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5 Introduction Les convertisseurs statiques sont constitués des composants acti

5 Introduction Les convertisseurs statiques sont constitués des composants actifs et passifs sophistiqués et performants qui admettent cependant un certain nombre de limitations qui ne sont pas sans conséquence sur la synthèse des boucles de commande. Ainsi, les pertes par commutation limitent la fréquence de commutation, la durée de vie des porteurs impose indirectement des butées de rapport cyclique montre bien que les techniques générales de commande ne sont pas directement applicables à la conversion d’énergie. L’observation de variables en électronique de puissance peut, elle aussi répondre à des motivations particulières. Les forts dv/dt et di/dt générés par les commutations peuvent perturber les capteurs, et il peut être intéressant de remplacer un ensemble de capteurs exposés au bruit, par un même nombre de capteurs moins perturbés [3]. Les convertisseurs statiques de l'électronique de puissance à commutation forcée assurent la conversion alternative continue et vice versa (éventuellement). Alimentés par une source de tension alternative monophasée ou triphasée. Ils permettent d'alimenter en courant continu sous tension réglable le récepteur branché à leur sortie, tout en assurant un facteur de puissance presque unitaire du coté alternatif [3]. Les différents types des convertisseurs Nous avons vu que, la plupart du temps, l'énergie électrique était fournie par le réseau, et donc par l'intermédiaire d'une tension sinusoïdale. Or, dans de nombreuses applications (une bonne partie de l'électronique notamment), l'énergie est utilisée sous forme de signaux continus. Il est donc nécessaire de disposer d'un système effectuant cette conversion. Ce dispositif est appelé redresseur. Nous verrons que la tension délivrée présente une ondulation de tension non négligeable (surtout dans les redresseurs commandés) ce qui nécessite d'associer un filtre au redresseur, afin d'obtenir un signal continu utilisable. Compte tenu des charges souvent inductives, l'ondulation de tension en sortie conduit à une ondulation de courant très faible dans la charge. Ce courant sera donc fréquemment supposé constant dans la charge [4].  Convertisseur Continu-Continu (Hacheur) Les hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de fabriquer une source de tension continue variable à partir d’une source de tension continue fixe.  Convertisseur Continu-alternatif(Onduleur) Les onduleurs sont les convertisseurs statiques continu-alternatif permettant de fabriquer une source de tension alternative à partir d’une source de tension continue.  Convertisseur alternatif-alternatif(Gradateur) Les Gradateurs sont les convertisseurs statiques Alternatif-Alternatif permettant de fabriquer une source de tension Alternatif variable à partir d’une source de tension Alternatif fixe. Figure. I.1 les symboles électriques des convertisseurs statiques I. 3 Quelques applications des convertisseurs statiques On peut citer quelques les applications des convertisseurs statiques dans le domaine industrielle [4]:  Alimentation des moteurs à courant continu, charge des batteries. (Redresseur)  Commande des moteurs à courant continu (vitesse variable) fonctions d'interrupteur onduleurs ou alimentation à découpage. (Hacheur)  Production de tensions alternatives, alimentation des appareils électriques autonomes, protection contre les surtensions et coupures de réseau (informatique), commande des machines à courant alternatif. (Onduleur)  Production des vitesses variables en alternatif (Levage, machine outil). (Gradateur) Convertisseur alternatif/continu Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif- continu. Alimentés par une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie. On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors que l'énergie électrique est disponible en alternatif. Comme c'est sous cette seconde forme que l'énergie électrique est presque toujours générée et distribuée, les redresseurs ont un très vaste domaine d'applications. Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pas de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont irréversibles, c'est-à-dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu. Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent, pour une tension alternative d'entrée fixée, de faire varier la tension continue de sortie. Ils sont de plus réversibles ; lorsqu'ils assurent le transfert de puissance du côté continu vers le côté alternatif, on dit qu'ils fonctionnent en onduleurs non autonomes [5]. Organisation d’un convertisseur alternatif/continu L’élément de notre étude est le convertisseur statique CA/CC. Mais ce redresseur ne peut être dissocié du récepteur qu’il alimente. De la même manière l’ensemble {convertisseur + récepteur} constitue la charge de la source électrique d’où provient l’énergie. C'est-à-dire le réseau d’alimentation. L’ensemble constitue une chaîne de conversion dont chacun des éléments ne peut être étudié qu’en tenant compte des autres. Sur la base de ces éléments, on peut considérer que la chaîne de conversion alternative/continue se décompose suivant la structure représentée à la figure. I.3 Figure I.3. La chaîne de conversion alternatif / continu On tiendra toujours compte d’une source de tension sinusoïdale. Pour adapter les niveaux de tension, un transformateur peut être placé en tête de la chaîne de conversion. Le récepteur est une charge électrique qui peut comprendre une résistance par exemple chauffage industriel ou un circuit RL voire RLE machine à courant continu. Parfois, la charge est elle- même un convertisseur adaptant l’énergie continue pour alimenter un onduleur par exemple. Le redresseur intermédiaire est chargé de rendre la tension unidirectionnelle tandis que le courant est imposé par la charge [4]. Différents types de redresseurs Du point de vue de la commutation électrique, on trouve deux grandes catégories de convertisseurs CA/CC (redresseur). Redresseurs à commutation naturelle: Le fonctionnement des redresseurs en commutation naturelle est une conséquence de la nature alternative des tensions d'alimentation. Le courant dans chaque semi-conducteur s'annule de lui-même à la fin de l'intervalle de conduction, ou bien s'annule automatiquement du fait de l'entrée en conduction du semi-conducteur suivant. Il n'y a pas à commander l'ouverture des interrupteurs, qui sont réalisés à partir de diodes ou de thyristors. Dans ce type de redresseurs (conventionnels) à commutation naturelle, on note une déformation de la forme de courant. Alors, le facteur de puissance du réseau d’alimentation se trouve variable et faible dans certains cas en raison de la distorsion harmonique élevée de l'onde de courant [3]. Redresseurs à commutation Forcée Ce type de convertisseurs statiques sont réalisés, en utilisant des transistors de puissance (bipolaires, MOSFET ou IGBT) pour des puissances allant jusqu’à une centaine de kW, avec des fréquences de découpage ou de commutation égales ou supérieures à 10kHz Pour des puissances de quelques centaines de kW ou plus, on utilise couramment des GTO mais à des fréquences de commutation assez basses (500Hz à 1000Hz). L’objectif principal de ces convertisseurs c’est de corriger le facteur de puissance du côté alternatif. Dans cette section, on décrira le principe de fonctionnement des convertisseurs CA- CC à facteur de puissance unitaire. L’étude d’une structure en pont complet monophasé ou triphasé, commandée par modulation de largeur d’impulsions (MLI), montre qu’il est possible de fonctionner dans les quatre quadrants du plan (U,I) si la technologie des interrupteurs à semi-conducteurs l’autorise. Ce qui permet de fonctionner en redresseur ou en onduleur non autonome à la fois. Cette structure permet donc tous les types de transfert d’énergie possibles. Les modes de fonctionnement hacheur et onduleur sont les plus connus et en général bien traité dans la littérature du génie électrique. En revanche, le fonctionnement redresseur, absorbant un courant sinusoïdal, reste relativement peu traité. L’intérêt connu du découpage est de réduire considérablement la taille des éléments de filtrage. On va montrer qu’en mode redresseur il est aussi possible de corriger de façon active le facteur de puissance, moyennant l’utilisation d’une loi de commande particulière [3]. Les trois types de montages redresseurs Pour obtenir une tension continue, on redresse un ensemble de q tensions alternatives, d'ordinaire supposées sinusoïdales et formant un système polyphasé équilibré (nombre de phases q). Ces tensions peuvent être les tensions aux bornes d'un alternateur. Généralement, elles sont fournies par le réseau monophasé ou, plus souvent, par le réseau triphasé, d'ordinaire par l'intermédiaire d'un transformateur. On distingue trois types de montages [5]: 1. Pq : montages avec source en étoile et un seul commutateur ou redresseur "simple alternance" ; 2. PDq : montages avec source en étoile et deux commutateurs ou redresseurs "en pont" avec source étoilée ; 3. Sq : montages avec source en polygone et deux commutateurs ou redresseurs "en pont" avec source polygonale. La figure I.4 donne le schéma électrique des montages P3, PD3 et S3. Ces trois montages sont le plus communément utilisés pour le redressement de tensions triphasées.  L'indication du type (P, PD ou S) suivie de celle du nombre q de phases suffit à caractériser un redresseur.  Les montages de type Sq ne seront pas étudiés dans cette chapitre. Figure. I.4. Redresseurs triphasés. (a) P3. (b) PD3. (c) S3 I. 9 Stratégie de contrôle du facteur de puissance unitaire La compensation du facteur de puissance implique la capacité d’une charge à générer ou à absorber de la puissance réactive sans s'en approvisionner du réseau. La plupart des charges industrielles ont un facteur de puissance inductif (elles absorbent de l'énergie réactive) ainsi le courant tend à dépasser la valeur nécessaire à une absorption d'énergie active seule. On réalité, seule l'énergie uploads/Industriel/ ca-cc.pdf