ا ـورــ ازارــ اد راطــ اــ REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRAT

 ا ـورــ ازارــ اد راطــ اــ REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE ……………………………………………………………………….…………………………………………………………… N° d’ordre : …. Série : …. Mémoire Présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master en Electrotechnique Option Electrotechnique Thème CONCEPTION ET REALISATION D’UN CYCLOCONVERTISSEUR MONOPHASE COMMANDE PAR UNE CARTE ARDUINO Présenté par: SARRA GAMACHE Encadreur: DR LOUZE LAMRI Promotion 2013/2014 MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE CONSTANTINE I FACULTE DES SCIENCES DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT : ELECTROTECHNIQUE وزارة ا ــ م ا ــ و ا ــث ا ـ  ـــــــ  ط ـــــــــ  1  ـــ اوم اوو  : ارو  Remerciements Le présent travail a été effectué au sein de laboratoire d’électrotechnique sous la direction de Monsieur KHEZZAR Abdelmalek, Professeur à l’université Mentouri Constantine 1. Je tiens à remercier vivement Monsieur A.KHEZZAR pour m'avoir conseillé et dirigé tout au long de mon projet ainsi que pour ses nombreux conseils avisés lors de la rédaction de ce mémoire. Qu'il trouve ici ma profonde reconnaissance pour la confiance qu'il m'a témoignée durant ces L. LOUZE années. Mes remerciements s'adressent aussi pour Monsieur docteur à l'université de Constantine d'avoir codirigé cette mémoire. Poincaré, pour avoir accepté de me encadré. Je suis très reconnaissant également à Monsieur, Ingénieur A.Cherouana en électronique, pour l'honneur qu'il m'a fait. Je suis particulièrement reconnaissant à Monsieur K.MESSAOUDI, Docteur à l’université de constantine, pour l'honneur qu'il m'a fait, en acceptant de juger ce mémoire. Mes remerciements s’adressent aussi à Monsieur K.NABTI, docteur à l’université de Constantine pour ces encouragements qui me poussaient toujours vers l’avant. Je voudrais exprimer mes remerciements à ma chère amis ZAHRA pour son aide et son soutien moral, sans oublier Fatima, Soumya, Hanane, Asma, Ali, Tahar, Malek, Amine. Enfin, j'exprimer ma sympathie pour tout le personnel et les étudient de faculté des sciences de l’ingénieur à Constantine. Que les collègues du département Electrotechnique et d’automatisme, trouvent ici mes sincères sentiments de reconnaissance pour les messages d’encouragement et de sympathie qu’ils m’ont adressés à l’approche de la soutenance. Dédicace A ma mère à qui je dois tous ses sacrifices A la mémoire de mon père que personne n’a pu combler son vide ’ A tous mon frère AYMENE, mes sœurs ‘’ Selma, Asma, Rokia, Hasna, Nedjla, et ma belle fleur Chourouk ‘’ A tous mes amis, et mes collègues Aux orphelins du monde entier A tous les musulmans A tous je dédie cette mémoire Sommaire Introduction générale .............................................................................................................................. 1 CHAPITRE I ............................................................................................................................................ 2 GENERALITE SUR LA CONVERSION ALTERNATIVE-ALTERNATIVE ................................................................. 2 1 Introduction ..................................................................................................................................... 3 2 Le thyristor ...................................................................................................................................... 3 2.1 Principe de fonctionnement ..................................................................................................... 4 2.2 Blocage de thyristor ................................................................................................................ 4 2.3 Amorçage du thyristor ............................................................................................................. 5 2.4 Caractéristique et limites de fonctionnement .......................................................................... 6 2.5 Circuit de commande du thyristor ........................................................................................... 7 3 Différents types de commande pour le thyristor ............................................................................. 7 3.1 Amorçage par résistance ......................................................................................................... 7 3.2 Déclenchement via un circuit RC ............................................................................................ 8 3.3 Déclenchement par impulsion ................................................................................................. 8 4 Principe de circuit de commande par impulsion ............................................................................. 8 5 Rôle de transformateur d’impulsion................................................................................................ 9 6 Etude des Cycloconvertisseurs ........................................................................................................ 9 6.1 Principe de fonctionnement –structure de base .................................................................... 10 7 Montages utilisées ......................................................................................................................... 11 7.1 Cycloconvertisseurs d'indice de pulsation égal à 3 .............................................................. 11 7.2 Cycloconvertisseurs d'indice de pulsation égal à 6 .............................................................. 12 8 Applications des cycloconvertisseurs ............................................................................................ 12 9 Conclusion ..................................................................................................................................... 13 CHAPITRE II ......................................................................................................................................... 14 FONCTIONNEMENT ET SIMULATION DU CYCLOCONVERTISSEUR ................................................................. 14 1 Introduction ................................................................................................................................... 15 2 Simulation de redresseur triphasé ................................................................................................. 15 3 Partie commande........................................................................................................................... 15 4 Simulation d’un cycloconvertisseur monophasé .......................................................................... 19 4.1 Partie puissance .................................................................................................................... 19 4.2 Résultats de simulation.......................................................................................................... 20 5 Conclusion ..................................................................................................................................... 22 CHAPITRE III ........................................................................................................................................ 23 REALISATION PRATIQUE ET RESULTATS EXPERIMENTAUX ......................................................................... 23 1 Introduction ................................................................................................................................... 24 2 Description de la carte arduino UNO .......................................................................................... 25 2.1 Ports de communication disponibles sur une carte Arduino-Uno: ....................................... 26 2.2 Architecture interne de l’arduino UNO ................................................................................ 26 3 Description de banc expérimental ................................................................................................. 27 3.1 Carte de puissance ................................................................................................................ 27 3.2 Commande des thyristors ..................................................................................................... 27 3.3 Mise en œuvre du programme de la commande .................................................................... 27 3.4 Dimensionnement thermique et choix des semi-conducteurs ................................................ 28 3.5 Dimensionnement du circuit de commande d’un thyristor.................................................... 28 3.6 Architecture des circuits de commandes ............................................................................... 28 4 Système de commande ................................................................................................................... 29 5 Résultats expérimentaux ................................................................................................................ 31 5.1 Banc d’essai .......................................................................................................................... 32 5.2 Interprétation des résultats ................................................................................................... 36 6 Conclusion ..................................................................................................................................... 36 Conclusion générale .............................................................................................................................. 37 Références ............................................................................................................................................. 38 1 Introduction générale Les installations industrielles utilisent généralement la tension monophasée ou bien triphasée sous forme continue ou alternative. La variation de l'amplitude et de la fréquence est assurée par les convertisseurs de puissance. Les premiers convertisseurs de puissance électrique ont été réalisés avec des machines électriques couplées mécaniquement ; une machine à courant alternatif d'une part couplée au réseau permettait de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique à vitesse fixe. D’autre part une machine à courant continu dont l'excitation commandée permettait de disposer d'une tension continue variable en sortie. Le développement des composants de puissance au milieu du 20ème siècle (électronique de puissance) a permis de développer des convertisseurs de puissance électrique sans machines tournantes. A nos jours, la technologie des composants des semi-conducteurs ne cesse d'évoluer : - un faible coût, les puissances commutées élevées, la facilité de contrôle…. Le travail que nous avons réalisé au sein de laboratoires d’électrotechnique de Constantine a pour objectif la réalisation d'un convertisseur alternatif-alternatif, à savoir le cycloconvertisseur monophasé. Dans le premier chapitre, nous présentons des généralités sur les composants de puissance utilisée qui est le thyristor, son circuit de commande, les différents types des cycloconvertisseurs et leurs utilisations. Le deuxième chapitre présente la simulation du cycloconvertisseur monophasé faisant l'objet du présent mémoire. Le troisième chapitre présente les différentes étapes de la réalisation expérimentale ainsi que les résultats trouvés. Une conclusion générale vient pour mettre en exergue les points les plus importants à retenir. 2 CHAPITRE I GENERALITE SUR LA CONVERSION ALTERNATIVE-ALTERNATIVE Chapitre I généralité sur la conversion alternative-alternative 3 1 Introduction Les convertisseurs alternatif-alternatif sont utilisés couramment pour les installations industrielles, ils sont divisés en deux types : - les convertisseurs directs - les convertisseurs indirects La conversion indirecte se divise en deux conversions successives, d’abord elle effectue le redressement de la grandeur alternative d’entrée en une grandeur continue ou quasi continue qui est ensuite convertie en une grandeur alternative de sortie avec une amplitude et/ou une fréquence variable. La conversion directe s’effectue en une seule étape car on convertit une grandeur alternative d’entrée en une grandeur alternative de sortie. L’élément de stockage d’énergie n’est pas nécessaire. Le convertisseur direct peut être identifié en tant que deux approches topologiques distinctes. La première est la plus simple topologie peut être employée pour changer l'amplitude d'une forme d'onde alternative d'entrée, cette topologie s'appelle gradateur. La seconde peut être utilisée si sa fréquence de sortie est inférieure à sa fréquence d'entrée, cette topologie s'appelle cycloconvertisseur. Dans ce travail, nous nous intéressons à la conversion alternative – alternative par l’utilisation de cycloconvertisseur. Ce chapitre donne l’aspect théorique des cycloconvertisseurs en commutation naturelle qui permet de faire varier de manière continue la valeur et la fréquence des tensions de sortie à base des redresseurs commandés en utilisant des interrupteurs de forte puissance comme le thyristor avec une commande de gâchette par impulsions. 2 Le thyristor Le thyristor est un interrupteur de puissance au silicium formé de plusieurs couches, Il est réversible en tension et supporte des tensions anode/cathode Vak aussi bien positives que négatives. Il n’est pas réversible en courant (unidirectionnelle en courant) et ne permet que des courants i positifs, c’est à dire dans le sens anode cathode à l’état passant. La figure 1.1 représente trois jonctions en série : Jk : jonction cathode Jc : jonction de commande Ja : jonction anode Chapitre I généralité sur la conversion alternative-alternative 4 avec quatre couches de dopages alternés et possédant trois électrodes: • La couche de cathode de type N est mince (autour de 20 µm) et fortement dopée. Elle est reliée par métallisation à l'électrode de cathode (K en abrégé). • La couche de commande de type P est mince (autour de 50 µm) et moyennement dopée. Elle est reliée à l'électrode de gâchette (G en abrégé). • La couche de blocage de type N est épaisse (autour de 250 µm) et faiblement dopée. • La couche d'anode de type P est mince (autour de 70 µm) et moyennement dopée. Elle est reliée par métallisation à l'électrode d'anode (A en abrégé). Figure I.1. différentes jonctions d’un thyristor 3 Principe de fonctionnement 3.1 Blocage de thyristor L’une au moins des jonctions PN du thyristor est bloquée : • Sous une tension inverse : la tension anode/cathode Vak est négative et les deux jonctions Ja et Jk sont polarisées en inverse ce qui bloquent le courant de fuite à une intensité très faible en raison des différences de dopage entre les 4 couches PNPN. C’est la jonction d’anode qui supporte la plus grande partie de la tension inverse. • Sous une tension uploads/Geographie/cycloconvertisseur.pdf

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