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CONVERSION

CONTINU-ALTERNATIF

CI3 : Chaînes d'énergie

CONVERSION CONTINU-ALTERNATIFCOURS

Edition 1 - 03/12/2017

Lycée Jules Ferry - 06400 Cannes

ats.julesferry.cannes@gmail.com 1/12

CHAÎNE D'INFORMATION

ACQUERIR

TRAITER

COMMUNIQUER

CHAÎNE D'ENERGIE

ALIMENTERDISTRIBUERCONVERTIRTRANSMETTRE

ACTION

PROBLEMATIQUE

" Pour piloter des machines asynchrones ou synchrones, il faut être en mesure de piloter la fréquence d'un signal sinusoïdal. De même, pour assurer une alimentation sans interruption, il peut être nécessaire de convertir une source de tension continue en source de tension sinusoïdale. C'est le rôle des onduleurs » B - MODELISERB - MODELISERB - MODELISERB1 : Identifier et caractériser les grandeurs physiques agissant sur un système Identifier les pertes d'énergie dans un convertisseur statique d'énergie, dans un actionneur ou dans une liaison

B2 : Proposer un modèle de connaissance et de

comportement Associer un modèle aux constituants d'une chaîne d'énergie

B2 : Proposer un modèle de connaissance et de

comportement Adapter la typologie d'un convertisseur statique à la nature des sources

C - RESOUDREC - RESOUDREC - RESOUDREC1 : Choisir une démarche de résolutionProposer une méthode de résolution permettant la détermination des

courants des tensions, des puissances échangées, des énergies transmises ou stockées C2 : Procéder à la mise en oeuvre d'une démarche de résolution analytique Déterminer les courants et les tensions dans les composants C2 : Procéder à la mise en oeuvre d'une démarche de résolution analytique

Déterminer les puissances échangées

C2 : Procéder à la mise en oeuvre d'une démarche de résolution analytique Déterminer les énergies transmises ou stockées

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ProblématiqueEdition 1 - 03/12/2017

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Sommaire

A.1.Problématique

4

A.2.Structure d'un onduleur

4 B.________________________________Convertisseur en pont à commande symétrique!5

B.1.Principe de fonctionnement

5

B.2.Forme d'onde et spectre de fréquence

6 C.___________________________________Convertisseur en pont à commande décalée!7

C.1.Principe

7

C.2.Forme d'onde et spectre de fréquence

8 D._________________________________________________Convertisseur en pont à MLI!9

D.1.Principe

9

D.2.Commande des interrupteurs

10 E.________________________________________________________Notes personnelles!11

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SommaireEdition 1 - 03/12/2017

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A.Généralités

A.1.Problématique

Ce cours traite des onduleurs, dont la fonction est de convertir une tension continue en une tension sinusoïdale dont les caractéristiques de tension e ffi cace et de fréquence sont réglables. Leurs domaines d'application sont essentiellement :

le pilotage des machines asynchrones et synchrones. Dans ce cas, la tension d'alimentation d'origine est

celle du réseau triphasé, qui est redressé puis ensuite converti en tension sinusoïdale dont les

caractéristiques sont maîtrisées

les alimentations sans interruptions, afin de protéger les équipements sensibles ou qui ne tolèrent pas

d'interruption de leur source d'alimentation. Dans ce cas, la tension d'alimentation d'origine est issue de

batteries qui fournissent une tension continue qui sera ensuite convertie par l'onduleur. Il s'agit alors le

plus fréquemment d'onduleurs en monophasé

A.2.Structure d'un onduleur

Les onduleurs vont utiliser le même principe que les hacheurs, à savoir le découpage d'une tension continue de façon à moduler la tension délivrée aux bornes de la charge. C'est la façon dont cette tension est découpée qui distinguera les onduleurs des hacheurs. Les composants utilisés sont donc les mêmes, à savoir des interrupteurs commandés (transistors

MOSFET, IGBT) auxquels on associe des diodes

afin d'assurer la réversibilité en courant

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GénéralitésEdition 1 - 03/12/2017

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B.1.Principe de fonctionnement

La structure dans le cas d'un onduleur est représentée ci-dessous. La charge est supposée inductive R+L

(respectant ainsi les règles d'association des sources)

La notion de rapport cyclique

vue lors de l'étude des hacheurs est reprise ici. On notera T la période de découpage

T3T4T2T1D1D3D4D2K2K4K1K3VS

Comportement pour

T1 et T3 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S =E

Comportement pour

T2 et T4 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S =-E

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Convertisseur en pont à commande symétriqueEdition 1 - 03/12/2017

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B.2.Forme d'onde et spectre de fréquence

Le régime transitoire s'installe à chaque commutation, et la forme d'onde est alors la suivante :

Ce type de commande génère de nombreuses harmoniques, préjudiciables au facteur de puissance et à la

qualité du signal (ci-dessous le spectre de fréquence pour un signal de fréquence souhaitée de 50 Hz)

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C.1.Principe

Dans cette commande, les interrupteurs K2/K4 commutent de façon alternative, de même que les

interrupteurs K1/K3, mais le cycle de commutation de ces derniers est décalé de t 0

T3T4T2T1D1D3D4D2K2K4K1K3VS

Comportement pour

0 T4 et T3 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S =0

Comportement pour

t 0 T 2 T4 et T1 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S =E

Comportement pour

T 2 T 2 +t 0 T2 et T1 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S =0

Comportement pour

T 2 +t 0 T2 et T3 sont commandés, et la tension de sortie V S vaut V S =-E

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Convertisseur en pont à commande décaléeEdition 1 - 03/12/2017

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C.2.Forme d'onde et spectre de fréquence

Le forme d'onde est à présent la suivante :

T4T2T1T3T4T2T1T3

On constate que le spectre de fréquence présente une fondamentale marquée à 50Hz, et essentiellement une

harmonique de rang 3 : Les harmoniques de rang multiples de 3 sont supprimées pour

α=30°

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D.Convertisseur en pont à MLI

D.1.Principe

La structure reste la même, mais le pilotage est plus sophistiqué, avec des largeurs d'impulsion variables.

Comme pour les hacheurs, on distingue le pilotage unipolaire et le pilotage bipolaire :

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D.2.Commande des interrupteurs

Une façon simple de déterminer les commandes des interrupteurs est de comparer la tension de référence

désirée (appelée modulante) à un signal triangulaire appelé porteuse, dont la fréquence est supérieure à la

fréquence de la modulante. On parle de commande "sinus-triangle»

Le résultat de la comparaison commande directement les interrupteurs (ici en commande bipolaire) :

L'amplitude est réglée en adaptant l'amplitude de la modulante.

Sur une charge RL, l'allure du courant dans la char ge et de la tension à ses bornes est représentée ci-

dessous :

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E.Notes personnelles

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