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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur Et de la Recherche Scientifique Université BADJI MOKHTAR- Annaba- FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE PROJET FIN D’ETUDE LICENCE Présenté par : Encadré par : NASRI SABRINE BEN HAMIDA OUISSEM Jury de soutenance : Dr BAHI TAHAR ANNEE UNIVERSITAIRE : 2020/ ETUDE ET SIMULATION D’UN HACHEUR (BUCK-BOOST) Dr MOHAMMEDI MOUFID
Dédicace : J e dédie ce modeste travail : A mon adorable maman BARIZA qui a toujours été là pour moi et m’encourager. A mon père AHMED qui sacrifie sa vie pour moi. A mes frangins ACHREF , ABD ERRAOUF et ARSLEN ABD ERRAHIM que dieu leur donne une longue et joyeuse vie. A ma binôme, ma meilleure amie OUISSEM qui est toujours avec moi. A ma cousine ABLA qui m’encourage toujours. A ma voisine SAMIRA qui prie toujours pour moi. A mes petites NOUR EL HOUDA et HIBA EL RAHMENE. A ma classe L3E et surtout mes amis RAYENE , CHAIMA, NIHED et ISKANDER. SABRINE
Dédicace : J e dédie ce modeste travail : A mon adorable maman BAHIA qui a toujours été là pour moi et m’encourager. A ma binôme SABRINE , le mot « merci » ne suffit pas, et le sens est plus grand sue cela. A mon père CHERIF qui sacrifie sa vie pour moi. A mes adorables sœurs IKRAM , AMIRA et RANIA. A mon petit frère MOHAMED AMINE. A ma grand-mère YAMINA. A ma classe L3E et surtout mes amis RAYENE , CHAIMA , NIHED et ISKANDER. OUISSEM
Liste des figures
Liste des tableaux
Chapitre 01 : Etat de l’art sur les convertisseurs statistiques
Tableaux (1.1) : Comparaison des éléments de l’électronique de puissance……………………….. 4 Tableaux (1.2) : Eléments de puissance avec leurs Caractéristiques……………………………….. 5 Tableaux (1.3) : Comparaison entre les convertisseurs statistiques……………………………….. 9
Chapitre 02 : Etude D’un hacheur (BUCK-BOOST)
Tableaux (2.1) : Récapitulatif des Caractéristiques des convertisseurs DC/DC………………….. 20 Tableaux (2.2) : Rendement de quelques convertisseurs connus………………………………….. 28
Chapitre 03 : Simulation d’un hacheur (BUCK-BOOST)
Tableaux (3.1) : contient les paramètres du convertisseur BUCK-BOOST……………………….. 44
Liste des symboles et abréviations
DC : courant continu. GTO : TRIAC : DV : dérivée de la tension. Dt : dérivé du temps. Di : dérivée de courant. TON : temps ce conduction de l’interrupteur. TOFF : temps ce blocage de l’interrupteur. T : période de commutation. PWM : pulse width modulation. PFM : MCC : mode de conduction continue. TGV : train a grande vitesse. FOCH : ED : MCD : mode de conduction discontinue. VS,V 0 : tension de sortie. Ve : tension d’entrée. Vc : tension de la cellule. Vd : tension aux bornes de la diode. Vl : IS : courant de sortie. IL : courant traversant l’inductance. K : l’interrupteur. R : résistance fictive englobant la partie électrique et mécanique du moteur. T : période de commutation. D : la diode. η : Rendement. F : la fréquence. Fmin : la fréquence de commutation.
Introduction générale 1
Introduction générale
L’utilisation des convertisseurs de puissance pour des différentes applications devient de plus importante. Les domaines sont principalement les applications domestiques (téléphone mobile, ordinateurs, électroménager), l’industrie automobile (avec l’apparition de véhicules hybrides et électriques), l’aéronautique (l’avion électrique), le domaine ferroviaire, les énergies renouvelables (panneaux solaires photovoltaïques, éoliennes), les réseaux de transport d’énergie électrique (les liaisons à courant continu) …etc. Le procédé le plus simple pour transformer une tension continue de valeur fixe, en une tension continue réglable est le potentiomètre. Malheureusement, ce montage ne permet pas de commander un moteur à courant continu pour de nombreuses raisons (puissance délivrée faible,…), c’est pourquoi on fait appel à un système électronique que l’on appelle HACHEUR. Les hacheurs sont des convertisseurs statiques continu-continu, permettant de générer une source de tension continue variable à partir d’une source de tension continue fixe. Ils se composent de condensateurs, l’inductance et d’interrupteurs statiques. Ils consomment moins de puissance. C’est pour cette raison que les hacheurs ont de très bons rendements. Ce travail de mémoire est dédié à la réalisation d’un convertisseur DC-DC de deux types : BUCK et BOOST. Le travail est présenté en trois chapitres organisés comme suit: Le premier chapitre nous allons présenter généralité et les différents types des convertisseurs statiques. Dans le deuxième chapitre nous allons présenter généralité et les différents types d’hacheur, le principe de fonctionnement, schéma équivalent et la modélisation de chaque type en particulier BUCK et BOOST avec une étude théorique. Dans le dernier chapitre, nous l’avons consacré à la présentation des résultats de cette expérience avec des interprétations et comparaison des courbes entre le résultat de simulation et expérimentale. Enfin, ce travail sera clôturé par une conclusion générale à travers laquelle on expose les principaux résultats obtenus.
CHAPITRE 1 :
Etat de l’art sur les
convertisseurs statistiques
Chapitre 1 Etat de l’art sur les convertisseurs statistiques 4 Faciliter de contrôle. 1.4.1 Composants de puissance : L’apparition des semi-conducteurs: les diodes, thyristors, transistors bipolaires, IGBT, MOSFET et GTO permettant le contrôle de courants et de tensions importants a été un essor considérable de cette technique dans le domaine de l’énergie. Le tableau.1.1 nous présente une comparaison des composants de puissance et quelques domaines d’applications montrés par la figure.1.. Eléments de puissances Non commandé Commandé Avantages Inconvénients Diodes Oui^ Non^ Puissance plus élevée que celle du thyristor. Aucune intervention externe n’est possible. Thyristors Non Oui Très fortes puissances ; Idéal pour des montages redresseurs. Lent ; Commande uniquement à la fermeture. Transistors bipolaires Non Oui Puissance élevée ; Pertes réduites. Commande de base complexe ; Lent. IGBT Non Oui Commutation assez rapide ; Energie de commande faible ; Puissance élevée ; Pertes de conduction faible ; Utiliser pour de fortes tensions. Fréquence de commutation limitée ; Plus lent que le MOSFET à l’ouverture. GTO Non Oui Un petit courant de grille permet la conduction et sa désactivation ; Utilisé pour de plus grandes puissances ; Commande complexe ; Lent et fragile. MOSFET Non Oui Fréquence de communication élevée ; Rapidité de commutation ; Pertes en commutation très faible. Pertes élevées en conduction; Puissance d’utilisation limitée. Triac Non Oui Pertes de conduction faible. Puissance d’utilisation limitée. Tableau.1.1. Comparaison des éléments de l'électronique de puissance
Chapitre 1 Etat de l’art sur les convertisseurs statistiques 5 Figure.1.1. Quelques domaines d'application des composants de puissance 1.4.2 Critère de choix des interrupteurs d’électronique de puissance : Le choix d’un interrupteur à semi-conducteurs pour une application particulière dépend des critères suivants [2] : Tension inverse. Niveau courant. Fréquence de commutation. Vitesse de commutation. Pertes de commutation et conduction. Mode de commande. Le tableau.1.2 et la figure.1.2 ci-dessous récapitulent tout ce qui a été dit concernant les critères de choix. Tableau.1. 2. Eléments de puissance avec leurs caractéristiques
Chapitre 1 Etat de l’art sur les convertisseurs statistiques 7
1.6 Les principales applications :
Cas d’urgence (hôpitaux, salle informatique). Photo volumique. Gestion, transport et distribution d’EE. Application domestique et industrielles.
1.7 Différents types des convertisseurs statistiques :
Suivant le type de la machine à commander et suivant la nature de la source de puissance, en distingue plusieurs sources familières de convertisseurs statiques (schéma ci-dessus). Figure.1. 3. Les différents types des convertisseurs statiques. De là on peut déduire qu’il existe quatre types de convertisseurs statiques : 1.7.1 Convertisseur alternatif-continu (redresseur) : Nous avons vu que, la plupart du temps, l’énergie électrique était fournie par le réseau, et donc par l’intermédiaire d’une tension sinusoïdale. Or, dans de nombreuses applications (une bonne partie de l’électronique notamment), l’énergie est utilisée sous forme de signaux continus. Il est donc nécessaire de disposer d’un système effectuant cette conversion. Ce dispositif est appelé redresseur. Nous verrons que la tension délivrée présente une ondulation de tension non négligeable (surtout dans les redresseurs commandés) ce qui nécessite d’associer un filtre au redresseur, afin d’obtenir un signal continu utilisable. Compte tenu des charges souvent inductives, l’ondulation de tension en sortie conduit à une ondulation de courant très faible dans la charge. Ce courant sera donc fréquemment supposé constant dans la charge [ 5 ].
Chapitre 1 Etat de l’art sur les convertisseurs statistiques 8 Est également appelé convertisseur alternatif/continu. C’est un convertisseur destiné à alimenter une charge qui nécessite une tension ou un courant continu à partir d’une source alternative. L’alimentation est, la plupart du temps, un générateur de tension. 1.7.2 Convertisseur alternatif-alternatif (Gradateur) : On désigne sous le nom de gradateurs tous les convertisseurs statiques qui, alimentés par un réseau alternatif, fournissent une ou plusieurs tensions à valeur moyenne nulle, de même fréquence que celle du réseau d’alimentation, mais de valeur efficace différente, celle-ci étant habituellement réglable. Bien que cela ne soit pas la seule technique possible, tous les gradateurs fonctionnement actuellement sur le principe de la commande de phase, déjà vu en redressement commandé, et qui, rappelons-le, consiste à amorcer les thyristors avec un retard réglable, par exemple par rapport au passage par zéro d’une tension d’alimentation, et à laisser le blocage s’effectuer en commutation naturelle. Ceci permet l’emploi de composants de type thyristors, le fonctionnement bidirectionnel étant obtenu grâce à l’association tête-bêche de deux éléments. Tant que les puissances mises en jeu le permettent, on peut évidemment remplacer cette structure par un triac, ce qui simplifie en particulier la conception des circuits de commande. 1.7.3 Convertisseur continu-alternatif (Onduleur) : Les onduleurs sont les convertisseurs statiques continu-alternatif permettant de fabriquer une source de tension alternative à partir d’une source de tension continue. 1.7.4 Convertisseur continu-continu (Hacheur) : Les hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de fabriquer une source de tension continue variable à partir d’une source de tension continue fixe. On utilise des interrupteurs réalisés à partir de semi-conducteurs tels que : la diode, les transistors, thyristor, GTO, TRIAC … Ces éléments fonctionnent exclusivement en régime de commutation. On utilise également des composants à dissipation minimale tels que les conducteurs, les inductances et les transformateurs [ 6 ].
1.8 Comparaison entre les convertisseurs statiques :
Il existe de nombreuses sortes de convertisseurs, que l’on classe généralement selon les énergies mise en jeu entrée et en sortie. Les fonctions réalisées par les principaux types de convertisseurs sont classées dans le tableau.1. 3.
