D passane => v d = 0,7V e u c = u v d Ψ u u < 0 => D bloquée (i = 0) => u c = 0 e v d = u b) Chronogrammes u() Ea diode u c() v d() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 18 sur 52

19 c) Valeurs moyennes U cmoy = (1/) 0 /2 u c () d Changemen de variable : θ = ω => période 2π, inégrale de 0 à π Donc : U cmoy = (1/2π) 0 π U max sin θ dθ = { U max [-cosθ] 0 π }/2π => U cmoy = U max / π Couran moyen : I moy = U cmoy / R d) Valeurs efficaces U ceff2 = (1/) 0 /2 u c2 () d Changemen de variable : θ = ω => période 2π, inégrale de 0 à π Donc : U 2 ceff = (1/2π) 0 π U 2 max sin 2 θ dθ = (U 2 max/2π) 0 π (1-cos2θ) dθ/2 = (U 2 max/4π) { 0 π dθ 0 π cos2θ dθ } = (U 2 max/4π) { [π - 0 ] [sin2θ] 0 π } = U 2 max/4 On a donc : U ceff = U max / 2 Couran efficace : I eff = U ceff / R Connaîre Uceff e Ieff perme de chiffrer la puissance consommée par la charge, e donc de dimensionner le ransformaeur. e) aux d ondulaion Définiion : aux d ondulaion o = (X max X min ) / 2X moy aux d ondulaion de la ension o uc = π/2 aux d ondulaion du couran : o i = π/2 Avec une charge résisive l ondulaion du couran rese imporane e égale à celle de la ension. Il n en es plus de même avec une charge inducive. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 19 sur 52

20 2 / CHARGE INDUCIVE i u 1 u v d u c L R u R a) Foncionnemen La bobine es parcourue par un couran variable variaion du flux propre fem auo-induie vérifian la loi de Lenz : elle s oppose aux variaions du couran. Croissance plus lene du couran que dans le cas charge Résisive Décroissance plus lene du couran Durée de circulaion du couran augmene Durée de conducion de la diode augmene. an que la diode condui, on a u c = u u c peu donc devenir négaive. b) Evoluion du couran u c = Ri + L di/d Quand D passane, u c = u => i = ( u L di/d )/R D rese passane an que i > 0 donc an que u > L di/d = u L. Croissance du couran : di/d > 0 => Ri < u Couran maximum à l insan 1 : di/d = 0 => Ri max = u( 1 ) Décroissance du couran : di/d < 0 => Ri > u Annulaion du couran à l insan 2 : La diode se bloque quand le couran end à devenir négaif c es à dire quand u < Ldi/d. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 20 sur 52

21 c) Chronogrammes u() Ea diode u c() Ri 1 2 v d() d) Poin de vue énergéique 0 < < 1 : La bobine emmagasine de l énergie sous forme magnéique pendan la phase de croissance du couran. 1 < < 2 : La bobine resiue cee énergie sous forme élecrique au rese du circui pendan la phase de décroissance du couran. e) Remarques On consae que l ondulaion du couran diminue par rappor au cas de la charge résisive. Cee ondulaion es d auan plus faible que L es grande Le emps de conducion de la diode augmene égalemen avec L. U cmoy diminue avec l augmenaion du emps de conducion de la diode. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 21 sur 52

22 3 / CHARGE INDUCIVE e DIODE DE ROUE LIBRE i u 1 u v d u c L R u R D r a) Foncionnemen On a L di/d. = u Ri - an que Ri < u, on a di/d > 0 : le couran augmene. La diode D es alors passane e Dr bloquée. On a alors uc = u 0,7 Ψ u - Quand Ri > u, di/d < 0 : le couran décroî.. On a oujours D passane e Dr bloquée e uc Ψ u. - Quand uc end à devenir négaif, la diode D se bloque e la diode Dr devien passane. On a alors uc = -0,7 Ψ 0 On rerouve donc pour u c une forme d onde de redressemen simple alernance sur charge R Les remarques du cas précéden s appliquen oujours : L provoque l augmenaion de la durée de circulaion du couran dans la charge par rappor au cas de la charge R. Plus L es grande, plus la durée de circulaion du couran es grande e moins il es ondulé. La circulaion du couran peu ne plus s inerrompre. Si L es rès grande, le couran peu sembler coninu. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 22 sur 52

23 u() Ea diode u c() Ri 1 2 v d() L plus faible Ea diode u c() Ri 1 2 v d() L plus grande V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 23 sur 52

24 / CHARGE ACIVE R, E => chargeur de baerie i u 1 u v d E R c u c a) Foncionnemen u > E + 0,7 Ψ E => D passane => v d = 0,7V Ψ 0 e u c = u v d Ψ u On a alors i = (u E)/R e I max = (U max E) / R u < E + 0,7 Ψ E => D bloquée (i = 0) => u c = E e v d = u E < 0,7 Ψ 0 On a alors i = 0 => Conducion disconinue b) Chronogrammes u() Ea diode u c() E 1 2 v d() E V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 24 sur 52

25 c) Valeur moyenne ension moyenne aux bornes de la charge : U cmoy = [ E( ) U max sinω d ] / U cmoy = [ E(θ 1 + 2π-θ 2 ) + θ2 θ1 U max sinθ dθ ] / 2π 1 e 2 son les insans pour lesquels u = U max sin ω = E => θ 1 = arcsin(e/umax) e θ 2 = π - θ 1 On a ainsi : U cmoy = [ E(θ 1 + 2π - π+θ 1 ) + U max (cosθ 1 cos(π-θ 1 )) ] / 2π U cmoy = [ E(2θ 1 + π ) + 2U max cosθ 1 ) ] / 2π où θ 1 = arcsin(e/umax) Couran moyen : I moy = (U cmoy E) / R On epu aussi faire le calcul : I moy = θ2 θ1 ( U max sinθ - E ) dθ / 2πR = (1/2πR) [ U max (cosθ 1 cosθ 2 ) E(θ 2 - θ 1 ) ] = (1/2πR) [ U max 2cosθ 1 E(θ 2 - θ 1 ) ] = (1/2πR) [ U max 2cosθ 1 + E(2θ 1 - π) ] où θ 1 = arcsin(e/umax) La quanié de charge fournie à la baerie pendan une durée es q() = I moy On peu calculer le emps de charge de la baerie, mais aenion, le couran moyen diminue au fur e à mesure de la charge : Dans le cas d un chargeur de baerie pour lequel la baerie es iniialemen déchargée : E = 0. En débu de charge, E = 0 e θ 1 = 0. On a donc : U cmoy = U max /π e I moy = U max / πr En cours de charge, E augmene e θ1 augmene vers π/2. En fin de charge, θ1 = π/2 e E = Umax On a alors : U cmoy = U max e I moy = 0 Le couran débié par le chargeur de baerie es plus grand en débu de charge qu en fin de charge. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 25 sur 52

26 5 / CHARGE ACIVE R, L, E + DIODE DE ROUE LIBRE => Moeur à couran coninu i u 1 u v d u c L R u L u R D r E a) Foncionnemen Par rappor au cas précéden, la bobine rearde la croissance du couran ainsi que son annulaion On consae l augmenaion de la durée de conducion de la diode. an que la diode D es passane, on a uc = u. La ension uc peu donc devenir < E. b) Evoluion du couran u c = Ri + Ldi/d + E Ri = uc E L di/d Phase d augmenaion du couran : di/d > 0 => Ri < uc E Phase de diminuion du couran : di/d < 0 => Ri > uc E La diode D se bloque quand uc end à devenir négaif. C es alors la diode de roue libre qui devien passane. On a alors uc = 0. La diode de roue libre condui an que le couran i rese posiif. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 26 sur 52

27 u() Ea diodes u c() E 1 2 Ri() u - E E v d() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 27 sur 52

28 II REDRESSEMEN BOUBLE ALERNANCE 1 / MONAGES Monage P2 Monage PD2 D 1 D 1 D 2 i u 1 u 2 i charge uc u charge u c D 2 Nécessie un ransformaeur à poin milieu. u1 e u2 son en opposiion de phase. D 4 D 3 2 / CHARGE RESISIVE a) Chronogrammes u 1() u 2() u() Ea diodes Ea diodes u c() u c() v d1() v d1() v d2() v d2() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 28 sur 52

29 b) Valeurs moyennes Exprimer la valeur moyenne U cmoy e en déduire I moy c) Valeurs efficaces Exprimer la valeur efficace U ceff e en déduire I eff d) Couran circulan dans le ransformaeur Exprimer I 1eff e I 2eff circulan dans les deux enroulemens secondaire du ransformaeur du monage P2. Comparer à l inensié efficace circulan dans le secondaire du ransformaeur du monage PD2. Expliquer pourquoi le monage PD2 es meilleur que le monage P2. Dans la suie on ne considère que le cas du monage PD2 V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 29 sur 52

30 3 / CHARGE R, L Répondre aux quesions en se référan au cours sur le redressemen simple alernance. Quelle es de l inducance sur la forme d onde du couran? Dans la phase où D1 e D3 son passanes. Exprimer uc en foncion de i Monrer que an que Ri < u alors i es croissane e inversemen. Monrer que lorsque D1 e D3 son passanes, D2 e D4 son forcémen bloquées (exprimer vd2 e vd4). Compléer les chronogrammes ci-dessous. u() Ea diodes u c() e Ri v d1() v d2() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 30 sur 52

31 3 / CHARGE R, E Expliquer le foncionnemen du monage Compléer les chronogrammes : u() Ea diodes u c() e Ri v d1() v d2() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 31 sur 52

32 4 / CHARGE R, L, E a) Conducion disconinue b) Conducion coninue u() u() Ea diodes Ea diodes u c() e Ri u c() e Ri E E v d1() v d1() v d1() v d1() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 32 sur 52

33 Chapire 4 - REDRESSEMEN COMMANDE I PON OU HYRISORS II PON MIXE h 1 h 2 i h 1 D 2 i u charge u c u charge u c h 4 h 3 h 4 D 3 u() 1 / CHARGE RESISIVE Impulsion gâchee h1 e h3 Impulsion gâchee h2 e h4 u() Impulsion gâchee h1 Impulsion gâchee h4 Ea h Ea h e D u c() u c() v h1() v h1()e v d3 v h2() v h4() e v d2 Eablir l expression de la valeur moyenne de uc V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 33 sur 52

34 2 / CHARGE R, L u() Impulsion gâchee h1 e h3 Impulsion gâchee h2 e h4 u() Impulsion gâchee h1 Impulsion gâchee h4 Ea h Ea h e D u c() u c() v h1() v h1()e v d3 v h2() v h4() e v d2 V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 34 sur 52

35 3 / CHARGE R, E u() Impulsion gâchee h1 e h3 Impulsion gâchee h2 e h4 u() Impulsion gâchee h1 Impulsion gâchee h4 Ea h Ea h e D u c() u c() v h1() v h1()e v d3 v h2() v h4() e v d2 V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 35 sur 52

36 4 / CHARGE R, L, E u() Impulsion gâchee h1 e h3 Impulsion gâchee h2 e h4 u() Impulsion gâchee h1 Impulsion gâchee h4 Ea h Ea h e D u c() u c() v h1() v h1()e v d3 v h2() v h4() e v d2 V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 36 sur 52

37 Chapire 5 - GRADAEUR I CHARGE RESISIVE On considère le monage suivan : h1 v(θ) = V max sin θ h2 R (charge) u(θ) θ = ω h1 es amorcé sur l alernance posiive de v h2 es amorcé sur l alernance négaive de v. L angle d amorçage, appelé α pour h1, es el que α es compris enre 0 e π. L angle d amorçage de h2 es π + α. 1 / Foncionnemen - Exprimer u quand h1 passan. - Pour quelle valeur de θ, h1 se bloque -il? - Exprimer u quand h2 es passan. - Pour quelle valeur de θ, h2 se bloque -il? 2 / Représener les chronogrammes superposés de v, u e i 3 / Comparer les formes d ondes de v, u e i 4 / Quelle es la valeur moyenne de u e de i 5 / Exprimer par calcul, la valeur efficace de u. Que devien-elle quand α=0 e α = π? 6 / En déduire le rôle du gradaeur 7 / Exprimer la puissance acive consommée par R. Que devien-elle quand α=0, α = π/2 e α=π? V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 37 sur 52

38 II MONAGE AVEC RIAC 1 / LE RIAC Le riac es un composan foncionnan comme 2 hyrisors en parallèle. A1 u r A2 Une impulsion de gâchee posiive ou négaive amorce le riac quel que soi le signe de la ension à ses bornes. 2 / CIRCUI COMPLE R (charge) i diac v(θ) R - u BO u BO C u c u diac Le circui d amorçage es consiué du circui R C e d un diac. Le diac es un composan qui s amorce sponanémen quand la ension à ses bornes dépasse en valeur absolue une ceraine valeur V BO (Break Over). (Voir caracérisique ci-dessus) Son amorçage es donc possible dans les deux sens. 3 / FONCIONNEMEN 1 ère phase : 0 < θ < π v(θ) > 0 - Commen évolue u c? - Que se passe -il quand u c > u BO? - Que devien l éa du riac? - Commen évolue alors u c? - Pour quelle valeur de θ le riac se bloque -il? 2 ème phase : π < θ < 2π v(θ) < 0 - Commen évolue u c? - Que se passe -il quand u c < -u BO? - Que devien l éa du riac? - Commen évolue alors u c? - Pour quelle valeur de θ le riac se bloque -il? Par quel procédé peu-on régler l angle d amorçage? 4 / APPLICAIONS Cier des applicaions de ce monage. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 38 sur 52

39 III CHARGE INDUCIVE h1 v(θ) = V max sin θ h2 L (charge) u(θ) θ = ω 1 / Exprimer i(θ) quand h1 es amorcé en foncion de V max e L. 2 / Jusifier que i=0 quand θ = α, c es à dire quand le hyrisor 1 vien juse de s amorcer. En déduire la consane d inégraion. En déduire l expression de i(θ). 3 / Pour 0 < α < π/2 - Représener graphiquemen sur le documen annexe v(θ), -V max cosθ / (Lω) e i(θ). - Le couran i(θ) es-il nul quand θ = π + α? - Le hyrisor 2 peu-il alors êre amorcé? - En déduire une conraine sur α Pour π/2 < α < π - Représener graphiquemen sur le documen annexe v(θ), -V max cosθ / (Lω) e i(θ). - Le couran i(θ) es-il nul quand θ = π + α? - Le hyrisor 2 peu-il alors êre amorcé? - Préciser la phase de conducion de chaque hyrisor sur le chronogramme. Commen évolue l ampliude de i quand α varie enre π/2 e π. Quelles son les valeurs exrêmes. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 39 sur 52

40 ANNEXE V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 40 sur 52

41 Chapire 6 - ONDULEUR I MONAGE A DEUX INERRUPEURS SUR CHARGE RESISIVE +v +v R (charge) u K1 K2 Ce monage nécessie une alimenaion symérique à poin milieu. (alim double) 1 / COMMANDE ADJACENE (SYMERIQUE) Les deux inerrupeurs son alernaivemen fermés e ouvers sans emps mor - K1 fermé e K2 ouver, exprimer u e i - K2 fermé e K1 ouver, exprimer u e i - Représener le chronogramme de u e i ci-dessous Ea des inerrupeurs +V K1 fermé K2 ouver u() K1 ouver K2 fermé K1 fermé K2 ouver K1 ouver K2 fermé -V i() I 1 -I 1 2 / COMMANDE DECALEE Les deux inerrupeurs son alernaivemen fermés e ouvers avec emps mor - K1 fermé e K2 ouver, exprimer u e i - K1 e K2 ouvers, exprimer u e i - K2 fermé e K1 ouver, exprimer u e i V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 41 sur 52

42 Représener le chronogramme de u e i ci-dessous Ea des inerrupeurs +V K1 fermé K2 ouver u() K1 ouver K2 fermé K1 fermé K2 ouver K1 ouver K2 fermé -V i() I 1 -I 1 II MONAGE A DEUX INERRUPEURS SUR CHARGE INDUCIVE +v +v i R,L (charge) K1 D1 u K2 D2 1 / COMMANDE DECALEE Les deux inerrupeurs son alernaivemen fermés e ouvers avec emps mor, K2 ne devien passan qu après annulaion du couran i. - K1 fermé e K2 ouver, exprimer u e i - K1 e K2 ouvers, à ravers quel circui, le couran peu-il coninuer à circuler en diminuan? Quel es l éa de D2, en déduire u. Exprimer i V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 42 sur 52

43 A quel momen la diode D2 se bloque -elle? - K2 fermé e K1 ouver, exprimer u, commen varie i? - K1 e K2 ouvers, à ravers quel circui, le couran peu-il coninuer à circuler en augmenan? Quel es l éa de D1, en déduire u. Commen varie i Représener le chronogramme de u e i ci-dessous Ea des inerrupeurs +V K1 fermé K2 ouver u() K1 ouver K2 fermé K1 fermé K2 ouver K1 ouver K2 fermé -V V/R i() I 1 -I 1 - V/R V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 43 sur 52

44 2 / COMMANDE ADJACENE Les deux inerrupeurs son alernaivemen fermés e ouvers sans emps mor - K1 fermé e K2 ouver, exprimer u e i - K1 ouver, à ravers quel circui, le couran peu-il coninuer à circuler en diminuan? K2 es-il en éa de conduire (Cf hyrisor)? Quel es l éa de D2, en déduire u. Exprimer i A quel momen la diode D2 se bloque -elle? - K2 fermé e K1 ouver, exprimer u, commen varie i? - K2 ouver, à ravers quel circui, le couran peu-il coninuer à circuler en augmenan? K1 es-il en éa de conduire? Quel es l éa de D1, en déduire u. Commen varie i? V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 44 sur 52

45 Représener le chronogramme de u e i ci-dessous Ea des inerrupeurs K1 fermé K2 ouver K1 ouver K2 fermé K2 ouver K1 fermé K1 ouver K2 fermé K2 ouver K1 fermé +V u() -V V/R i() I 1 - I 1 - V/R V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 45 sur 52

46 IU BELFOR MONBELIARD Année 2006/2007 Dp MESURES PHYSIQUES EXAMEN PARIEL D ELECRONIQUE DE PUISSANCE n 1 Durée 30 min Veuillez soigner la présenaion. Documens inerdis. Sorie inerdie. Exercice 1 On considère la commande de viesse de roaion d un moeur à couran coninu par hacheur. V R Le ransisor es supposé parfai e D u c foncionne en commuaion. La diode D es L parfaie. E E C 1 / Remplir les chronogrammes ci-dessous. B On suppose l inducance L elle que le couran i es coninu. Commande e() Commande e() i 2 / Exprimer la valeur moyenne de la ension u c (jusifier). 0 α Ea ransisor u c () α V 0 α i() α Ea Diode α V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 46 sur 52

47 Exercice 2 On considère le chargeur de baerie ci-dessous : D 1 D 2 i u R u c D 4 D 3 E Remplir les chronogrammes ci-dessous u() Ea diodes u c() E Ri V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 47 sur 52

48 IU BELFOR MONBELIARD Année 2006/2007 Dp MESURES PHYSIQUES EXAMEN PARIEL D ELECRONIQUE DE PUISSANCE n 2 Durée 1h30 Veuillez soigner la présenaion. Documens inerdis. Sorie inerdie. Exercice 1 u h 1 h 2 i h 4 h 3 L R E u c On considère le monage ciconre, pour lequel la charge es consiué d une résisance R, d une inducance L rès grande, e d une ension E. 1 / Compléer les chronogrammes ci-dessous, sachan que L es elle que la conducion es ininerrompue e le couran i() = I parfaiemen lissé e donc coninu. u() Impulsion gâchee h1 e h3 Impulsion gâchee h2 e h4 Ea h u c() i h1() i h2() V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 48 sur 52

49 2 / On place une diode de roue libre en parallèle sur la charge R,L,E. Dessiner son sens de branchemen sur le schéma e redessiner les chronogrammes ci-dessous. u() Impulsion gâchee h1 e h3 Impulsion gâchee h2 e h4 Ea h e Dr u c() i h1() i h2() 3 / Si on uilise un pon mixe (h2 e h3 remplacés par des diodes), la diode de roue libre es-elle encore uile? (jusifier rapidemen) 4 / Donner la relaion relian uc() e I pour la charge R,L,E. Exprimer Ucmoy en foncion de I. Jusifier la relaion. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 49 sur 52

50 Exercice 2 A1 u r A2 v(θ) = V max sin θ avec θ = ω R (charge) u(θ) 1 / Rappeler brièvemen le foncionnemen du riac e surou la condiion pour qu il s amorce. 2 / La charge éan résisive, dessiner l évoluion de u(θ). u() Impulsion gâchee r α 2π θ Ea r θ u c() 2π θ 3 / Exprimer la valeur efficace de uc() en foncion de l angle d amorçage α du riac. V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 50 sur 52

51 Exercice 3 +v +v i R,L (charge) K1 D1 u K2 D2 On considère l onduleur sur charge R,L e avec une commande adjacene : Les deux inerrupeurs son alernaivemen fermés e ouvers sans emps mor 1 / K1 fermé e K2 ouver exprimer u e i 2 / K1 ouver A ravers quel circui, le couran peu-il coninuer à circuler en diminuan? K2 es-il en éa de conduire (Cf hyrisor)? Quel es l éa de D2, en déduire u. Exprimer i A quel momen la diode D2 se bloque -elle? 3 /K2 fermé e K1 ouver Exprimer u, commen varie i? 4 / K2 ouver A ravers quel circui, le couran peu-il coninuer à circuler en augmenan? K1 es-il en éa de conduire? Quel es l éa de D1, en déduire u. Commen varie i? V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 51 sur 52

52 Compléer les chronogramme de u e i ci-dessous ainsi que l éa des diodes : Ea des inerrupeurs K1 fermé K2 ouver K1 ouver K2 fermé K2 ouver K1 fermé K1 ouver K2 fermé K2 ouver K1 fermé +V u() -V V/R i() I 1 - I 1 - V/R V. Cholle - ELECRONIQUE DE PUISSANCE09.doc - 24/10/ Page 52 sur 52