[PDF] Support de cours Délectronique de puissance Les convertisseurs

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0H1H67(5( G( I·(16(HGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

Direction générale des études technologiques Institut supérieur des études technologiques de Nabeul

Département : Génie Electrique

Support de cours

G·pOHŃPURQLTXH GH SXLVsance

Les convertisseurs AC-DC et AC-AC

Classe concernée : EI2 L2 S1

Proposés par :

Hidri.Imed

7HŃOQRORJXH j O·H6(7 GH 1MNHXO

Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 1

Avant-propoV

iellement aux étudiants de électricité industrielleH niveau L2 S1. Il eVW TeVWiné à

Par ailleurV il eVW à Vignaler

prétend pas être exhaustif. - nique de puissance - ÓaîWriVer le foncWionnemenW TeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC. commanTéV eW non commanTéV. ude des gradateurs monophasés et triphasés. Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 2

CHAPITRE 0

INTROMUCTION

Pour TeV raiVonV économiqueVH lGénergie élecWrique eVW fournie par TeV réVeaux WripUaVéV (WroiV WenVionV

VinuVoïTaleV TépUaVéeV enWre elleV Te

3 2 ) à la fréquence Te 50Hz.

Mu poinW Te vue Te lGuWiliVaWeurH lGénergie eVW VouvenW uWiliVée en conWinu ou à TeV fréquenceV TifférenWeV Te

celle Tu réVeau.

JuVquGau TébuW TeV annéeV 1970 environH la miVe en forme Te lGonTe élecWrique afin Te lGaTapWer aux

beVoinV a éWé obWenue au moyen Te groupeV WournanWV (moWeurV). LeV performanceV TeV compoVanWV Vemi-

conTucWeurV Te lGélecWronique Te puiVVance (TioTeVH WUyriVWorVH WriacVH WranViVWorV) onW enVuiWe permiV Te

réaliVer Te WelleV converVionV; on Vupprime ainVi leV parWieV WournanWeV eW on réTuiW la maVVeH lGencombremenW

eW le coûW Te ceV maWérielV.

LeV converWiVVeurV VWaWiqueV VonW leV TiVpoViWifV à compoVanWV élecWroniqueV capableV Te moTifier la WenVion

eWIou la fréquence Te lGonTe élecWrique.

On TiVWingue Teux WypeV Te VourceV Te WenVionJ

Sources de tension continues caractérisées par la valeur V de la tension.

Sources de tension alternatives définies par les valeurs de la tension efficace V et de la fréquence f.

On Tifférencie quaWre WypeV Te converWiVVeurV TonW leV VcUémaV Te principe VonW TonnéV Vur la figure

VuivanWeJ

Convertisseur alternatif-conWinu J reTreVVeur ;

Convertisseur alternatif-alWernaWif J cGeVW un graTaWeur lorVque Veule la valeur efficace Te la WenVion

alWernaWive eVW moTifiéeH Vinon cGeVW un cycloconverWiVVeur.

Convertisseur continu-conWinu J UacUeur ;

Convertisseur continu-alWernaWif J onTuleur ;

Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 3

Citons quelques applications des convertisseurs statiques: Redresseurs : alimentation des moteurs à courant continu, charge des batteries ;

xHacUeurV J commanTe TeV moWeurV à couranW conWinu (viWeVVe variable) ; foncWionV TGinWerrupWeur onTuleurV

ou alimenWaWion à Técoupage ;

xOnduleurs : production de tensions alternatives, alimentation des appareils électriques autonomes,

proWecWion conWre leV VurWenVionV eW coupureV Te réVeau (informaWique)H commanTe TeV macUineV à couranW

alWernaWif ; xCycloconvertisseurs : production des vitesses variables en alternatif (levage, machine-ouWil).

ManV ce courV lGéWuTe TeV cycloconverWiVVeurV ne Vera paV aborTée. LGéWuTianW VouUaiWanW pourVuivre VeV

éWuTeV en élecWroWecUnique-élecWronique Te puiVVance pourraH pour aborTer ceV WypeV Te converWiVVeurVH Ve

reporWer à la bibliograpUie fournie à la fin Te ce courV. Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 4

LES CONVERTISSEURS ALTNRNATIŃSICONTINU

LNS ÓONTAGNS RNMRNSSNURS

I- InWroTucWion

Les redresseurs permettent de convertir une alimentation alternative en continue. La tension et la puissance

Te VorWie peuvenW êWre conWrôléeV par leV compoVanWV Te puiVVance uWiliVéV (TUyriVWorV).

On peut grouper les composants utilisés dans les convertisseurs statiques AC- MC en Teux caWégorieV J

I-1- LeV TioTeV

Une diode est un élément non commanTé compoVé Te 2 coucUeV Te maWériaux Vemi-conTucWeur Topé

-conTucWeurV à WrouV cUargéV poViWivemenW ou cUargé Te porWeuVeV négaWiveV. La TioTe eVW repréVenWée Te la façon VuivanWeJ

I-1-1-

Ils sont donnés dans la figure N°2 avec :

VF J WenVion TirecWe

IF J couranW TirecW

VRRM J WenVion inverVe maximale répéWiWive

VRSM J TenVion inverVe maximale non répéWiWive.

Nn conTucWion la WenVion TirecW

qui supportent un courant direct : K

VAK Diode

A

Figure N°1

VRRM

Vseuil

If Vf ia

Vak VRSM

Rone Te blocage

OŃŃ ON

Rone Te

conTucWion TirecWe Rone lancUe

Figure N°2

Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 5

I-1-2-

VRM maximale

VF minimale

TON eW TOFF minimaux

IF J couranW TirecW

IFSM J couranW TirecW Te poinWe (Vur une Turée)

IFRM J couranW TirecW Te poinWe répéWiWif.

I-1-3-

nnule ; Ia = 0.

I-2- LeV WUyriVWorV

Le thyristor est un élément commandé en courant. Il est composé de quatre couches PNPN formanW WroiV

joncWionV JaH Jc eW Jk. J

Figure N°3 r

I-2-1- Caractéristiques statiques

Nn inverVeH ceV caracWériVWiqueV VonW iTenWiqueV aux caracWériVWiqueV Te la TioTe

Nn TirecW J

Si le couranW Te la gâcUeWWe eVW Ig = 0 eW on applique cerWaine WenVion aVVeY imporWanWe Vak0, orce effectivement et on aura VD = 0.8 V en conTucWion.

Pour Ig = Ig1 ak1 K Vak0.

Pour Ig = Ign VuffiVanWH VakN eVW WrèV faible (conTucWion comme une TioTe).

Vak0 Vak1 VD

ig1 Vakn ig=0 ign ia

Figure N°4 : Caractéristi

Vak Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 6

I-2-2- sation des thyristors :

IT 550 A

ITAV

ITSM Courant de surcharge accidentelle (état passant) 10 000 A

i2t donnée servant à dimensionner le fuVible Te proWecWion 500 000 A2s

TIITW viWeVVe criWique Te croiVVance Tu couranW 100 AIs

VRRM WenVion inverVe Te poinWe 800 V

VDRM tension directe de pointe 800 V

TVITW viWeVVe criWique Te croiVVance Te la WenVion 200 VIs

VGT WenVion Te gâcUeWWe 3 V

IGT couranW Te gâcUeWWe 200 mA

A parWir Te ceV TonnéeV eW Tu moTe T

En général :

- dV/

20 (V/s) ื dV/dt ื 200 (V/s)

- Tension directe ื VB0 - Courant de maintient IH minimal (IH = 1 mA à 100 mA). - Température maximale de fonctionnement = 125°C - dIa/dt < 100 A/s - dIg/dt < 500 mA/s - F fmax < 1/(TON + TOFF + t(utile)) : f ื quelques kHz. - Imax est fonction de TOFF et de la fréquence.

100 mA ื Ia ื 3000 A

100 V ื VAK ื 4000 volts

Figure N°5

protégé contre les dtTi et les dtTv Th R C dtTv L dtTi

La figure suivante donne le schéma

les di /dt et les dv/dt. Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

Hidri.imed Page 7

II- ReTreVVemenW Vur circuiWV monopUaVéV J

continues constantes, ceux avec les thyristors ou autre composant commandé donnenW TeV WenVionV conWinueV

Te valeurV moyenneV variableV.

II-1- ReTreVVemenW Vimple alWernance non commanTé (cUarge réViVWive)

II-1-1- ÓonWage

II-1-2- AnalyVe Tu foncWionnemenW

Pour 0 K K J M conTucWrice

vC() = v() = VM Vin() )Vin( RV R )(v iM CC T iC () et vC() ont la même forme.

Pour K K 2 J M bloquée car à =

Tonc J iC () = 0 et vC() = 0 .

II-1-3-

D R iC() vC( ) v ( ) est : v() = VM sin () avec = t

Figure N°6 : Montage simple alternance

vC Vm 0 iC 0 D vD -Vm D D RVm 2

Figure N°7

Support de couEI2 LeV converWiVVeurV AC-MC eW AC-AC

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II-1-4- Valeur moyenne Te la WenVion vC eW Tu couranW iC

La valeur moyenne de la tension vC eVW J

)Vin( V ) v(avec T ) v( 21 VM0Cmoy Tquotesdbs_dbs8.pdfusesText_14

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