exercices onduleur

ENSAT Conversion continu alternatif

1°) Principe

1.1) Généralités

C’est un convertisseur statique, qui permet des échanges d’énergie entre une entrée continue et une sortie alternative.

Symbole:

Si la source continue est une source de tension, l’onduleur est appelé onduleur de tension, si c’est une source de courant, on parle de commutateur de courant.L’onduleur est autonome si la fréquence est indépendante de la source de sortie.

1.2) Synthèse

On souhaite à partir d’une source de tension continue non réversible en tension, réversible en courant obtenir une source de courant réversible en courant et en tension, afin d’obtenir un signal alternatif en sortie.

Avec ce montage, on a bien un signal ayant deux valeurs pour v2 :

v2 = ou v2 = donc v2moy = , or il nous faut v2moy = .Possibilité d’obtenir ceci en prenant v2 = , v2 = ou v2 = , mais avec v2moy = .

La structure en pont permet ces possibilités.Conditions sur les interrupteurs:

K K1 2 etK K3 4

La source de courant :

1/11

v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2B

v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4


Circuit inductif, donc i2 en retard sur v2.

On souhaite avoir v2 telle que :

Commande

par exemple :

Pour rendre v2 réversible, on peut établir une liaison du point B au + ou au - de l’alimentation, on peut également envisager de fixer le point B à une valeur à mi-chemin entre le + et le - de la source de tension continue.

Si K1 et K2 sont fermés alternativement pendant la moitié de la période chacun, il est alors possible de remplacer le pont avec une seule alimentation et deux condensateurs identiques C.

2/11

v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

V1/2

V1/2

vk1

ik1


Ceux-ci permettent en même temps à la source d’être réversible en courant. Les condensateurs peuvent stockés des charges contrairement à l’alimentation.

3/11

v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

C

V1

i1C


2°) Onduleur autonome monophasé à deux transistors ( demi-pont)

2.1) Schéma du montageT1 : NPN, T2 : PNP

Il faut K K1 2 et que le temps d’ouverture et de fermeture soient identiques. La commande est dite alors symétrique.

2.2) Oscillogrammes

2.3) Interprétation

De 02

tT

: K1 fermé et K2 ouvert

v2 = i2 = * de 0 1 t t :

i2 0 AC’est la diode , qui conduit, tant que le courant i2 reste . La puissance

instantanée p = v2 . i2 = .Il y a transfert d’énergie de la . C’est une

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* de t tT

1 2

i2 0 AA t = t1, le transistor se met à conduire, le courant i2 reste . La puissance

instantanée p = v2 . i2 = .Il y a transfert de l’énergie de la .

De T

t T2

: K2 fermé et K 1 ouvert

v2 = i2 =

* de T

t tT

2 21 :

i2 0 AC’est la diode , qui conduit, tant que le courant i2 reste . La puissance

instantanée p = v2 . i2 = .Il y a de nouveau transfert d’énergie de la . C’est une .

* de tT

t T1 2

i2 0 AA t = t1 + (T/2), le courant i2 s’annule puis devient , le transistor devient

passant. La puissance instantanée p = v2 . i2 = .Il y a transfert de l’énergie de la .

2.4) Grandeurs caractéristiques

2.4.1) Période

Elle est imposée par la commande de K1 et K2.

2.4.2) Valeur efficace

Elle est imposée par le choix de la source de tension ici.

avec

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3°) Onduleur de tension monophasé en pont

3.1) Schéma

Il faut K K1 2 et K K3 4 . Structure de K1 et K3 : Structure de K2 et K4 :

3.2) Commande symétrique

3.2.1) Oscillogrammes

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3.2.2) Interprétations

L’explication est la même qu’avec un demi-pont, hormis le fait qu’il faille K1 et K4 dans le même état logique ainsi que K3 et K2 mais dans l’état logique complémentaire aux deux précédents.

La commande des interrupteurs impose la période du convertisseur, la valeur efficace vaut .

3.3) Commande décalée

3.3.1) Oscillogrammes

3.3.2) Interprétations

0 t K2 et K4 sont fermés, K1 et K3 sont ouverts.

le courant i2 est négatif, cela impose la conduction du transistor T2 et de la diode D4.

p = 0 W, c’est une phase de roue libre.

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v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4


t t1 K1 et K4 sont fermés, K2 et K3 sont ouverts.

Le courant i2 est toujours négatif, cela impose la conduction de D1 et D4.p = v2 . i2 = V1 . i2 < 0W, c’est une phase de récupération.

t tT

1 2 K1 et K4 sont fermés, K2 et K3 sont ouverts.

Le courant i2 est positif, cela impose la conduction de T1 et T4.p = v2 . i2 = V1 . i2 > 0 W, c’est une phase d’échange d’énergie entre la source et la charge.

Tt

T


Le courant i2 est positif, cela impose la conduction de T1 et D3.p = v2 . i2 = 0 W, c’est une phase de roue libre.

T

t tT


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v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4

v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4

v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4


Le courant i2 est positif, cela impose la conduction de D2 et D3.p = v2 . i2 = -V1 . i2 < 0 W, c’est une phase de récupération.

tT

t T1 2 K1 et K4 sont ouverts, K2 et K3 sont fermés.

Le courant i2 est négatif, cela impose la conduction de T2 et T3.p = v2 . i2 = -V1 . i2 > 0 W, c’est une phase d’échange d’énergie de la source vers la charge.

3.3.3) Grandeurs caractéristiques

Période: Elle est imposée par la commande des interrupteurs.

Valeur efficace : avec (Aire sous la courbe de v2

2 prise sur T) / T.

Aire = 2

2 2

2

121

2

12

12

* ( ) *.( )

.( )

TV

TV

T

TV

T

par l’intermédiaire de , on peut régler la valeur efficace.

3.4) Commande M.L.I ( Modulation de Largeur d’Impulsion) P.W.M ( Pulse With Modulation)

3.4.1) Utilité

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v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4

v1

i1 v2

i2

vk2

vk1

ik1

ik2

B

vk4

vk3

ik3

ik4


Pour la commande symétrique, la tension u2 a une certaine décomposition spectrale (fondamental, plus harmoniques de rang impair). Ceux de rang 3 et 5 sont difficiles à éliminer pour récupérer un signal parfaitement sinusoïdal afin de commander un Moteur Asynchrone.

On a donc défini une commande décalée afin d’obtenir une tension u2 ayant des harmoniques de rang faible de très faibles amplitudes par rapport au fondamental. Les autre hormis ceux de rang 3 et 5 seront plus facilement filtrables (pour ou l’harmonique de rang 3 disparaît). On réalise une commande décalée en générant deux ondes rectangulaires décalées et additionnées en partant d’un signal triangulaire comparé à une composante continue.

En utilisant la commande M.L.I, les harmoniques de rang faible sont éliminés, les autres pourront donc être facilement filtrable. On aura donc un signal après filtrage, parfaitement sinusoïdal, qui conviendra à la commande d’un M.A.S.

3.4.2) Principe de commande

Numérique, en utilisant une mémoire programmée. Dans ce cas là, la valeur efficace de u2 ne peut varier. Analogique, en comparant un signal sinusoïdal de fréquence ( modulante) celle à laquelle on veut travailler, avec un signal triangulaire de plus haute fréquence ( porteuse).

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4°) Utilité de ce convertisseur

- Alimenter des moteurs synchrones ou asynchrones, dont on désire faire varier la vitesse en gardant U/f = Cste.

- Alimentation de secours.- Alimentation de dispositif de chauffage par induction.

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