EDEEMENT COMMANDE I. INTODUCTION..Définition. i Un montag rdrssur commandé prmt d obtnir un tnsion continu réglabl (d valur moynn non null) à partir d un tnsion altrnativ sinusoïdal (d valur moynn null). utilisation d commutaturs commandabls tls qu ls thyristors prmt d réalisr ds rdrssurs dont la tnsion moynn d sorti put varir n fonction d l angl d amorçag ds commutaturs. v = COMMANDE Il xist d nombruss applications industrills mttant n ouvr c typ d rdrssmnt : variatur d vitss d motur à courant continu; command d puissanc (chauffag,...) ; tc.. Composant utilisé. thyristor G ymbol : A i T H K v AK Un thyristor put êtr considéré comm un diod comportant un élctrod d command G (gâchtt). Pour êtr amorcé, l thyristor doit rcvoir un impulsion sur la gâchtt alors qu la tnsion v AK st positiv. Un thyristor s bloqu naturllmnt lorsqu l courant qui l travrs s annul. On put égalmnt l bloqur n lui appliquant un tnsion v AK négativ. Caractéristiqu : I THMAX i V M v AK
II. EDEEMENT MONOATENANCE COMMANDE U CHAGE EITIVE. On considèr l thyristor T H parfait. v (t) = $V.sin(ω.t). st applé angl d rtard à l amorçag. Il st synchronisé sur l résau. Il corrspond à un tmps d rtard à l amorçag t tl qu t =.T. v T H v AK i G i.chronogramms. v i G + + +3 T H passant + T H passant T H bloqué T H bloqué.analys du fonctionnmnt. Qulqu soit l état d T H on a : v = v AK +. v (t) > v AK > : l thyristor put êtr amorcé. - si i G = A : T H rst bloqué t =, = t v AK = v ; - si un impulsion d courant i G suffisant apparaît sur sa gâchtt alors T H dvint passant t v AK =, = v t = v.
v (t) = = A : l thyristor s bloqu naturllmnt. v (t) < v AK > : l thyristor n put pas êtr amorcé. Il rst bloqué mêm si un impulsion apparaît d courant apparaît sur sa gâchtt. tc. marqus :, t v AK ont la mêm périod qu v T =. rad. l thyristor doit supportr n invrs $V. l courant = v s annul périodiqumnt, nous somms n régim d conduction discontinu :. n pratiqu (industri) pour s assurr qu ls thyristors s amorcnt, on nvoi sur lur gâchtt un train d impulsions (un dizain à la suit). mauvais rndmnt du dispositif, l altrnanc négativ st éliminé. 3. Valur moynn d la tnsion rdrssé. Calculons la valur moynn V d (t) : t + T V = v (t).dt = [ ] V ˆ.sin( θ ).dθ = sin( θ ).dθ =. - cos( θ ) V T t =. - cos( ) + cos( ) [ ] =.[ + cos( )] =. + cos( ) marqus : la valur moynn d la tnsion put êtr ajusté n fonction d la valur d l angl d rtard à l amorçag. V + cos( ) I = =... Traçons l allur d V = f( ) pour. rad. Donc V V ˆ V (V) (rad) 3
III. EDEEMENT DOUBE-ATENANCE COMMANDE.. Pont P sur charg résistiv. s thyristors, l transformatur à point miliu sont parfaits. v (t) = $V.sin(ω.t) = -v (t), f = 5 Hz. u T i TH v T H a command ds thyristors st synchronisé sur l résau, avc un rtard à l amorçag t, la mis n conduc- v i TH T H tion d T H étant rtardé d T par rapport à cll d T H. v TH a) Chronogramms. v, v (V) v v i G, i G (ma) i G i G Î G + + +3 (V) v v + (ma) + i TH (ma) T H passant T H passant T H passant T H passant + 4
b) Analys du fonctionnmnt. pour θ < : v (t) > t v (t) < : Par conséqunt : > T H put êtr amorcé ; v TH < T H n put êtr amorcé. tant qu θ <, T H t T H sont bloqués : = i TH = i TH = ; = ; = v > ; v TH = v <. à θ = <, on amorc T H, alors : = ; = v > ; i TH = = v ; i TH = ; v TH = v - v = -.v <. pour θ = : v = v = : = i TH = T H s bloqu naturllmnt. pour θ < : v (t) < t v (t) > : Par conséqunt : < T H n put êtr amorcé ; v TH > T H put êtr amorcé. tant qu θ < +, T H t T H sont bloqués : = i TH = i TH = ; = ; = v < ; v TH = v >. à θ = + <, on amorc T H, alors : v TH = ; = v > ; i TH = = v ; i TH = ; = v - v = -.v <. pour θ = : v = v = : = i TH = T H s bloqu naturllmnt. marqus : la périod d la tnsion rdrssé st T = T ; sa fréqunc f st donc l doubl d cll du résau : f = Hz. l courant s annul : régim d conduction intrrompu. chaqu thyristor doit supportr n invrs un tnsion qui dépnd d mais. $V. fonctionn sulmnt si. c) Valur moynn d la tnsion rdrssé. 5
Calculons la valur moynn V d (t) : t + T + cos( ) V = v (t).dt = V.sin( ˆ ).d = sin( θ ).dθ =. θ θ T t Evidnt, ll st doublé par rapport au monoaltrnanc marqus : V + cos( ) I = =. ;. I TH = I TH = I + cos( ) =. V ˆ.. Pour = rad, on rtrouv la rlation établi dans l cas du rdrssmnt non commandé : V = Traçons l allur d V = f() pour rad.. V ˆ.. V (V) (rad). Pont P sur charg inductiv. V V s thyristors, l transformatur à point miliu sont parfaits. v (t) = $V.sin(ω.t) = -v (t) a command ds thyristors st synchronisé sur l résau, avc un rtard à l amorçag t, la mis n conduction d T H étant rtardé d T. par rapport à u T v i TH T H cll d T H. v T H i TH v TH 6
a) Chronogramms. v, v (V) v v i G, i G (ma) i G i G Î G + + +3 (V) v v + (A) I i TH (A) + + T H passant T H passant T H passant T H passant b) Analys du fonctionnmnt. inductanc st suffisammnt grand pour qu l courant n s annul pas : conduction inintrrompu. 7
pour θ < + : v (t) >, v (t) < t > : à θ =, on amorc T H, alors : = ; = v > ; i TH = ; i TH = ; v TH = v - v = -.v <. pour θ = : v = v = or = i TH T H n put pas s bloqur naturllmnt t continu d assurr la conduction. pour < θ < + : v (t) < t v (t) > : v TH = v - v > T H put êtr amorcé mais on n l fait pas. tant qu θ < +, T H continu d assurr la conduction puisqu >. = i TH ; = v ; = ; v TH = v - v >. pour + θ < + : v (t) <, v (t) > t > : à θ = +, on amorc T H, alors : v TH = ; = v > ; i TH = ; i TH = ; = v - v = -.v <. pour θ = : v = v = or = i TH T H n put pas s bloqur naturllmnt t continu d assurr la conduction. pour < θ < + : v (t) > t v (t) < t > : = v - v > T H put êtr amorcé mais on n l fait pas. tant qu θ < +, T H continu d assurr la conduction puisqu >. = i TH ; = v ; v TH = ; = v - v >. marqus : la tnsion rdrssé st bidirctionnll t > : > p =. >, la charg rçoit d la puissanc ; < p =. <, la charg fourni d la puissanc ( rstitu d l énrgi). Or, la charg n st pas activ, donc impossibl qu la puissanc qu ll fourni soit supériur à cll qu ll rçoit sur un périod la puissanc moynn rçu par la charg st forcémnt positiv rad. l ondulation du courant dans la charg dépnd d. ouvnt on considèr qu l courant dans la charg st parfaitmnt lissé, c st-à-dir qu st infinimnt grand. Dans c cas, on suppos qu = t st constant t égal à I (courant moyn). Transformation tnsion altrnativ courant continu. l courant moyn travrsant un thyristor st I TH I = 8
c) Valur moynn d la tnsion rdrssé. Calculons la valur moynn V d (t) : t + T + = v (t).dt V.sin( ˆ θ ).dθ = sin( θ ).dθ =. - cos( θ ) T t. V =. - cos( + ) + cos( ) =.cos( + V = [ ] D où : [ ] ) Traçons l allur d V = f() pour rad.. V (V) (rad) d) Valur moynn du courant dans la charg. Calculons la valur moynn I d (t). di On a la rlation suivant : V =.I +.. dt di V. Or,. = donc : I = =.cos( ) dt. ) Puissanc échangé. i on suppos l courant dans la charg parfaitmnt lissé t égal à sa valur moynn alors : P = v.i = V 4.. I =.cos ( ) avc rad.. 3. Pont mixt symétriqu sur charg activ. i TH s thyristors t ls diods sont parfaits. v (t) = $V.sin(ω.t) avc f = 5 Hz. a command ds thyristors st synchronisé sur v(t), avc un rtard à l amorçag t, la mis n conduction d T H étant rtardé d T par rapport à cll d T H. v i T H T H i D v TH i TH u E On suppos suffisammnt grand pour considérr l courant dans la charg comm constant t inintrrompu = I. v D D D i D v D u 9
a) Chronogramms. v (V) i g, i g (ma) i g i g + + +3 (V) + + +3 (A) i TH (A) + + +3 i D (A) i (A) + + +3 T H T H T H T H T H D D D D D
i TH b) Analys du fonctionnmnt. pour θ < + : v (t) > t > : à θ =, on amorc T H, alors : = ; v D = car D polarisé n dirct donc passant ; = v > ; i TH = i D = ; i = > ; v TH = v D = -v < ; i TH = i D = car D polarisé n invrs donc bloqué. v i v D T H T H i D D D v TH i TH v D i D u E u pour θ = : v = or = i TH T H n put pas s bloqur naturllmnt t continu d assurr la conduction. Par contr la diod D s bloqu naturllmnt, D s trouv polarisé n dirct t dvint passant. pour < θ < + : v (t) < : v TH = -v > T H put êtr amorcé mais on n l fait pas. tant qu θ < +, T H continu d assurr la conduction puisqu > avc D la charg st court-circuité : phas d rou libr. = i TH = i D ; = ; i D = i TH = ; i = ; = v D = ; v TH = -v >. v i v D i TH T H T H i D i TH D D id i TH v TH v D u E u pour + θ < + : v (t) < t > : à θ = +, on amorc T H, alors : v TH = ; T H s bloqu simultanémnt t i TH = ; v D = car D polarisé n dirct donc passant ; = -v > ; i TH = i D = ; i = - < ; = v D = v < donc D bloqué t i D =. v i v D T H T H i D i TH v D D D id v TH u E u
pour θ = : v = or = i TH T H n put pas s bloqur naturllmnt t continu d assurr la conduction. Par contr la diod D s bloqu naturllmnt, i D s trouv polarisé n dirct t dvint TH passant. pour < θ < + : v (t) > t > : = v > T H put êtr amorcé mais on n l fait pas. tant qu θ < +, T H continu d assurr la conduction puisqu > avc D la charg st court-circuité : phas d rou libr. v i T H i D T H v TH i TH u E = i TH = i D ; = ; i D = i TH = ; i = ; v TH = v D = ; = v >. marqus : la fréqunc d st l doubl d cll du résau ; la tnsion rdrssé st monodirctionnll t > : > p =. >, la charg rçoit d la puissanc. ls thyristors t ls diods doivnt supportr n invrs $V. v D D D id v D u c) Valur moynn d la tnsion rdrssé. t + T + cos( ) V = v (t).dt = V ˆ.sin( ).d = sin( ).d =. θ θ θ θ T t Il st possibl, n agissant sur d fair varir V. pouvant varir n théori d à, V décroît d d) Valur moynn du courant dans la charg.. à sans jamais êtr négatif. di On a la rlation suivant : V =.I +. + E. dt + cos( ). di V Or,. - E = donc : I = = dt - E marqus : chaqu diod t thyristor st travrsé par un courant moyn égal à I ; l courant i fourni par l résau st altrnatif : I =. ) Conclusion. pont mixt n st pas révrsibl n tnsion t n courant, l convrtissur n put fonctionnr qu n rdrssur commandé n raison d la présnc ds diods dans l montag. Application possibl : variatur d vitss motur DC dans un sns d rotation quadrant ou.
4. Pont PD tout thyristor sur charg activ révrsibl : motur DC. i TH v i T H T H i D v TH i TH M u u M v i T H T H i D v TH i TH u E v TH4 T H3 v TH3 i TH3 v TH4 T H3 v TH3 i TH3 r u r a) Fonctionnmnt n rdrssur. v (V) i g, i g3 (ma) + + +3 i g, i g4 (ma) + + +3 (A) (V) + + +3 T H + + +3 T H T H T H T H 3 T H3 T H3
I st imposé par l momnt du coupl résistant Γ r t la f.é.m. vari avc la valur moynn d la tnsion rdrssé : E = V - r.i =.cos - r. I = K.Ω. a valur moynn d la puissanc P consommé par la charg st positiv. b) Fonctionnmnt n ondulur assisté. montag fonctionn n ondulur assisté si > rad. On a ls chronogramms suivants pour = 3 rad v (V) 4 i g, i g3 (ma) + i g, i g4 (ma) + +3 (A) (V) + + +3 + + +3 T H T H T H T H T H T H3 T H3 4
I st toujours positif t l coupl résistanc égalmnt. a valur moynn d la tnsion rdrssé dvint négativ : E = V - r.i. =.cos - r. I = K.Ω < la vitss d rotation s invrs. a valur moynn d la puissanc P consommé par la charg dvint égalmnt négativ l transfrt d énrgi a liu dans l sns continu (motur) altrnatif (résau) caractérisant un fonctionnmnt n génératric d la machin. C st l cas lors ds phass d frinag n particulir lorsqu ll st ntraîné par sa charg. résau «récupèr» un parti d l énrgi fourni lors du fonctionnmnt n motur. pont n fonctionn plus n rdrssur, mais n ondulur assisté ( ondulur autonom) car la fréqunc d (dans c cas Hz) st imposé par cll du résau (5 Hz). c) Conclusion.. Traçons V = f() pour rad. V =.cos( ) V (V). rdrssur commandé ondulur assisté (rad) Avc un sul pont complt à 4 thyristors on put fair fonctionnr l motur dans ls dux quadrants (ici ls quadrants t 4). Pour pouvoir l fair fonctionnr dans ls 4 quadrants, il faut pouvoir égalmnt invrsr l sns du courant I travrsant l induit, on utilis un scond pont complt à 4 thyristors monté têt-bêch avc l prmir : on parl d variatur révrsibl. Pont quadrants t 4 M Pont quadrants t 3 5