CHAPITRE III : LE TRANSISTOR BIPOLAIRE · Le thyristor est passant qu’à partir du moment où...

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Électronique de puissance - 25 - I.S.E.T de Bizerte Support de

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CHAPITRE

2

LES CONVERTISSEURS ALTERNATIFS/CONTINUS

LES MONTAGES REDRESSEURS COMMANDÉS

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cours

LES CONVERTISSEURS ALTERNATIFS/CONTINUS

LES MONTAGES REDRESSEURS COMMANDÉ

1-INTRODUCTION

On effectue une modification importante dans le commutateur :le remplacement des diodes par

des thyristors (remplacement d’interrupteurs 2 segments par des interrupteurs 3 segments à

fermeture commandée) permet de moduler le transfert d’énergie de la source alternative vers le

récepteur continu. Cette modification de commande du système apporte non seulement une

souplesse complémentaire, mais elle permet aussi, sous certaines conditions un transfert

d’énergie en sens inverse.

2-REDRESSEMENT MONOPHASÉ SIMPLE ALTERNANCE

L’ongle d’amorçage utilisé pour cette étude est 6

2-1- Charge résistive

Soit le montage de la figure (1) alimentant une charge résistive. Lthyristor est supposée idéale.

La tension délivrée par le transformateur est supposée sinusoïdale de pulsation ω

et d’amplitude maximale 2mV. Elle s’exprime par : 2 sin( )mV t

Figure 29 : montage redressement commandé mono-alternance charge résistive

a)-Analyse de fonctionnement

Le thyristor est passant qu’à partir du moment où l’on envoie le signal de gâchette et à la

condition que la tension VAK soit positive

L’amorçage s’effectue avec un retard t0 après chaque début de période T

Le signal de gâchette doit être synchronisé avec celui de la tension V

L’angle 0t s’appelle l’angle de retard à l’amorçage.

pour 0

2

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cours

on a V>0 pas d’impulsion sur la gâchette donc TH est bloqué, alors0, 0ch ch thi u et V V

pour

on a V>0,en envoie une impulsion de commande(courant d’amorçage) donc TH devient

conducteur, alors , 0ch ch thu V Ri et V

b)-Forme d’onde des différentes grandeurs

0 0.05

Time (s)

0

ich vch vth

0 0.05

Time (s)

0

2

vg

ICH

VTH

VCH

Ig

t

t

Figure 30 : Forme d’ondes simple alternance charge résistive

c)-Grandeurs caractéristiques Tension et courant

Valeur moyenne

1sin( ) (1 cos )

2 2

mchmoy m

Vu V d

Valeur efficace

sin 21

2 2

mcheff

Vu

Tension inverse aux bornes du thyristor TH1

1TH mV V

d)-Conclusion L’Intérêt d’un tel dispositif, c’est d’obtenir une tension et un courant de charge et par

conséquent une puissance réglable.

2-2- Charge inductive

La charge résistive est remplacée par une charge à caractère inductif composée d’une résistance

R et d’une inductance L

Figure 31 : Montage simple alternance charge inductive

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on a 0, 0ch ch thi u et V V

pour

amorçage de TH on a 0 ch

th ch ch

diV et u Ri L

dt

dont la solution est

sin( ) sin( ) Qmch

Vi e

Z

2 2;L

Q Z R LR

On vérifie bien que ( ) 0chi

,donc le courant de charge continue à circuler à travers le

thyristor TH malgré que le potentiel de l’anode devient négatif (pas de discontinuité de courant

dans une charge inductive).

Pour ' 2c

pour 'c

.,on a donc TH se bloque et 0, 0ch ch thi u et V V


0 0.05

Time (s)

0

ich vch vth

0 0.05

Time (s)

0

2

Ig

Ig

ICH

VTH

VCH

π θ1 2π

θ

θ

Figure 32 : Forme d’ondes simple alternance charge inductive

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Valeur moyenne

1sin( ) (cos cos )

2 2

mchmoy m

Vu V d

Valeur efficace

sin 2 sin 2

2 2 2

mcheff

Vu


1TH mV V

3- REDRESSEMENT MONOPHASÉ DOUBLE ALTERNANCE

3-1. Redresseur avec un transformateur à point milieu

3-1-1- Charge résistive

Le point milieu du secondaire du transformateur permet de disposer de deux tensions en

opposition de phase 1 sin( )mV V 2 1sin( )mV V V

.

Figure 33: Montage double alternance charge résistive


0<θ<Π

V>0

Si T1 est bloqué alors VT1=V1 et i1=0

C’est T1 qui est susceptible d’être amorcé à θ = (l’angle d’amorçage)

T1 est amorcé.

VT1=0

U=V1

i=i1=V1/R

à θ = Π

i passe par 0 pour devenir négatif.

T1 se bloque.

Pour Π <θ<2Π

V2>0

C’est T2 est susceptible d’être amorcé à θ = Π+

T2 est amorcé

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cours

b)-forme d’onde des différentes grandeurs

0 0.05

Time (s)

0

VTH1 VTH2 vch

VCH

VTH1

t

t

0

ICH

0

IG1

0 0.05

Time (s)

0

IG2

VTH2

ICH

Ig1

Ig2

-2Vmax

Vmax

T/2α

t

t

Figure 34 : Forme d’ondes doubles alternance charge résistive


Valeur moyenne

1sin( ) (1 cos )m

chmoy m

Vu V d

Valeur efficace

sin 21

22

mcheff

Vu


1TH mV V

3-1-2- Charge inductive R,L

On suppose que la conduction est continue (débit ininterrompu) c'est-à-dire que le courant dans

la charge ne s’annule jamais

Figure 35 : Montage double alternance charge inductive

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1

1 2 ' :

( ) sin( )

( ) 0 ( )

ch m

TH ch c

pour TH amorçé TH bloqué d ou

V V

V et i I

1

2 2 1 ' :

( ) sin( )

( ) 2 sin( ) ( )

ch m

TH m ch c

pour TH amorçé TH bloqué d ou

V V

V V et i I


t

0 0.05

Time (s)

0

VTH1 VTH2 vch

0

ICH

0

IG1

0 0.05

Time (s)

0

IG2

VTH2 VTH1

VCH

ICH

Ig1

Ig2

t

t

t

Vmax

-2Vmax

T/2α

Figure 36 : Forme d’ondes doubles alternance charge inductive


Valeur moyenne

21sin( ) (cos )m

chmoy m

Vu V d

Valeur efficace

2

mcheff

Vu

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3-2-Redresseur avec pont de Graetz tout thyristor

3-2-1-Charge inductive R,L

Figure 37 : Montage pont de greitz charge inductive

a)-forme d’onde des différentes grandeurs

0 0.05

Time (s)

0

-10

-20

10

20

VTH1 VTH2 UCH ICH

ɵ

VTH2 VTH1

VCH

ICH

π 2πα

Figure 38 : Forme d’ondes pont de greitz charge inductive

3-3-Redresseur avec pont de Graetz mixte

Il existe deux types de pont mixte :le pont mixte symétrique et le pont mixte asymétrique

3-3-1-Pont mixte symétrique

Figure 39 : Schéma global d’un pont mixte monophasé charge R-L.

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<θ<

T1 est amorcé,D2 passante Vch=V

<θ< +

Phase de roue libre

T1 reste amorcé, D2 bloquée,D1 devient passante

+ <θ<2


0<θ<

Phase de roue libre

T2 reste amorcé, D1 bloquée,D2 devient passante

b)-forme d’onde des différentes grandeurs

0 0.05

Time (s)

0

UCH

VCH

ID1

ID2

ITH1

ITH2

ICH

ɵ

ɵ

ɵ

ɵ

ɵ

ɵα π 2π

D1

TH1

D2

TH2 TH1

D1

Figure 40 : Forme d’ondes doubles alternance charge résistive

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3-3-2-Pont mixte asymétrique

Figure 41 : Schéma global d’un pont mixte monophasé charge R-L.


<θ<

T2 n’est pas amorcé

D1 bloqué, car V<0

T1 est amorcé,D2 passante donc Vch=V

<θ< +

Phase de roue libre

T2 est encore bloqué

D2 passante

T1 devient bloqué, car D1 devient passante

+ <θ<2

T1 n’est pas amorcé

D2 bloqué, car V<0


0<θ<

Phase de roue libre

T1 est encore bloqué

D1 passante

T2 devient bloqué, car D2 devient passante

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cours


0 0.05

Time (s)

0

UCH

VCH

ID1

ID2

ITH1

ITH2

ICH

ɵ

ɵ

ɵ

ɵ

ɵ

ɵα π 2π

D1

TH1 D2

TH2

TH1 D2

TH2D1

Figure 42: Forme d’ondes doubles alternance charge résistive


Valeur moyenne

1sin( ) (1 cos )m

chmoy m

Vu V d

Valeur efficace

sin 21

22

mcheff

Vu

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cours

4- REDRESSEMENT TRIPHASÉ SIMPLE ALTERNANCE

Rappel d’hypothèses :

on suppose que la charge est fortement inductive

LT

R

pour qu’on puisse considérer le

courant de charge instantanée comme étant égale a ça valeur moyenne tanchi I cons te

on néglige les imperfections du réseau amont, du transformateur et celle des

redresseurs(thyristors)

4-1- Montage P3 à cathode commune

Considérons le montage de la figure suivante

Figure 43: Montage P3 cathode commune charge inductive

a)- Analyse élémentaire de fonctionnement

Intervalles thyristor en

conduction

Thyristors

bloqués

Tension de

charge

Tension de

VTH1

5;

6 6

TH1 TH2 ;TH3 Uch=V1 VTH1=0

5 3;

6 2

TH2 TH1 ;TH3 Uch=V2 VTH1=U12

3 13;

2 6


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cours

b)-Forme d’onde des différentes grandeurs pour un angle d’amorçage = /6

0 0.05

Time (s)

0

V1 V2 V3 V1-V2 V1-V3 V2-V3 V2-V1 V3-V1 V3-V2 VCH VTH

V1 V2 V3

U13 U23 U32U31U21

ITH1

ITH2

ITH3

ICH

TH1TH2

TH3

U12 U13 U23 U32U31U21

D1 TH2TH3

TH1VTH1

TH1

t

t

t

t

t

U 12

VCH

Figure 44: Forme d’ondes P3 cathode commune charge inductive


Valeur moyenne de la tension de charge redressée

On remarque que la tension de charge est périodique de période

2

3

5

6

6

3sin( ) 3 3 cos( )

2 2

mchmoy m

Vu V d

Tension inverse aux bornes de la diode D1 Valeurs des courants

Ourabi.Lassaad


cours

1max 3D mV V . 1 1,

3 3moy eff

I Ii i

4-2- Montage P3 à anodes communes

Considérons le montage de la figure suivante

Figure 45 : Montage P3 cathode commune charge inductive


Intervalles thyristor en

conduction

Thyristors

bloqués

Tension de

charge

Tension de

VTH1

0;2


7;

2 6

TH1 TH2 ;TH3 Uch=V1 VTH1=0

7 11;

6 6


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cours


0 0.05

Time (s)

0

V1 V2 V3 V1-V2 V1-V3 V2-V3 V3-V2 V2-V1 V3-V1 VCH VTH

V1 V2 V3

U23 U32U31U21

ITH2

ITH3

ICH

TH1TH3

TH1

U12 U13 U23 U32U31U21

D1 TH3TH1

TH2

VTH1

TH2

t

t

t

t

t

VCH

U13

V1

ITH1

TH3

Figure 46 : Forme d’ondes P3 anode commune charge inductive


Valeur moyenne de la tension de charge redressée

On remarque que la tension de charge est périodique de périodes

2

3

3 3 cos( )2

mchmoy

Vu

La tension maximale inverse aux bornes de la

diode D1 est donnée par 1max 3D mV V

Valeurs des courants 1 1,

3 3moy eff

I Ii i

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cours

4-3- Montage PD3

Ce montage peut être considéré comme résultant de l’association d’un montage à anodes

communes et d’un montage a cathodes communes

On gardera les mêmes hypothèses que précédemment c'est-à-dire que le redresseur ainsi que le

transformateur sont parfaits et que la charge est fortement inductive.

Figure 47 : Montage PD3 charge inductive


( ) ( ) ( )ch MO NOu u u

Intervalles VMO VNO UCH

0;6

V3 V2 U32

;6 2

V1 V2 U12

5;

2 6

V1 V3 U13

5 7;

6 6

V2 V3 U23

7 3;

6 2

V2 V1 U21

3 11;

2 6

V3 V1 U31

11;2

6

V3 V2 U32

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cours


0 0.06

Time (s)

0

V1 V2 V3 V1-V2 V1-V3 V2-V3 V3-V1 V2-V1 V3-V2 VAC VCC VCH VTH1

V1 V2 V3

U31 U12U32

ITH4

IS1

TH1

TH4

U13 U23 U21 U32U31

D1

VTH1

t

t

t

t

VCH

U21

V1

ITH1

TH2 TH1 TH2 TH3 TH1TH3

TH5 TH6 TH4 TH5

Figure 48 : Forme d’ondes Montage PD3 charge inductive


La tension de charge est formée par des portions de sinusoïdes et périodique de périodes 3

Valeur caractéristique

Valeur moyenne de la tension de charge

redressée

3 3 cos( )mchmoy

Vu

Tension inverse aux bornes de la diode D1

1max 3D mV V

Valeurs des courants

Courant moyen

1 0s moyi

Courant efficace

1

2

3s effi I

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