Conversion coninu - alernaif Les inerrupeurs élecroniques son uilisés dans d aures applicaions que le ransfer de puissance d une source vers une charge. En pariculier ils permeen de réaliser la conversion d un couran élecrique alernaif vers un couran coninu (redresseur) ou l inverse (onduleur). Nous allons décrire le principe de foncionnemen de ces disposiifs. I. Onduleur Un onduleur es un disposiif permean de converir une ension coninue en ension alernaive, uilisé lorsque la puissance à fournir à la charge es imporane (ce don es incapable un simple oscillaeur à amplificaeur opéraionnel). Ils son par exemple employés lors d une rupure prolongée de l alimenaion par EDF suie à une empèe, en zone rurale ; EDF appore alors des grosses baeries sur camions e l onduleur va générer un couran sinusoïdal à parir de la ension coninue délivrée par ces baeries. 1. Descripion Le schéma de principe d un onduleur es représené figure 1. Il es consiué d une alimenaion coninue E (source de puissance), e de quare inerrupeurs commandés noés K 1,.,4. L ensemble alimene une charge (par exemple un moeur). On noe u() la ension aux bornes de cee charge, e i() le couran qui la raverse. Les quare inerrupeurs commandés son des composans élecroniques ; l éa ouver ou fermé de ces inerrupeurs es conrôlé par le circui de commande exérieur, délivran une ension simulanémen appliquée sur les quare inerrupeurs. Cee ension ne peu valoir que deux valeurs +/-V c. Lorsque la commande vau V c (>0), K 1 e K 3 son fermés, K 2 e K 4 ouvers ; lorsque la commande vau -V c, K 2 e K 4 son fermés, K 1 e K 3 ouvers. K 1 e K 3 son des ransisors de même naure, K 2 e K 4 de naure opposée afin d obenir des foncionnemens complémenaires pour la même ension de commande. L unicié du signal de
commande pour provoquer les basculemens des 4 inerrupeurs perme de garanir la parfaie synchronisaion de ces basculemens. Circui de commande Vers les 4 inerrupeurs K 1 K 4 i() Charge E u() K 2 K 3 2. Tension aux bornes de la charge La séquence des inerrupeurs condui à : Pour 0 < < T o /2, u() = E ; pour T o /2 < < T o, u() = - E. La charge es donc soumise à un signal en créneau de valeur moyenne nulle. 3. Amélioraion vers un passage à un signal sinusoïdal On peu souhaier alimener un disposiif (modélisé par la suie par une résisance R) avec un signal sinusoïdal obenu à parir de la ension coninue E. La première des propriéés d un signal sinusoïdal es de ne pas comporer de disconinuiés. Or on sai qu une inducance perme d éliminer les disconinuiés en couran, ce qui élimine aux bornes d une résisances celles en ension. On consiue donc la charge en associan à la résisance R une inducance L. En noan i le couran passan dans Re L e u R la ension aux bornes de la résisance seule, on aura : Pour 0 < < T o /2 : L d i + R i = E soi d u R + u R = E pour T o /2 < < T o : L d i + R i = E soi d u R + u R = E avec = L R.
On obiendra donc pour u R () un signal de la forme : ur ( ) E Exponenielle - E La bobine a un rôle de lissage. Si la consane de emps es grande devan la période du hachage, le signal aura une forme riangulaire don on sai que le erme fondamenal es rès neemen supérieur aux harmoniques (soi un régime quasi sinusoïdal On pourra encore améliorer ce signal par un filrage afin de ne conserver que le erme fondamenal. 4. Exemples d applicaions Des onduleurs son uilisés : * pour prendre le relai en cas de coupure de l alimenaion élecrique de sysèmes informaiques (ils doiven alors avoir un emps de réponse exrèmemen cour, pour que la coupure ne provoque pas l arrê du sysème ; * pour l alimenaion de moeurs élecriques synchrones, comme ceux racan les TGV ou les ramways urbains ou des voiures élecriques. Ils présenen l avanage de pouvoir délivrer un signal don la fréquence es réglable, donc de permere le démarrage du moeur. II. Redressemen double alernance Un redresseur perme d obenir un couran coninu à parir d une ension sinusoïdale. Il es par exemple uilisé lorsque la source de ension es un alernaeur (associé à une urbine sur une chue d eau, ou alernaeur de voiure, ou couran alernaif fourni par EDF) e que l on souhaie socker l énergie produie dans des baeries (voiure, éléphone mobile...). Pour charger une baerie (ce qui correspond à un sens donné de la réacion rédox, donc les élecrons doiven circuler dans un sens unique) le couran uilisé ne doi pas changer de sens. On doi disposer d un couran coninu, par opposiion à un couran alernaif qui change de sens à chaque demie période, qui ne change pas de sens même si son inensié n es pas consane au cours du emps.
1. Descripion Un redresseur double alernance uilise quare inerrupeurs, mais qui son sponanés : de simples diodes. + I A 1 2 E() B i charge u() C 3 4 D 2. Analyse du foncionnemen Si E() es posiif, le couran I es posiif ; les diodes 1 e 4 son alors passanes, 2 e 3 bloquées. Un couran i() = I posiif va de B vers C dans la charge, e u() = E(). Si E() es négaif, le couran I es négaif (ce qui correspond à un couran - I posiif circulan dans l aure sens); les diodes 2 e 3 son alors passanes, 1 e 4 bloquées. Un couran i() = - I donc posiif va de B vers C dans la charge, e u() = - E(). Le couran (posiif) circule oujours dans le même sens dans la charge. Pour une ension E() sinusoïdale, on aura les représenaions suivanes en ensions : E ( ) u ( ) Nous n avons pas un signal u() coninu (au sens d indépendan du emps) mais au moins il ne change plus de signe. Ce qui es suffisan pour une recharge de baerie.
3. Amélioraion vers un passage à un signal coninu Une possibilié es encore d ajouer en série à la charge uile une bobine de lissage pour réduire les variaions de ension. Si la charge uile es une résisance R, l ensemble (R - L en série) se comporera comme un filre pase bas du premier ordre, qui fournira en sorie un signal comporan des flucuaions auour de sa valeur moyenne. u ( ) E ( ) ur() On s approche d un signal coninu...