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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE VARIATION DE VITESSE 1 PLAN Composants de l’électroni

ELECTRONIQUE DE PUISSANCE VARIATION DE VITESSE 1 PLAN Composants de l’électronique de puissance REDRESSEURS HACHEURS ONDULEURS B C D A E GRADATEURS 2 Composants de l’électronique de puissance Généralités: Entre l’électrotechnique et l’électronique c’est développé une nouvelle technique, l’électronique de puissance, appelée aussi électronique des courants forts, dont le la principale fonction est d’adapter la forme de l’énergie (alternative ou continu) fournie par le réseau électrique industriel aux besoins du récepteur. Les convertisseurs statiques de puissance assurent cette transformation d’énergie avec un excellent rendement. Source continue(=) Récepteur continue(=) Source alternatif (~) Récepteur alternatif (~) Hacheur Gradateur Classification des convertisseurs Ils utilisent des semi-conducteurs de puissance travaillant en commutation, c.à.d. fonctionnant en interrupteur, pour assurer un rendement énergétique satisfaisant. Augmentation des puissances commutées facilité de contrôle et le coût réduit. Les semi-conducteurs de puissance actuels peuvent être classés en trois catégories : 1. Diode : fermeture et ouverture assistées par le circuit de puissance 2. Thyristor : fermeture commandée, ouverture assistée par le circuit de puissance 3. Interrupteurs commandés à l’ouverture et la fermeture : (transistor bipolaire, transistor à effet de champ, …). La diode de puissance Symbole et Caractéristiques statiques Dans l’étude des convertisseurs, on substitue à la caractéristique réelle la caractéristique idéale (en négligeant la chute de tension directe et le courant de fuite circulant en inverse). La diode joue le rôle d’un interrupteur parfait, unidirectionnel en courant et en tension. fonctionnement en interrupteur L’interruptrice diode est caractérisé par le fonctionnement suivant : Il se ferme pour VD >V0>0 (V0tension de seuil de l’ordre du volt). Le courant est imposé par le reste du circuit. veiller à ce que <iD >< IF(AV) (courant direct moyen admissible).  Il s’ouvre dés que le courant iD le traversant s’annule. La tension négative ou inverse V R D (=-V ) peut prendre sous l’effet du reste du circuit, des valeurs élevées. faut veiller à ce que VR <VRRM (tension inverse répétitive maximale). Modèle électrique à l’étatfermé V0 ID R0 ID=0 VD Modèle électrique à l’état ouvert conduction spontanée blocage spontané Le thyristor symbole et caractéristiques Symbole Caractéristique v-i Ce composant unidirectionnel en courant mais bidirectionnel en tension, Permet de contrôler l’énergie électrique dans différents montages rencontrés en électronique de puissance (redresseurs, gradateurs, …) fonctionnement en interrupteur L’interrupteur thyristor est caractérisé par le fonctionnement suivant : En l’absence de courant de gâchette iG, il est ouvert quel que soit le signe de VAK. Amorçage normal : Lorsque VAK >0, il se ferme si on envoie une impulsion de courant iG dans la gâchette, de valeur supérieure à iGT (courant d’amorçage par la gâchette) et de durée suffisante pour que le courant d’anode i dépasse le courant d’accrochage iL Après l’amorçage, la gâchette perd son pouvoir de contrôle, le courant iG peut être supprimé. Amorçages parasites: Il peut s’amorcer sans courant de gâchette si : VAK > VDRM (tension de recouverement) Ou si la tension directe VAK croit trop vite, c'est-à-dire : AK AK dt dv dt dv     critique   Lorsqu’il est fermé, il se comporte alors comme une diode. Il s’ouvre dès que i s’annule, en réalité, lorsque i devient inférieur au courant de maintien IH. Amorçage commandé et blocage spontané Protection des thyristors: Protection contre les dvT / dt Protection contre les diT / dt éviter l’amorçage parasite du thyristor soit par dépassement VDRM soit par dvT/ dt élevé. éviter la destruction du thyristor Transistor bipolaire Symbole Caractéristique v-i Amorçage : VCE > 0 (amorçage commandé) Blocage : IB = 0 ET IB > 0 OU VCE << 0 (blocage commandé) Choix d’un interrupteur Dans le plan (vk, ik), le point de fonctionnement décrit un cycle au cours d'une période. Les modes de commutation se déduisent alors de ses positions initiales et finales. Caractérisation des sources Source de tension: Source de courant: Redressement non commandé Généralités: ~ = Vc V Tension Continue constante Tension alternative sinusoïdale La charge peut étre: une résistance (chauffage industriel) un circuit RE (batterie d’accumulateurs) un circuit RL voire RLE (induit de MCC) On adapte les niveaux de tension en plaçant un transformateur en tête de l chaine de conversion. Ils permet à partir d’une source de tension alternative sinusoïdale v(<v>=0) d’obtenir une tension de valeur moyenne <vc > constante. Redressement monophasé simple alternance Sur charge R: Hypothèse: D passante VD = 0 si i > 0 soit  VC V VD V V sin t Ri Ceci est vrai tant que i V 0 V 0 R D est bloqué si V 0 VC 0 Grandeurs remarquables   V V C  V 2 V C e f f D D Sur charge RE: Hypothèse: D passante VD = 0 si i > 0  Soit VC V VD V V sint Ri E Ceci est vrai tant que i V E 0 V E R D est bloqué si V E VC E Grandeurs remarquables 0 0  R R 2 I V c o s  E ( ) 0  V  A rc s i n ( E ) Sur charge RL: R R d D conduit dès que V ≥ 0. On assiste à un régime transitoire régi par l’équation:  l. di() i() V .sin En posant R R et tanl L , Z  R2 (l)2 R D conduit dès que V ≥ E. On assiste à un régime transitoire régi par l’équation:  R d l. di() i() V .sinE l , R sin .e i ()     Z   ) s in( i()     V ()   (1e) E R i() il,R Sur charge RLE: D D D D 2 si L=0 et 2 si R=0 avec  Insertion d’une diode de roue libre: conduction continue Pour les charges inductives RL et RLE, la forme de la tension Vc et sa valeur moyenne <Vc > dépendent des valeurs de R et L. On insère une diode de roue libre DRL pour éviter l’influence de la charge sur la tension. Lorsque D se bloque, DRL on. Un régime permanent caractérisé par une conduction continue (ic ≠0) si la valeur de L est suffisante. On note τ = L/R (constante de temps de la charge) et T la période de V. Si τ >>T, l’ondulation Δic du courant est pratiquement assimilable à sa valeur moyenne <ic > = Ic. Le facteur de puissance k: c c c c c  la charge est assimilable à une source de courant de valeur Ic la puissance P fournie à la charge:  P V .I V .I V .I  P 2 Veff Ieff k P  S Ce convertisseur élémentaire demande à être perfectionné par: -Une augmentation de la <Vc> - une augmentation du facteur de puissance Redressement monophasé double alternance Les montages usuels: PD2 et P2: Les allures de ic et Vc étant les mêmes pour les deux montages, On étudiera le montage en pont de Graêtz ou montage PD2 Plan d’étude des redresseurs Règle de base ‘’Lorsque deux diodes ont leurs cathodes communes, celle qui est susceptible de conduire est celle qui a son potentiel d’anode le plus élevé. Si elles ont leurs anodes communes, c’est celles ont leurs anodes communes, c’est la diode qui a son potentiel de cathodes le plus bas qui est susceptible de conduire’’. D1 et D4 sont susceptibles de conduire sur une alternance >0 de V Vc = V et i= Ic D2 et D3 sont susceptibles de conduire sur une alternance <0 de V Vc = -V et i= -Ic Charge R Charge RE D1-D4 D2-D3 D1-D4 D2-D3 D1-D2  2 v v c  Comparaison des montages P2 et PD2 Pour le montage P2, elles doivent satisfaire: Pour le montage PD2 les diodes doivent satisfaire:    2 RRM I v v IF ( AV ) iD1  c     2  R R M I I F ( A V ) 2v v i1  c c  P v .I v .I 2v I c c c c la puissance P fournie à la charge:  Pont Simple Triphasé : P3 Pont double Triphasé : PD3 Redressement commandé Généralités: En retardant l’amorçage des thyristors, ils permettent à partir d’une source de tension alternative sinusoïdale v (<v>=0) d’obtenir une tension de valeur moyenne <v> réglable positive ou négative Le courant Ic est toujours positif, ses allures possible sont: -Ses redresseurs sont utilisés dans la variation de vitesse des MCC, - le transfert d’énergie de la source alternative vers la MCC fonctionnement en moteur - le transfert d’énergie en sens inverse fonctionnement en génératrice. Redressement monophasé commandé simple alternance sur RL R d  () l. di ()  v . s i n  R i On note α = ω.tα angle de retard à l’amorçage du thyristor, par rapport aux passages par 0 de la tension v(t). A t=tα >0, on amorce le thyristor Th qui devient conducteur (car VTh >0) L’équation uploads/Management/ chapitre-1-redresseurs.pdf