Convertion statistique d'énergie

« Cours Thème VIII.3 CONVERSION STATIQUE D'ÉNERGIE 3- Familles de convertisseurs statiques Suivant le type de machine à commander et suivant la nature de la source de puissance, on distingue plusieurs familles de convertisseurs statiques (schéma ci-dessous): OBJECTIFS HACHEUR (tension réglable) Source continue (=) - Posséder des connaissances générales sur les convertisseurs statiques (classement par familles). - Etudier en détail deux convertisseurs (continu-continu et continu-alternatif). - Connaître le comportement des interrupteurs commandés ou non commandés. - Connaître quelques applications industrielles des convertisseurs statiques. - Calculer des valeurs en sortie des convertisseurs (tension moyenne, tensions efficaces…). Récepteur continu (=) I- LES CONVERTISSEURS STATIQUES – GÉNÉRALITÉS GRADATEUR 1- Définition Source alternative (∼) Un convertisseur statique est un système permettant d'adapter la source d'énergie électrique à un récepteur donné. (tension efficace réglable sans changement de fréquence) Récepteur alternatif (∼) CYCLOCONVERTISSEUR (tension efficace et fréquence réglables) Exemples :
Une alimentation stabilisée transforme la tension alternative sinusoïdale du réseau EDF en tension continue (famille des redresseurs).
Un onduleur de secours transforme la tension continue des batteries en tension alternative pour alimenter, par exemple, du matériel informatique (famille des onduleurs). 4- Symbole et exemples de signaux issus des convertisseurs
Hacheur : continu → continu (rapport cyclique α réglable) ve vs E E 2- Origine des convertisseurs de puissance électrique 0 Les premiers convertisseurs de puissance électrique ont été réalisés avec des machines électriques couplées mécaniquement. Une machine à courant alternatif d'une part (de type synchrone ou asynchrone) couplée au réseau permettait de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique à vitesse fixe. Une machine à courant continu d'autre part dont l'excitation commandée permettait de disposer d'une tension continue variable en sortie. t 0 ve Tension continue fixe vs vs moyen = α .E 0 TS IRIS ( Physique Appliquée ) Christian BISSIERES http://cbissprof.free.fr T t 2T Tension de valeur moyenne réglable
Onduleur : continu → alternatif (valeur moyenne = 0) vs ve +E E Le développement des composants de puissance au milieu du 20° siècle (électronique de puissance) a permis de développer des convertisseurs de puissance électrique sans machines tournantes. La technologie des composants utilisés (semi-conducteurs) ne cesse d'évoluer : - faible coût - puissances commutées élevées - facilité de contrôle. 0 αT 0 0 t 0 ve Tension continue fixe Page 1 sur 12 T/2 T 2T t -E vs Tension alternative de fréquence f = 1/T réglable Thème VIII-3 : Conversion statique
Redresseur : alternatif → continu (valeur moyenne éventuellement réglable) II- LES INTERRUPTEURS DE L'ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE 1- Les interrupteurs parfaits vs ve E +E t 0 T/2 T v s moyen ve -E Tension alternative vs Un interrupteur parfait possède deux états : "Ouvert (OFF)" et "Fermé (ON)" 0 α t T/2 T
Interrupteur ouvert (position OFF : i = 0) Tension redressée de valeur moyenne réglable i=0 K
Gradateur : alternatif → alternatif (valeur efficace réglable) ve 0 (tension imposée par le circuit extérieur) +E t T/2 -E T ve Tension alternative vs 0 α t T/2 0 interrupteur ouvert T -E Tension alternative de valeur efficace réglable
Interrupteur fermé (position ON : u = 0) i 5- Réversibilité des convertisseurs K Définition : Un convertisseur statique d'énergie est dit réversible lorsque l'énergie peut transiter dans les deux sens (source→récepteur ou récepteur→source) de manière naturelle ou commandée. i (courant imposée par le circuit extérieur) u=0 0 u=0 Une notion importante en électronique de puissance comme en électrotechnique est la notion de réversibilité. interrupteur fermé 2- Les interrupteurs à semi-conducteurs
La diode idéale (interrupteur non commandé) Exemple : u u vs E i=0 Lors du freinage d'une voiture électrique, l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique (moteur → génératrice) qui sert à recharger les accumulateurs à travers le redresseur réversible (redresseur commandé). Diode idéale i i D passant u=0 0 u u bloqué i=0 La diode passe de l'état bloqué à l'état passant lorsque u ou i change de signe (positif). La diode passe de l'état passant à l'état bloqué lorsque u ou i change de signe (négatif). La commutation est spontanée car elle ne dépend que de signe du courant ou de la tension du circuit extérieur. TS IRIS ( Physique Appliquée ) Christian BISSIERES http://cbissprof.free.fr Page 2 sur 12 Thème VIII-3 : Conversion statique
Le transistor bipolaire
Le thyristor Cet interrupteur est commandable à l'ouverture et à la fermeture, la commutation se fait par une action électrique (injection d'un courant de base iB). Le thyristor est une diode commandée qui ne permet donc le passage du courant que dans un sens.

De plus il n'est commandable qu'à la fermeture.

L'ouverture s'effectue lors de la disparition du courant direct (voir diode). iC iB C B Transistor saturé (interrupteur fermé) Transistor bloqué (interrupteur ouvert) C vCE E C blocage iB = 0 E 0 Le thyristor se comporte donc comme une diode dont la mise en conduction dans le sens passant sera autorisée par une impulsion de courant sur la gâchette (retard α à l'amorçage réglable). ic ic saturation iB > 0 E 0 v CE ic < 0 interdit A v CE Vce < 0 interdit Lorsque le transistor est saturé (interrupteur fermé) le courant iC et la tension vCE ne doivent pas être négatif. Le transistor est donc un interrupteur commandé unidirectionnel en tension et en courant.
Les transistors MOS et IGBT Ces transistors, plus performants, ont le même comportement que le bipolaire à la différence qu'ils se commandent avec une tension (le courant de commande est très faible). vd iG G ve E t 0 K Prenons l'exemple du redressement commandé. On retarde de α l'amorçage du thyristor pour régler la valeur moyenne (schéma ci-dessous): T/2 -E +E vs v s moyen vGS T/2 T T/2 T iG 0 Si vGS < VT ⇒ α S G t 0 α D D T α t α retard à l'amorçage D S Si vGS > VT ⇒ Transistor NMOS S C C Si vGE < VT ⇒ E G vGE C E Si vGE > VT ⇒ Transistor IGBT TS IRIS ( Physique Appliquée ) Christian BISSIERES E http://cbissprof.free.fr Page 3 sur 12 Thème VIII-3 : Conversion statique
Calcul de vs moyen et i moyen III- LA CONVERSION CONTINU-CONTINU Le calcul se fait par la méthode des.... »