Alternatif Alternatif Transformateur Redresseur lgt. · PDF fileRedresseur Onduleur Hacheur...

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  • Sciences de lIngnieur Page 129

    CI8_E6_Modulation W

    Modulation dnergie

    But : Adapter les grandeurs dentres du rcepteur avec les grandeurs de sortie

    du gnrateur.

    Alternatif Alternatif

    Continu

    Transformateur

    Continu

    Redresseur

    Onduleur

    Hacheur

    Nous trouvons donc un certain nombre dappareil lectronique ou

    lectrotechnique

    Transformateur

    Redresseur

    Onduleur

    Hacheur

    Alimentation continue

    Alimentation dcoupage

  • Sciences de lIngnieur Page 130

    CI8_E6_Modulation W

    Fonction commuter lnergie : Les interrupteurs

    lectroniques

    Deux types commandes : en courant & en tension

    Format

    Exemple de symboles : il existe une multitude dinterrupteur lectrique.

    Bipolaire Effet de champ Hybride IGBT

    Diode Thyristor Triac

    Gnrateur Rcepteur Pr actionneur :

    Fonction commuter ou

    moduler lnergie

    Ordre 0 nergie : ordre de grandeur A

    Energie :

    Dizaine millier

    dampres

  • Sciences de lIngnieur Page 131

    CI8_E6_Modulation W

    1 La diode

    On cre une jonction P ou N

    On rapproche les jonctions pour crer une jonction PN

    Si la tension VAK est suprieure de lordre de 0.6V, le champ lectrique est annul le courant peut passer Si la tension VAK est infrieure 0, le champ lectrique est augment, le courant peut encore moins passer.

    Si

    Si

    Si

    Si Si Si

    Si

    Si

    Si As

    _

    Isolant parfait

    Si

    Si

    Si

    Si Ga

    _

    trou

    As (5 lectrons)

    Dopage N un lectron libre Ga (3 lectrons)

    Dopage P un trou libre

    N P-

    -

    -

    +

    +

    +

    On soude deux lectrodes et

    on recouvre de plastique

    Cathode : K Anode : A

    K A

    VAK

    I

    VAK

    Limite zone de destruction

    N P-

    -

    -

    +

    +

    +

    Dopage N

    Un lectron

    libre en plus

    Dopage P

    Un lectron

    libre en moins

    N P-

    -

    -

    +

    +

    +

    On rapproche les

    jonctions P & N, il y a

    transfert de charges

    N P-

    -

    -

    +

    +

    +

    On observe une zone o il y a

    un champ lectrique interne qui

    soppose au passage du courant

    1 2 3

    !

  • Sciences de lIngnieur Page 132

    CI8_E6_Modulation W

    2 - Le transistor Bipolaire :

    Mme principe mais avec 3 jonctions NPN ou PNP, le plus simple NPN

    Si lon annule le champ lectrique , les lectrons peuvent passer de lmetteur vers le collecteur.

    Un effet damplification apparat : IbIc = avec gain dpendant du

    transistor (10 500). Pour annuler le champ il faut comme pour la diode appliquer une tension

    denviron 0,6V aux bornes de B et E. Montage de base : On veut commander un moteur consommant 2A sous 24V

    partir du port parallle 5V, 50mA maxi

    N

    P

    N

    B : base

    C : collecteur

    E : Emetteur

    b

    c

    e

    N

    P

    N

    B : base

    C : collecteur dlectrons

    E : Emetteur dlectrons

    Les lectrons

    vont du moins

    vers le plus

    !

    c

    e

    b

    0,6V

    Le moteur impose Ic

    Le transistor impose le gain

    On doit envoyer au moins Ic

    Ib = pour

    saturer le transistor et le faire fonctionner

    en bloqu/satur sinon il travaille en

    amplification Ic = 2A, = 500

    ===100

    2

    Ic

    Ib 20 mA

    M

    c

    e

    b

    0,6V

    M

    24V

    5V

    Ic=I moteur = 2A

    Ib

    e

    b

    0,6V Uc

    5V

    Ib Rb

    Loi des mailles

    ( )==

    =

    =

    c

    bec

    b

    bec

    bebbc

    beRbc

    I

    U-U

    I

    U-URb

    0 U- IR - U

    0 U- U- U

    ! La commande dpend de la charge.

  • Sciences de lIngnieur Page 133

    CI8_E6_Modulation W

    3 Le Transistor effet de Champ :

    FET : Field Effet Transistor MOSFET : Metal Oxyde Semiconductor Field Effet Transistor

    Il existe 4 structures : Canal N ou P, appauvrissement ( Depletion) D-MOSFET ou

    enrichissement (Enhancement) E-MOSFET Exemple : Canal N enrichissement

    La structure Grille isolant Semi conducteur est assimilable un condensateur, cest une commande en tension indpendante de la charge.

    Si on applique une tension VGS entre la grille et la source, on augmente les

    charges libres dans le semi-conducteur qui sont repousses de la jonction

    semi-conducteur/oxyde, crant tout d'abord une zone dite de "dpltion". Puis lorsque la diffrence de potentiel est suffisamment grande il apparat une zone "d'inversion". Cette zone d'inversion est donc une zone o le type

    de porteurs de charges est oppos celui du reste du substrat, crant ainsi un "canal" de conduction.

    Exemple : Canal N appauvrissement

    Ici sans tension de commande, le transistor conduit (quivalent un contact NF).

    NN

    Grille Source Drain

    Isolant Substrat P

    Semi conducteur P

  • Sciences de lIngnieur Page 134

    CI8_E6_Modulation W

    Dfauts Diode : exemple 1N4001

    Lorsque la diode conduit, elle a une chute de tension qui varie en fonction du courant qui la traverse. Ceci produit des pertes joules destructives.

    Transistor bipolaire : dpend du courant Ic, il sappelle gnralement hFE

    Pour remdier un faible hFE, on peut utiliser un montage Darlington

    Un petit transistor avec un grand gain commande un gros transistor de puissance avec un faible gain

    Exemple botier 8 darlingtons ULN 2803A

    48

  • Sciences de lIngnieur Page 135

    CI8_E6_Modulation W

    MOSFET canal N enrichissement IRF 130

    Ltat passant se caractrise par une rsistance faible qui volue avec le courant.

    Transistor bien

    command

    Vce = 1,2V

    IC = 1,9A

    P = 2,28 W

    Zone o le transistor est mal command

    Zone o la puissance dissipe

    peut tre trs importante

    A partir de

    VGS > 5V

    le transistor

    se sature RDSon = 0,170 I = 1,97 A

    P=2,31W

  • Sciences de lIngnieur Page 136

    CI8_E6_Modulation W

    Exemples dapplications

    Diode 1 : Empcher de brancher le plus sur le moins et donc protger la LED

    Diode 2 : Dcharger lnergie stocker dans un relais diode de roue libre

    Sans diode une surtension de 13KV

    Avec diode de roue libre presque rien

    Transistor : Faire varier la vitesse du moteur de lISISCOOT : hacheur

    Gnrer des crneaux

    carrs largeur variable Interrupteur MOSFET

    principal

    DRL

  • Sciences de lIngnieur Page 137

    CI8_E6_Modulation W

    Les redresseurs

    But : Permet de transformer une tension alternative en tension continue

    Principe :

    Redressement simple alternance

    Valeur moyenne

    [ ] ( )

    VVVVdVvc

    2

    2

    0coscos

    2

    cos

    2

    sin

    2

    10

    0

    ==+===

    redressement double alternance : P2

  • Sciences de lIngnieur Page 138

    CI8_E6_Modulation W

    Redresseur parallle double ou pont de graetz : PD2

    Nota 1 : le courant passe par la diode qui a la ddp sur lanode la plus leve et par

    la diode qui a la ddp la plus basse sur la cathode.

    Nota 2 : la tension Vdiode est fois moins grande que pour le montage P2.

    Redresseur parallle double triphas : PD3

    rseau triphas

  • Sciences de lIngnieur Page 139

    CI8_E6_Modulation W

    Fonction filtrage

    Rgulation de tension par ballast

    On calcule Rb pour quelle soit traverse par 30mA

  • Sciences de lIngnieur Page 140

    CI8_E6_Modulation W

    Transformateur

    But : Abaisser ou lever une tension alternative

    Principe : un flux magntique est cre dans un circuit magntique feuillet avec une bobine (primaire) et on le rcupre par une autre (secondaire).

    Le rapport du nombre de spire modifie la tension.

    fNSBU = max44,4 F : frquence en hertz Bmax : induction magntique en Tesla

    N : nombre de spires

    SB= : Flux magntique en Weber S : surface en m

    dt

    tdiL

    dt

    tdte

    )()()( =

    = E(t) : Tension induite lors dune

    variation de flux

    Rapport de transformation :

    1

    2

    1max44,4

    2max44,4

    1

    20

    N

    N

    fNSB

    fNSB

    V

    Vm =

    ==

    Observation : plus la frquence est haute, plus Bmax peut tre rduit et donc le

    volume du transformateur

    Puissance dun transformateur parfait :

    La puissance apparente au primaire est

    gale la puissance apparente au

    secondaire :

    2211 JVJVS ==

    Observation : le courant entre le primaire et le secondaire sont trs diffrents, la

    section des fils le sera aussi.

  • Sciences de lIngnieur Page 141

    CI8_E6_Modulation W

    Exemples: 230v/ 24v 64VA enroulement sec 160 KVA enroulements immergs dans

    l'huile 160 KVA

    Applications : Transport dnergie entre les centrales de production

    Application : pince souder

    Puissance apparente 5,7KVA Primaire 230V Secondaire 25V / 230 A

    Application : chauffage par induction

  • Sciences de lIngnieur Page 142

    CI8_E6_Modulation W

    Hacheur srie ou abaisseur

    But : Abaisser une tension continue.

    Principe : La valeur moyenne est modifie en