Electrique

trique 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.

E

Tension de valeur moyenne réglable

Onduleur : continu → alternatif (valeur moyenne = 0)

ve

vs

+E 0

T/2 T 2T

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.

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t

0

t 0

ve

Tension continue fixe

vs

Tension alternative de fréquence f = 1/T réglable

-E

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Thème VIII-3 : Conversion statique

Redresseur : alternatif → continu (valeur moyenne éventuellement réglable)

ve

E 0 -E t

T/2 T

II- LES INTERRUPTEURS DE L'ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE

1- Les interrupteurs parfaits Un interrupteur parfait possède deux états : "Ouvert (OFF)" et "Fermé (ON)"

t

vs

+E

v s moyen

ve

Tension alternative

vs

Tension redressée de valeur moyenne réglable

0 α

T/2

T

Interrupteur ouvert (position OFF : i = 0)

i=0 K

vs

+E

i=0 u

0

Gradateur : alternatif → alternatif (valeur efficace réglable)

ve

E 0 -E t

T/2 T

u

(tension imposée par le circuit extérieur)

ve

Tension alternative

vs

Tension alternative de valeur efficace réglable

0 α -E

t

T/2 T

interrupteur ouvert

Interrupteur fermé (position ON : u = 0)

i

5- Réversibilité des convertisseurs Une notion importante en électronique de puissance comme en électrotechnique est la notion de réversibilité. 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. Exemple : 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).

(courant imposée par le circuit extérieur)

i u=0

0

K

u=0

interrupteur fermé

2- Les interrupteurs à semi-conducteurs La diode idéale (interrupteur non commandé)

Diode idéale

i

i D u

bloqué i=0 0

passant u=0

u

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.

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Le transistor bipolaire 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 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). 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). A

iC iB

B C E

Transistor bloqué (interrupteur ouvert)

C

Transistor saturé (interrupteur fermé)

ic

blocage iB = 0

C E

ic

saturation iB > 0

vCE

E

0

Vce < 0 interdit

v CE

0 ic < 0 interdit

v CE

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). D D G Si vGS < VT ⇒ S S Si vGS > VT ⇒ Transistor NMOS S D

iG

G K

vd

ve

E 0 -E

+E

t

T/2 T

Prenons l'exemple du redressement commandé. On retarde de α l'amorçage du thyristor pour régler la valeur moyenne (schéma ci-dessous):

vs

t

T/2 T

v s moyen

0 α

iG

0 α

T/2 T

t

α

α

retard à l'amorçage

vGS

C Si vGE < VT ⇒ G

C

E E Si vGE > VT ⇒ C

vGE

Transistor IGBT

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E

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III- LA CONVERSION CONTINU-CONTINU

1- Généralités Un convertisseur continu-continu permet d’obtenir (avec éventuellement une isolation galvanique) une tension ondulée de valeur moyenne réglable à partir d’une source de tension continue fixe.

Calcul de vs moyen et i moyen Le