ADC--2STE

Lycée technique

Année scolaire:2013-2014

Cours des sciences de l’ingénieur Chaine d’énergie Module A.D.C. Nom et prénom : …………………………….

Classe : 2STE…

professeur: Mjid.Bergam

L.Technique

Classe : 2 STE

CHAINE D’ENERGIE : UNITE A.D.C.

I. Présentation Pour agir sur la matière d'œuvre, un système automatisé a besoin d’énergie, qui subira de nombreux traitements pour être adaptés à la nature de l'action sur la matière d'œuvre. L’unité ADC traite donc de ces aspects qui peuvent être modélisés par les fonctions génériques qui s'appliquent sur la plupart des systèmes ; il s'agit des fonctions :  Alimenter ;  Distribuer ;  Convertir;

Informations

CHAÎNE D’INFORMATION Grandeurs physiques, consignes

Traiter

Acquérir

Communiquer

Messages

MO Ordres

Alimenter

Distribuer

Convertir

Transmettre

Agir

Unité ADC CHAÎNE D’ENERGIE -

Système triphasé Postes de transformation Transformateurs Protection des biens et des personnes

SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

- Convertisseurs statiques :  

Redresseurs Onduleur monophasé  Gradateur - Variateurs industriels pour - Moteur asynchrone - Distributeur proportionnel

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- Machine synchrone - Moteur asynchrone - Moteur pas à pas - Vérins

MO+VA

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FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE

Réseau triphasé équilibré Définition Un système triphasé est un réseau à trois grandeurs (tensions ou courants) sinusoïdales de même fréquence et déphasées, les unes par rapport aux autres, d’un angle de 120°. Le système est équilibré si les grandeurs sinusoïdales sont de même valeur efficace. Il est direct si les phases sont ordonnées dans le sens trigonométrique et inverse dans l'autre cas.

Tensions délivrées Représentation temporelle de ces tensions

1

V1

2

U12

V2

3

U31

U23

V3

N

Tensions simples Ce sont les d.d.p entre les divers conducteurs de phase et de point neutre (réel ou fictif) : v1, v2, v3. Ecriture complexe (polaire)

Ecriture temporelle

v1(t) = V √2 sin (ωt) v2(t) = V √2 sin (ωt-2π/3) v3(t) = V √2 sin (ωt- 4π/3) Tensions composées

V1 = [ V , 0°] V2 = [V , -120°] V3 = [V, -240°]

Ce sont les d.d.p entre les conducteurs des phases consécutives: U12, U23, U31. Voici le détail du calcul pour la tension U12 : U12 =V1 -V 2 = [ V√3, + π/6 ]. En effectuant les mêmes opérations pour les autres tensions Ecriture complexe (polaire) Ecriture temporelle

U12 =V1-V2 = [V√3, + 30°] U23 =V2-V3 = [V√3, - 90°] U31 =V3-V1 = [V√3, + 150°]

u12 (t) = V√3√2 sin (ωt+ π/6) u23 (t) = V√3√2 sin (ωt- π/2) u31 (t) = V√3√2 sin (ωt- 7π/6)

Représentation vectorielle de Fresnel des tensions A partir des expressions définies précédemment, il est possible de représenter les différentes tensions. La représentation vectorielle de Fresnel des tensions : U12

V3

U31

V1

U Origine des phases

-2/3

V2

V Triangle des tensions

U23 SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

120°

30°

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FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE

Remarque : On voit ainsi apparaître un nouveau système de tensions triphasées : u12, u23, u31. La relation qui existe entre l'amplitude V et U se calcule facilement à partir du triangle des tensions : 2.V.cos(/6) = U c'est à dire : U= 3 .V Ainsi, un système triphasé à basse tension sur le réseau est intitulé : 220V/380V, 220V représentant la tension simple efficace et 380V la tension composée efficace.

Récepteurs triphasés équilibrés Définitions Récepteurs triphasés : ce sont des récepteurs constitués de trois éléments identiques, d’impédance Z. Equilibré : car les trois éléments sont identiques. Courants par phase : c’est le courant qui traverse les éléments Z du récepteur triphasés. Symbole : J Courants en ligne : c’est le courant dans les fils du réseau triphasé. Symbole : I Le réseau et le récepteur peuvent se relier de deux façons différentes : en étoile ou en triangle.

Récepteur j1 Z j2 Z j3 Z

Réseau i1 1 2

i2

3

i3

N

Couplage étoile Montage

1 2 3 N

i1

j1

Z

i2

Z

i3 v2

v1

j2

Z v1

i1

j3 v2

v3

v3

i2

Même branchement représenté de deux façons différentes. Le premier schéma explique le terme «étoile».

i3

Comme il s’agit des mêmes impédances, de ce fait i1 + i2 + i3 = 0, donc iN = 0. Le courant dans le fil neutre est nul. Le fil neutre n’est donc pas nécessaire. Pour un système triphasé équilibré, le fil neutre ne sert à rien.

1 2 3

i1

Z

i2

Z

i3

Z v1

v2

v3

j1 j2 j3

Fil neutre est supprimé

N

Relations entre les courants On constate sur les schémas précédents que les courants en ligne sont égaux aux courants par phase. i1 = j1 ; i2 = j2 ; i3 = j3 De plus la charge et le réseau sont équilibrés, donc : I1 = I2 = I3 = I = J On retiendra pour le couplage étoile : I = J SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

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FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE

Couplage triangle Montage 1 2 3

i1 i2 i3

j1 u12

Z j2

Z

2

j3

Comme il s’agit des mêmes impédances, i1 + i2 + i3 = 0 et j1 + j2 + j3 = 0 Ici en aucun cas le fil neutre n’est nécessaire. Relations entre les courants D’après les schémas du montage triangle : i1 = j1- j3 => I1 = J1 - J3 i2 = j2- j1 => I2 = J2 - J1 i3 = j3- j2 => I3 = J3 - J

j1

u12 Z

u23

i1

1

i2 j2

u31

u23 j3

i3

3

Le système triphasé est équilibré : I1 = I2 = I3 = I et J1 = J2 = J3 = J. Pour le couplage triangle, la relation entre I et J est la même que la relation entre V et U. Pour le couplage triangle : I = √3 J

Réseau triphasé déséquilibré Un récepteur est non équilibré s’il est constitué de trois impédances différentes Z1, Z2 et Z3, couplées en étoile ou en triangle.

Couplage étoile avec neutre On détermine la somme des trois courants en ligne, c'est à dire le courant dans le neutre, dans la charge étoile déséquilibrée : IN = I1 + I2 + I 3 =

V1 V2 V3 + + Z1 Z2 Z3

1 2 3

Cette somme n'est plus nécessairement nulle : Un courant circule dans le conducteur de neutre. IN ≠ 0

N

i1

Z1

i2

Z2

i3

Z3 v1

v2

v3

iN

Couplage triangle On détermine les courants I1, I2 et I3 à partir des courants J1, J2 et J3 calculés par :

i1 = j1- j3 => I1 = J1 - J3 i2 = j2- j1 => I2 = J2 - J1 i3 = j3- j2 => I3 = J3 - J2 La relation I =√3 J n’est plus valable car le système est déséquilibré.

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Puissances en triphasé Théorème de Boucherot (rappel) Les puissances active et réactive absorbées par un groupement de dipôles sont respectivement égales à la somme des puissances actives et réactives absorbées par chaque élément du groupement. Remarque : Ce théorème ne s'applique pas aux puissances apparentes, que l'on ne peut cumuler (la puissance apparente est une somme complexe, de composantes pas nécessairement en phase).

Charge triphasée déséquilibrée (ou quelconque) Donc d’après ce théorème, la puissance active absorbée par le récepteur est la somme des puissances véhiculées par chaque phase : P = P1 + P2 + P3 En cas de charge déséquilibrée, tensions et courants sont déphasées de φ1, φ2 ou φ3 suivant les phases. La puissance active est: P = V1I1 cos φ1 + V2I2 cos φ2 + V3I3 cos φ3 Et la puissance réactive s'écrit alors : Q = V1I1 sin φ1 + V2I2 sin φ2 + V3I3 sin φ3

Charge triphasée équilibrée Si la charge est équilibrée, les trois impédances sont identiques, donc : φ1 = φ2 = φ3 = φ ;

En résumé, la puissance peut toujours être exprimée de la même manière avec les grandeurs en tête de réseau, tension composée U et courant en ligne I et ceci quelque soit le type de montage.

V1 = V2 = V3 = V et I1 = I2 = I3 = I. La puissance active a pour expression : P = 3VI cos φ La puissance réactive est : Q = 3VI sin φ. La puissance apparente se déduit de la relation : S = √P2 +Q2 = 3VI

P = √3UI cos φ Q = √3UI sin φ S = √3UI

Mesure de puissance en triphasé Circuit équilibré Il suffit de mesurer la puissance consommée par une phase et de multiplier par trois. Un seul Wattmètre est nécessaire.

P=3.P1N

1 2 3 N

W

Circuit déséquilibré Il faut mesurer les puissances consommées par les trois phases et additionner. Trois wattmètres sont nécessaires.

P = P1N + P2N + P3N

1

W1

2

W2

3

W3

N

Méthode des deux Wattmètres Le montage des deux wattmètres que le système soit équilibré ou non. (La seule condition est qu’il n’y ait pas de fil neutre).

P = P13+ P23 SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

1

W1

2

W2

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FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE

Méthode des deux Wattmètres en régime équilibré Les indications des wattmètres donnent : P13 = U13 I1 cos ( I1 , U13 ) = U I cos (φ-π/6 ) P23 = U23 I2 cos ( I2 , U23 ) = U I cos (φ+π/6 )

V3

On peut vérifier directement que: P13 + P23 = UI[cos (φ - π/6 ) + cos (φ + π/6 ) ] = UI[ 2.cosφ.cos π/6 ] = √3 UI cos φ P13 + P23 = P P13 - P23 = UI[cos (φ - π/6 ) - cos (φ + π/6 ) ] = UI[ 2.sinφ.sin π/6 ] = UI sin φ P13 - P23 = Q/√3 Donc Q = √3 (P13 - P23)

φ I2

V1 I1

φ-π/6

φ φ+π/6

U13

V2

U23

En régime équilibré, la méthode des deux wattmètres fournit donc des renseignements précis sur le système étudié : P = P13 + P23 Q = √3 (P13 - P23) où P13 et P23 sont algébriques

tg φ = Q/P

P13 et P23 considérées séparément n’ont toujours aucun rapport avec la puissance dissipée dans une phase, mais on peut tout de même tirer quelques renseignements dans certains cas particulier : P13= P23 ↔ φ = 0 → cos φ = 1 P13 < 0 si φ < -π/3 P13= 0 ↔ φ = -π/3 → cos φ = 0,5 P23 < 0 si φ > +π/3 P23= 0 ↔ φ = +π/3 → cos φ = 0,5

Amélioration du facteur de puissance " cos φ " Pourquoi améliorer le facteur de puissance Une trop grande consommation d'énergie réactive (facteur de puissance faible) pour une installation électrique va augmenter considérablement ses courants en ligne bien que sa puissance active n'est pas changée. Pour limiter les courants en ligne et donc l'énergie réactive absorbée par l'installation, on doit donc installer des batteries de condensateurs sources d'énergie réactive en parallèle sur notre installation. On appelle cette technique " Compensation de l'énergie réactive ". Cette compensation permet d'améliorer le facteur de puissance (cos ).

Calcul de la capacité des condensateurs de compensation Couplage des condensateurs en triangle cos φ’

Tension aux bornes d’un condensateur : U Puissance réactive absorbée par un condensateur : QC1 = - CωU2 (signe – signifie que le condensateur fournit de la puissance réactive) Puissance réactive absorbée par les trois condensateurs :

L2 L3

cos φ C Batterie de condensateurs

QC = 3QC1 = -3CωU2 SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

Récepteur triphasé équilibré

L1

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FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE

Détermination de la capacité Puissance active

Puissance réactive

Facteur de puissance

P Q = P.tg φ Charge seule Batterie 0 QC = -3CωU2 condensateurs Charge + P Q ' = Q +QC = P.tg φ’ condensateurs On en déduit la capacité du condensateur de la manière suivante: QC = -3CωU2 = Q’- Q -3CωU2 = P.tg φ' - P.tg φ

Finalement : C =

On a cos φ 0 On veut cos φ’ P (tg φ - tg φ’) 3ωU2

Couplage des condensateurs en étoile En utilisant le même raisonnement que précédemment, on montre que la capacité du condensateur est donnée par la relation : P (tg φ - tg φ’) P (tg φ - tg φ’) = C= 2 ωU2 3ωV Le couplage en étoile est donc moins intéressant puisque la capacité des condensateurs nécessaires est trois fois plus grande que pour le couplage en triangle. Plus la capacité est grande, plus le condensateur est volumineux et onéreux.

Applications EX1 :Etude d’une installation triphasée L’atelier d’un artisan comporte :  Un moteur asynchrone triphasé dont les caractéristiques sont les suivantes : Puissance utile : Pu = 6,0 kW Rendement :  = 92 % cos M = 0,75 Le moteur est composé de 3 enroulements couplés en étoile.  Une perceuse équipée d’un moteur triphasé qui absorbe la puissance électrique Pa = 4,0 KW avec un facteur de puissance cos P = 0,80.  Un radiateur électrique triphasé composé de 3 résistances identiques. Les caractéristiques d’une résistance sont : 400 V - 90 . Cet artisan dispose du réseau triphasé : 230/400 V - 50 Hz. 1) Etude du radiateur électrique. 1.1) Comment peut-on coupler les trois résistances du radiateur sur le réseau (justifier votre réponse) ? Choisir le couplage du radiateur. 1.2) Calculer la valeur efficace Ir des courants circulant dans chaque résistance. 1.3) Calculer les grandeurs suivantes pour ce radiateur : a) la puissance active Pr ; b) la puissance réactive Qr. 2) Etude du moteur asynchrone. 2.1) Représenter le couplage des enroulements du moteur 2.2) Calculer les grandeurs suivantes pour ce moteur : a) la puissance active Pm ; b) la valeur efficace des courants en ligne Im ; c) la puissance réactive Qm. d) la puissance apparente Sm.

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FONCTION ALIMENTER : SYSTEME TRIPHASE

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3) Etude de l’ensemble moteur, perceuse et radiateur 3.1) Calculer les grandeurs suivantes pour l’ensemble moteur, perceuse et radiateur : a) la puissance active P ; b) la puissance réactive Q ; c) la puissance apparente S ; d) la valeur efficace I des courants en ligne ; e) le facteur de puissance cos . 4) Relèvement du facteur de puissance. 4.1) Calculer la valeur de la capacité C des trois condensateurs à placer en triangle telle que le facteur de puissance de l’installation moteur, perceuse, radiateur et condensateurs soit égal à cos’ = 0,98. 4.2) Calculer alors la nouvelle valeur efficace I’ des courants de ligne de la nouvelle installation.

EX2 : Trois récepteurs identiques ont des impédances de même module Z. Ils sont couplés en triangle sur un réseau triphasé220/380 V, 50 Hz. La puissance est mesurée par la méthode des deux wattmètres : P12 = 868W et P23 = -132W 1. Calculer les puissances active et réactive. 2. Calculer l'intensité efficace du courant dans un fil de ligne. 3. Calculer Z.

Les trois récepteurs Sont maintenant associés en étoile. 4. Calculer l’intensité efficace d’un courant en ligne. 5. Calculer les puissances active et réactive et comparer aux valeurs du 1. Le résultat était-il prévisible?

EX3 : Un récepteur triphasé est formé de trois bobines identiques. Chaque bobine est représentée par une inductance L = 0,10 H en série avec une résistance R = 40 Ω. Les trois éléments sont alimentés par un réseau triphasé équilibré 220/380 V ; 50 Hz. Le schéma est donné ci-dessous 1. 1.2. 1.3. 2. 3. 4. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 6. 6.1. 6.2.

Quel est le couplage des bobines. Déterminer l’intensité du courant traversant le fil neutre. Déterminer la valeur efficace de la tension aux bornes d’une des trois bobines. Calculer l’impédance Z d’une bobine. Calculer l’intensité du courant I1. Calculer le déphasage de l’intensité i1 par rapport à la tension v1. La puissance indiquée par le wattmètre est de 750 W. On prend pour valeur efficace de l’intensité traversant une bobine I = 4,32 A et un déphasage de 38°. Calculer en précisant les formules, pour le récepteur triphasé : le facteur de puissance la puissance apparente la puissance active la puissance réactive On veut relever le facteur de puissance du système à 0,95. Pour cela, on couple en triangle trois condensateurs identiques C. Déterminer la valeur efficace de la tension appliquée aux bornes d’un condensateur. Calculer la capacité d’un condensateur.

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FONCTION ALIMENTER : RESEAU NATIONAL

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Pour être acheminée depuis les centrales de production vers les consommateurs, l’électricité emprunte des chemins successifs qui sont « comparables au réseau routier. » Les différentes étapes de l’alimentation électrique sont :  La production.  Le réseau de grand transport.  Le réseau de répartition.  Les réseaux de distribution.

RESEAU NATIONAL Différentes tensions Les générateurs des centrales électriques fournissent généralement une tension comprise entre 5 et 20 KV. Cette tension est élevée à une valeur de 400 KV afin d’être transportée vers les centrales de répartition (dispatching) puis vers les lieux d’utilisation par les réseaux de transport et de distribution de l’énergie électrique. Ancienne dénomination Nouvelle dénomination Type de ligne Très Haute Tension (THT)

Tension alternative 400KV ou 225KV

Domaine Haute Tension B (HTB)

Tension alternative >50 000V

Haute Tension (HT)

90KV ou 63KV

Haute Tension A (HTA)

1KV vA D2 et D3 sont passantes  vD2 = 0 et vD3 = 0 (Interrupteurs fermés) Le courant i circule la maille suivante : B  D3  R  D2  A

iD1 vD1

M vD1 A v B

i D1

u

D3

Diodes passantes D1 et D4 D2 et D3

R

i' D2

D1 et D4

D4 N

u = vM –vN = vB –vA = - v i = u / R = -v / R et i’ = - i vD2 = vD3 = 0 et vD1 = vD4 = v SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

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FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Grandeurs caractéristiques Valeur moyenne de la tension u u = 2V√2/π

Valeur efficace de la tension u

Tension maximale supportée par la diode

U=V

VDmax = V√2

Redresseur monophasé (Charge R.L.E.) Redresseur double alternance PD2 (Pont de Graëtz) Schéma du montage i

i1 VD1 A v

i'

D1

M

u

L

D3

v est la tension d’entrée du montage. u est la tension de sortie. vD1 est la tension aux bornes de la diode D1. R est la résistance de la charge. L est l’inductance de la charge. E est la f.é.m. de la charge

R

B

E D4

D2 N

Analyse du fonctionnement

Oscillogrammes v

En électronique de puissance, pour de forts débits du courant, le lissage se fait par une inductance. L’ondulation du courant alors diminue. Le courant ne passe plus par zéro. C’est le régime de conduction ininterrompue ou continue.

0

π

2π

3π

4π

θ

u

Si l’inductance est assez grande, on peut considérer le lissage comme parfait : le courant i est constant. i

La tension u est imposée par le réseau, à travers le transformateur et le pont de Graëtz. Le courant i est lissé par la bobine d’inductance L. Son intensité est imposée par la charge R, E.

i'

iD1

Pour les autres grandeurs : Alternance positive iD1 = i i' = i vD1 = 0

Alternance négative iD1 = 0 vD1 = -u = v i’ = -i

vD1

Diodes passantes D1 et D4

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D2 et D3

D1 et D4

D2 et D3

D1 et D4

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FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Redresseur triphasé (Charge résistive) Lorsque la puissance demandée par le récepteur atteint une certaine valeur (> 10 KW), il est intéressant de l’alimenter à partir du réseau triphasé.

Redresseur triphasé PD3 Schéma de montage i

iD1 1 i1 v1 2 v2 3 v3

VD1

D1

D2

M

Le pont redresseur comporte:  3 diodes pour l’aller: D1, D2, D3,  3 diodes pour le retour: D1’, D2’, D3’,

u

D3 R

iD1’

E D1’

D2’

D3’

Les diodes sont parfaites N

Analyse du fonctionnement vM = v1, v2 ou v3 la plus positive à l'instant considéré : vM est constitué donc par les «calottes supérieures» des sinusoïdes v1, v2, v3.

Oscillogrammes u

vv11

vN = v1, v2 ou v3 la plus négative à l'instant considéré :

vN est constitué donc par les «calottes inférieures» des sinusoïdes v1, v2, v3. La tension u = vM - vN.. Elle est périodique, de période π/3 en θ. Soit de fréquence : f ‘ = 6 x 50 = 300 Hz. (Si la fréquence du réseau est 50 Hz) π/6 < θ < π/2 vM = v1 = V√2 sin θ vN = v2 = V√2 sin (θ - 2π/3) Le courant i circule la maille suivante : 1  D1  R  D2’  2 D’où : u = vM - vN = V√2√3 sin (θ + π/6) Le courant dans la charge : i = u/R Le courant dans une diode : Le courant dans les diodes est égal à :  i lorsque la diode considérée est passante  0 si la diode est bloquée. iD1 = i lorsque D1 conduit Le courant demandé par la source triphasée : i1 = iD1 - iD1’ (loi des nœuds)  Lorsque π/6 < θ < 5π/6 i1 = i  Lorsque 7π/6 < θ < 11π/6 i1 = - i SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

0

v22

π/ π/2 2

π/ π/6 6

vv33

ππ

θ

2π 2π

i v1

v2

v3

D1 0 D2 0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

D3 1 D1’ 0 D2’ 1

0 π/ 0 6 1

0 π/ 0 2 0

0 π 0

0

1

1

1

1 0 2π 0 0

0

0

0

1

1

D3’ 0 u u32

0 u12

1 u13

1 u23

0 u21

0 u31

0 u32

0 u12

vD1 0 i1 0

0

0

u12

u12

u13

u13

0

i

i

0

-i

-i

0

i

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FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Grandeurs caractéristique Valeur moyenne de la tension u

Valeur moyenne du courant iD

u = 3√3 V√2 π

iD = i / 3

Tension maximale supportée par la diode VDmax = V√3√2

Redresseur triphasé (Charge R.L.E.) Redresseur triphasé PD3 Schéma de montage iD1 vD1 1

D1

D2

i D3

M u

L

i1

v1 2 v2

Analyse du fonctionnement

R

3 v3 iD1’ D1’

D2’

D3’

L’inductance L est suffisante pour que le courant i soit considéré constant. La tension u a la même forme que le montage précédent (c.à.d. charge résistive).

E N

Grandeurs caractéristique Valeur moyenne de la tension u u = 3√3 V√2 π

SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

Valeur moyenne du courant iD iD = i / 3

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Tension maximale supportée par la diode VDmax = V√3√2

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FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Classe : 2 STE

Redresseurs à thyristors (commandés) L’intérêt du redressement commandé et qu’il permette de faire varier la tension moyenne en sortie du pont et donc de faire varier par exemple la vitesse de rotation d’un moteur à courant continu.

Thyristor En électrotechnique, le thyristor est équivalent à un interrupteur unidirectionnel commandé à la fermeture.

Aspect

vAK

A

Symbole

K G

Anode

A

Jonction

P

N

P

G

Amorçage d’un thyristor Montage

R

Cathode

K

Gâchette

Conclusion

iG

Pour amorcer un thyristor : il faut que la tension vAK soit positive et un courant de gâchette suffisant le temps que i AK s’établisse. Le thyristor se comporte alors comme un interrupteur fermé.

 On ferme K1 : lampe est éteinte donc Th est bloqué.  On ferme K2 : lampe s’allume donc Th est passant.  On ouvre K2 : lampe reste allumée donc Th est passant.  On ouvre K1 : lampe s’éteint donc Th se bloque.  On ferme K1 : lampe reste éteinte donc Th est bloqué.

SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

N

Pour bloquer le thyristor : il faut annuler le courant i AK ou appliquer une tension vAK négative. Le thyristor se comporte alors comme un interrupteur ouvert.

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FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Redresseur monophasé à thyristors (Charge résistive) Redresseur simple alternance Schéma du montage

T v

iT

i vT

v: est la tension d’entrée du montage. u: est la tension de sortie. vT : est la tension aux bornes du thyristor R : est la charge résistive.

u

R

Analyse du fonctionnement

Oscillogrammes

Le thyristor est supposé parfait. v (θ) = V√2 sin θ 00 donc le thyristor est susceptible d’être amorcé. L’amorçage s’effectue avec le retard t0, qui correspond à l’angle α = ω.t 0 appelé l’angle de retard à l’amorçage, après chaque début de période T. à θ = α le thyristor est amorcé   v

i

vT

R

u

v

0

α

π

3π

2π

4π

θ

u

i

vT = 0 u= v i = u/R = v/R

iT

àθ=π Le courant i s’annule ce qui bloque le thyristor.

vT

π < θ < 2π  v < 0 Si l’on envoie un courant de gâchette alors que la tension est négative, le thyristor reste bloqué i v

vT

R

u

Thyristors passants T

i= 0 u = Ri = 0 vT = v

T

Grandeurs caractéristiques Valeur moyenne de la tension u

Valeur efficace de la tension u

u = V√2/π .(1+cos α ) / 2

U = V√2/2.√ (1- α /π + sin2α / 2 π)

SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

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Tension maximale supportée par le thyristor vTmax = V√2 Prof: M.Bergam

L.Technique

Classe : 2 STE

FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Redresseur mixte double alternance PD2 (Pont de Graëtz) Schéma du montage iT1 A v B

vT1 i'

i T1

M

u

T2

R

i D1 D1

v est la tension d’entrée du montage. u est la tension de sortie. vT1 est la tension aux bornes du thyristor T1 R est la charge résistive.

D2 N

Analyse du fonctionnement θ = α : v > 0  vA > vB Le thyristor T1 est susceptible d’être amorcé. Il est amorcé, le courant i circule la maille : A  T1  charge  D2  B On en déduit que :

Oscillogrammes

v

u = vM –vN = vA –vB = v i=u/R=v/R i’ = i vT1= vD2 = 0 vT2 = vD1 = - v

0

α

π

3π

2π

4π

θ

u

Lorsque θ franchit π v < 0  vB > vA le thyristor T2 est susceptible d’être amorcé mais il ne sera amorcé que lorsque θ = π + α . Par contre D2 se met à conduire dés que θ > π Ainsi (π < θ < π + α ), la charge est courtcircuitée par T1 et D2 d’où u = 0 θ = π + α : v < 0  vB > vA T2 est amorcé, le courant i circule la maille : B  T2  charge  D1  A On en déduit que :

i

iT1 et iD2 vT1

u = vM –vN = vB –vA = - v i = u / R = -v / R i’ = - i vT2 = vD1 = 0 vT1 = vD2 = v

Eléments passants T1 et D2 T2 et D1

T1 et D2

T2 et D1

Grandeurs caractéristiques Valeur moyenne de la tension u

Valeur efficace de la tension u

u = 2V√2/π .(1+cos α ) / 2

U = V√(1- α /π + sin2α / 2 π)

SI – Chaine d’énergie – unité A.D.C

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Tension maximale supportée par les éléments vTmax = V√2 vDmax = V√2 Prof: M.Bergam

L.Technique

Classe : 2 STE

FONCTION DISTRIBUER : CONVERTISSEURS STATIQUES

Onduleur autonome L’onduleur permet la conversion d'une tension continue en une tension alternative. Il est autonome lorsqu’il impose sa propre fréquence à la charge Onduleur autonome

Source continue ( -- )

Récepteur à courant alternatif

Onduleur monophasé (Débit sur charge résistive) Interrupteurs électroniques L’interrupteur peut être à transistor (ou thyristor si grande puissance), plus une diode de récupération (indispensable si la charge est. inductive). i

K ouvert ↔ T bloque et D en inverse K fermé ↔ T commandé : - si i > 0 : T conduit - si i < 0 : D conduit

i

K

D T

T

D

Commandes La commande dans un onduleur peut être : symétrique, décalé ou MLI

Commande symétrique Il s’agit d’actionner alternativement les interrupteurs K1 et K2 (K1, K4 et K2, K3) durant des intervalles de temps réguliers.

Montage Onduleur en demi-pont à deux interrupteurs

Onduleur en pont à quatre interrupteurs

i1 + V

u +

V

v1 i

i1 K1

V K2

u

v1 i

K4

Analyse du fonctionnement Onduleur en pont Onduleur en demi-pont (à quatre interrupteurs) (à deux interrupteurs)

K1 K2

Oscillogrammes u V

0 < t < T/2 K1 est fermé  v1 = 0 K2 est ouvert  i2 = 0 u=V i = i1 = V/R v2 = V + u = 2.V

0 < t < T/2 K1 et K4 sont fermés  v1 = v4 = 0 K2 et K3 sont ouverts  i2 = i3 = 0 u=V i = i1 = V/R v2 = v3 = u = V

T/2 < t