Cours de Physique appliquée Conversion Continu Alternatif Onduleur autonome Terminale STI Génie lectrotechnique Fabrice Sincère ; version 1.0.6 1
Sommaire 1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs 2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre interrupteurs) 2.1. Commande symétrique 2.2. Commande décalée 2
1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs charge Fig. 1 est une source de tension continue, réversible en courant. et sont deux interrupteurs électroniques, commandés de manière périodique : 0 < t < T/2 : est fermé et est ouvert : = + (> 0 V) T/2 < t < T : est ouvert et est fermé : = - (< 0 V) La tension est alternative Le courant est alternatif 3
Chronogramme de la tension interrupteur conducteur + 10 20 - Fig. 2 Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz Valeur efficace : U Ceff U Ceff u (t)² C ² U Ceff 4
Réalisation pratique Les interrupteurs électroniques K i doivent être : - commandables à la fermeture - commandables à l ouverture - bidirectionnels en courant (car courant alternatif) Pour cela, on utilise deux éléments en parallèle : charge D 1 H 1 Fig. 3 D 2 H 2 La diode «antiparallèle» D i rend l interrupteur K i bidirectionnel en courant. 5
H 1 et H 2 sont souvent des transistors bipolaires : D 1 R L D 2 circuit de commande des transistors Fig. 4 6
Chronogrammes pour une charge RL + 10 20-10 20 élément conducteur (D 1, T 1, D 2, T 2 ) comportement de la charge Fig. 2 7
1 ère phase = + conduit < 0 D 1 conduit (t) = - (t) D 1 R L D 2 Fig. 4a 2 ème phase = + conduit > 0 T 1 conduit (t) = (t) D 1 R L D 2 Fig. 4b 8
3 ème phase = - conduit > 0 D 2 conduit (t) = (t) D 1 R L D 2 Fig. 4c 4 ème phase = - conduit < 0 T 2 conduit (t) = - (t) D 1 R L D 2 Fig. 4d 9
Chronogrammes pour une charge RL C + + 0 t t (ms) (ms) 10 10 20 20 - - 0 t t (ms) (ms) 10 10 20 20 p(t) = (t) (t) p > 0 : récepteur (phase d alimentation) p < 0 : générateur (phase de récupération) élément conducteur (D 1, T 1, D 2, T 2 ) comportement de Générateur Récepteur Générateur Récepteur la charge i T1 T1 0 t t (ms) D 1 T 1 D 2 T 2 0 t t (ms) Fig. 2 Globalement : < p > est positif 0 t t (ms) 0 t t (ms) 10
2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre interrupteurs) 2.1. Commande symétrique source de tension continue charge K 3 Fig. 5 0 < t < T/2 : et K 3 sont fermés : = + (> 0 V) T/2 < t < T : et sont fermés : = - (< 0 V) 11
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Chronogramme de la tension interrupteurs conducteurs ; K 3 ; + 10 20 - Fig. 6 Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz Valeur efficace : U Ceff 13
Réalisation pratique R L Fig. 7 i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 14
Chronogrammes pour une charge RL + 10 20 - éléments conducteurs 10 20 Fig. 6 comportement de la charge i T3 i D3 i T4 i D4 15
1 ère phase Fig. 7a = + ; K 3 conduisent < 0 D 1 ; D 3 conduisent (t) = i D3 (t) = - (t) i T4 i D4 R L i D3 i T3 K 3 2 ème phase Fig. 7b = + ; K 3 conduisent > 0 T 1 ; T 3 conduisent (t) = i T3 (t) = (t) i T4 i D4 R L i D3 i T3 K 3 16
3 ème phase Fig. 7c = - ; conduisent > 0 D 2 ; D 4 conduisent (t) = i D4 (t) = (t) i T4 i D4 R L i D3 i T3 K 3 4 ème phase Fig. 7d = - ; conduisent < 0 T 2 ; T 4 conduisent (t) = i T4 (t) = - (t) i T4 i D4 R L i D3 i T3 K 3 17
Chronogrammes pour une charge RL + 10 20-10 20 éléments D 1 ; D conducteurs 3 T 1 ; T 3 D 2 ; D 4 T 2 ; T 4 Fig. 6 comportement de la charge Générateur Récepteur Générateur Récepteur i T3 i T3 i D3 i D3 i T4 i T4 i D4 i D4 18
2-2- Commande décalée 19
Chronogramme de la tension interrupteurs conducteurs K 3 Fig. 8 + 10 20 - Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz Valeur efficace : U Ceff 1 T 2 On peut régler U Ceff entre 0 et. 20
A.N. = 200 V Sur la figure 8, mesurer le décalage. n déduire la tension efficace aux bornes de la charge. = 3 ms U Ceff 200 1 3 20 2 167 V U Ceff Fig. 9 O T / 2 21
Chronogramme du courant pour une charge RL interrupteurs conducteurs K 3 + 10 20-10 20 éléments conducteurs Fig. 8 comportement de la charge 22
1 ère phase Fig. 8a et K 3 conduisent = 0 V < 0 D 3 ; T 4 conduisent R L i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 2 ème phase Fig. 8b et K 3 conduisent = + < 0 D 3 ; D 1 conduisent R L i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 23
3 ème phase Fig. 8c et K 3 conduisent = + > 0 T 1 ; T 3 conduisent R L i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 4 ème phase Fig. 8d ; conduisent = 0 V > 0 D 2 ; T 1 conduisent R L i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 24
5 ème phase Fig. 8e ; conduisent = - > 0 D 2 ; D 4 conduisent R L i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 6 ème phase Fig. 8f ; conduisent = - < 0 T 2 ; T 4 conduisent R L i T4 i D4 i D3 i T3 K 3 25
Chronogramme du courant pour une charge RL interrupteurs conducteurs K 3 + p(t) = (t) (t) p > 0 : récepteur p < 0 : générateur p = 0 : phase de roue libre éléments conducteurs 10 20-10 20 T 4 D 1 T 1 D 4 T 4 D 3 T 3 D 2 T 2 Fig. 8 comportement de la charge Roue libre G Récepteur Roue libre G Récepteur 26