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1 Introduction Ces dernières années, les énergies renouvelables regagnent de l’

1 Introduction Ces dernières années, les énergies renouvelables regagnent de l’intérêt dans laplupart des pays développés. En effet, ces énergies sont non polluantes, renouvelables,distribuées dans l’espace, et pouvant être collectée et convertie par l’intermédiaire deconvertisseurs. Parmi les sources d’énergies renouvelables qui ont connu un granddéveloppement, on peut citer l’énergie solaire photovoltaïque, l’énergie éolienne et labiomasse. Cependant, un des problèmes majeurs concernant la généralisation de l’énergierenouvelable consiste à réduire encore plus le coût des systèmes tout en augmentant leurrendement. Mais si ce premier challenge tient à la technologie de fabrication, il existeun autre problème qui concerne les systèmes d’adaptation de cette énergie en vue de sonexploitation dans différentes applications, telles que le pompage de l’eau, la commandede moteurs électriques, l’éclairage, le chargement de batteries, etc. Il s’agit en particulier de dispositifs de régulation et de conversion de l’énergie dontles convertisseurs DC/DC (hacheurs) et DC/AC (onduleurs). L’intérêt pour ce problèmeest lié au fait que le rendement de ces dispositifs influence directement le rendementglobal de l’alimentation dans son ensemble. Les recherches dans le domaine desconvertisseurs DC-DC et DC-AC ont révélé depuis plus d’une décennie l’importancedes alimentations à découpage. Ce travail comporte trois chapitres ainsi qu’une introduction et une conclusion. La structure du projet est comme suit : Le premier chapitre se compose en deux parties : la première est consacrée à l’étude théorique du hacheur pour donner plus d’informations sur ce convertisseur,la deuxième partie se concentre sur les onduleurs avec ses différents types. Dans le deuxième chapitrenous abordons les architectures du convertisseur DC-DC ainsi que les convertisseurs DC-AC, leurs différents montages et les oscillogrammes. Le troisième chapitreest consacré au dimensionnement des deux convertisseurs et à la simulation sur le logiciel ‘Isis Proteus’. 2 CHAPTRE I : LES HACHEURS ET LES ONDULEURS A. Les Hacheurs Introduction Les convertisseurs continu-continu ont pour fonction de fournir une tension continuevariable à partir d'une tension continue fixe. La tension continue de départ peut être un réseaualternatif redressé et filtré, une batterie d'accumulateurs, une alimentation stabilisée. On distingue deux types de convertisseurs continu-continu. Ceux qui sont non isolés, quel'on appellera hacheurs, et ceux qui comportent un transformateur assurant l'isolationgalvanique, que l'on appelle alimentations à découpage (cas des alimentations de PC). Parla suite, nous n’étudierons que les premiers. I. Définition : Un hacheur est un convertisseur statique qui permet de régler le transfert d’énergie entre une source électrique continue et une charge électrique continue.Son symbole normalisé est : Figure 1: Symbole du hacheur II. Les applications des hacheurs dans l’industrie Le hacheur est principalement utilisé pour :  La variation de vitesse d’un moteur à courant continu  Le freinage par récupération  Alimentation d’appareil électronique grand public III. La définition du rapport cyclique C’est la fraction de période pendant lequel l’interrupteur conduit. Exemple :Si le transistor conduit pendant ¼ de la période,α= 0.25 α= durée deconductiondel ' interrupteur périodedehachage 3 IV. Les différents types des hacheurs On distingue : Lehacheur série : Ce nom est lié au fait que la tension moyenne de sortie Vs est inférieure à celle de l'entrée Vi. Le hacheur parallèle : Ce nom est lié au fait que la tension moyenne de sortie Vs est supérieure à celle de l’entrée Vi. Les hacheurs 4 quadrants :Il permet de moduler la vitesse du moteur dans les deux sens de rotation : il est donc réversible en tension. Et si le moteur fonctionne en générateur, ce hacheur permet de récupérer l’énergie électrique produite par le moteur : il est donc réversible en courant. V. Utilisations Leur utilisation permet le contrôle de la puissance électrique dans des circuits fonctionnant-en courant continu avec une très grande souplesse et un rendement élevé. En forte puissance, il intervient comme organe de réglage de la puissance électrique en continu. Généralement dans les systèmes de contrôle de vitesse ou de couple de machines électriques. En petite et moyenne puissance, ils sont utilisés comme une alimentation (Alimentations à découpages). VI.Structures fondamentales Ces convertisseurs autorisent le transfert d’énergie d’une source vers une charge, celles-ci sont : Soit de nature capacitive (source de tension). Soit de nature inductive (source de courant). Figure 2: Différentes structures de conversion (DC/DC) 4 VII. Critères de choix Un hacheur peut être réalisé àl’aide d’interrupteurs électroniques commandables à l’ouverture et à la fermeture tels que les thyristors GTO ou les transistors bipolaires ou à effet de champ à grille isolée. 1. Transistor bipolaire Ils sont robustes, mais leur mise en conduction nécessite un courant à travers leur circuit base-émetteur. La commande consomme une énergie telle que l’on doit écarter ce type de transistor dans certains cas : Si ib=0ic=0, le transistor est bloqué, il se comporte comme un interrupteur ouvert vu des points E et C. Si b>=ibsat et Vbe #0 ic=icsat>0 et Vce =0 Le transistor est saturé et se comporte comme un interrupteur fermé vu des points E et C et le circuit de base consomme la puissance pa=Vbe.ib La commande se fait par le courant ib. Figure 3: Symbole de transistor bipolaire. 2. Transistor MOSFET Ils sont plus fragiles que les transistors bipolaires, mais leur commande ne nécessite qu’une faible énergie, car, la grille étant isolée, l’intensité du courant de commande est quasiment nul. Si Vgs=0id=0, le transistor est bloqué, il se comporte comme un interrupteur ouvert vu des points D et S. Si Vgs>=Vgsatid>0 et Vds =0 le transistor est saturé et se comporte comme un interrupteur fermé vu des points D et S et le circuit de grille ne consomme pas de puissance.La commande se fait par la tension Vgs. 5 Figure 4: Symbole de transistor MOSFET 3. Transistor IGBT Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est un dispositif semi-conducteur de la famille des transistors qui est utilisé comme interrupteur électronique, principalement dans les montages de l’électronique de puissance. Figure 5: Symbole du transistor IGBT Remarque Les interrupteurs électroniques unidirectionnels, quelle que soit leur nature, peuvent être représentés par le symbole ci-contre : Figure 6: Symbole normalisée d'un hacheur VIII. Calcul de la puissance en entrée ou en sortie d’un hacheur En continu et pour une tension parfaitement lissée, la relation permettant le calcul de la puissance est : P=U×<i>. Cette relation peut donc être utilisée en sortie du hacheur parallèle 6 et en entrée des autres hacheurs de ce chapitre. Les interrupteurs étant considérés idéaux, la puissance d’entrée peut être considérée égale à la puissance de sortie. B. Les Onduleurs I. Introduction L’onduleur est un dispositif important de l’électronique de puissance. Il est le constituant principal de la plupart des variateurs de vitesse pour moteurs à courant alternatif aussi bien dans le domaine industriel que grand public. La gamme de puissance de ses applications est très étendue, depuis les quelques dizaines ou certaines de watts des appareils électroménagers jusqu’aux systèmes d’alimentation des locomotives électriques récentes dont la puissance peut atteindre dix mégawatts. II. Définition Un onduleur est un convertisseur, son rôle est donc de modifier la présentation de l’énergie électrique. Interface constituée de commutateurs, il relie et permet l’échange d’énergie entre deux dipôles, un générateur fonctionnant en régime continu et un récepteur fonctionnant en régime alternatif. L’onduleur de tension relie un générateur de tension continue et un récepteur de courant alternatif, alors que l’onduleur de courant relie un générateur de courant continu et un récepteur de tension alternatif. Figure 7: Schéma de principe de la conversion Continu -Alternative (DC – AC) III. Différents types d’onduleurs 1. Onduleurs autonomes C’est un système qui nécessite des composants commandés à la fois à la fermeture et à l’ouverture, de fréquence variable, dont les instants de commutations sont imposés par des circuits externes. La charge est quelconque, cet onduleur n'est pas réversible.Ils sont généralement monophasés ou triphasés. a) Les applications Suivant les applications, ils peuvent : Soit fournir une ou des tensions alternatives de fréquence et d’amplitude fixe : c’est le cas en particulier des alimentations de sécurité destinées à se substituer au réseau en cas de défaillance de celui-ci. 7 Soit fournir des tensions ou courants alternatifs de fréquence et amplitude variables : c’est le cas des onduleurs servant à alimenter des moteurs à courant alternatif (synchrones ou asynchrones) devant tourner à vitesse variables. b) Les grandes familles des onduleurs autonomes : Suivant la nature de la source continue, on distingue :  les onduleurs de tension : Un onduleur de tension est alimenté par une source de tension continue, d'impédance négligeable. Grâce à un jeu d'interrupteurs, il impose à la sortie une tension alternative formée de créneaux rectangulaires. La nature capacitive de la source impose que la charge est de nature inductive.  Les onduleurs de courants (commutateurs de courant) : Les onduleurs de courant ou commutateurs de courant sont alimentés par une source de courant d'ondulation négligeable et imposent à la sortie un courant formé de créneaux rectangulaires. Ces dispositifs fonctionnent en commutation forcée et existent en monophasé et triphasé. 2. Onduleurs non autonomes Dans ce cas, les composants utilisés peuvent être de simples thyristors commandés uniquement à la fermeture et la commutation est « naturelle » contrairement à l'onduleur autonome. L'application principale de uploads/Industriel/ pfe-onduleur-hacheur.pdf