Electronique de puissance: Généralités et Composants, Study notes of Electronics

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Electronique de puissance

LST GEII - 2015/

Y. SAYOUTI

Université Hassan II de Casablanca Faculté des Sciences et Techniques Département de Génie Electrique

Plan

• Chap1: Généralités

• Chap2: Composants de l’EP

• Chap3: Redresseurs

• Chap4: Hacheurs

• Chap5: Onduleurs

• Chap6: Gradateurs

Généralités sur l’électronique de

puissance

L’ électronique de puissance a pour objet de modifier la présentation de l’énergie

électrique par des moyens statiques dans le but d’utiliser cette énergie avec le rendement maximum.

Cette nouvelle technique aussi appelée électronique des courants forts se situe entre électronique générale et l'électrotechnique classique.

La gamme de puissance des montages de l’électronique de puissance va de quelques watts (variateur de vitesse de moteur de ventilateur électrique présent dans les ordinateurs domestiques) à plusieurs gigawatts (liaisons à courant continu à très haute tension pour l’interconnexion de réseaux électriques).

Les moyens statiques dont il est question dans la définition sont, d'une part, les composants électroniques non commandés (diodes), ou commandés (thyristors, transistors, Triacs, GTO,...) et d'autre part, les éléments statiques de l'électrotechnique classique (inductances, condensateurs, transformateurs, ...)

Généralités sur l’électronique de

puissance

En quoi l'électronique de puissance diffère-t-elle d'électronique générale?

Ampli

Dans un équipement de l'électronique générale, l'élément actif travaille en modulation. La performance que le concepteur recherche est le coefficient de l'amplification ou gain; rapport entre les niveaux des signaux de sortie et d'entrée.

Source d’énergie

Puissance

Améliorer le gain

Vi Vo

Généralités sur l’électronique de

puissance

Les différents réseaux électriques industriels alimentent de nombreux actionneurs. Cette énergie apparaît sous deux formes :

• alternative (tensions ou courants sinusoïdaux à valeur moyenne nulle )
• continue. Suivant le type d’actionneur, il est nécessaire d’adapter la forme de l’énergie fournie par le réseau.

Source continue

Récepteur continue

Source Alternative

Récepteur Alternatif

Hacheur

Action sur la valeur efficace

Action sur la valeur moyenne

Redresseur Onduleur

Nécessité de la conversion d’énergie

Généralités sur l’électronique de

puissance

Mode de conversion alternatif- continu (AC-DC)

Redresseurs à diodes

Ils imposent une tension de sortie fixe.

Ui

fi Uo

~

Uo

Um

Io

Généralités sur l’électronique de

puissance

Mode de conversion alternatif- continu (AC-DC)

Redresseurs Mixtes

Ils permettent de varier la tension de sortie de 0 à Um.

Ui

fi Uo

~

Uo

Um

Io

Ils sont composés de diodes et thyristors

Généralités sur l’électronique de

puissance

Mode de conversion alternatif- continu (AC-DC)

Onduleurs non autonomes :

Ils permettent de varier la tension de sortie de Um - à Um.

Ui

fi Uo

~

ces montages sont composés uniquement de thyristors et pour pouvoir fonctionner en onduleur, il faut que la tension de sortie soit négative et la charge soit capable de fournir de l'énergie et en mesure d'absorber le courant de sortie positif. Uo

Um

Io

• Um

Généralités sur l’électronique de

puissance

Mode de conversion continu- alternatif: Onduleur autonome.

Ces montages permettent de produire une tension de sortie dont la forme d'onde et la fréquence sont tout à fait indépendante du réseau.

Mode de conversion alternatif- alternatif.

On distingue deux types de conversion:

• Gradateur: ces montages permettent la variation de la valeur efficace de la tension de sortie dont la fréquence est celle du réseau.
• Cycloconvertisseur : ces montages permettent d'avoir une tension de sortie dont la forme d'onde et la fréquence sont différends des celles du réseau.

Chapitre 2

Composants actifs

Composants actifs

• Diode -

C’est un composant unidirectionnel qui n’est pas commandable, ni à la fermeture, ni à l’ouverture.

Elle n’est pas réversible en tension et ne supporte qu’une tension anode- cathode négative ( VAK < 0) à l’état bloqué.

Elle n’est pas réversible en courant et ne supporte qu’un courant dans le sens anode-cathode positif à l’état passant ( IAK > 0).

La diode permet de réaliser des montages redresseurs en monophasé ou en triphasé. La tension continue obtenue en sortie du redresseur possède une valeur moyenne constante.

En électronique de puissance, on emploie que le modèle le plus simple de la diode, celle-ci est un interrupteur qui se ferme si VAK > 0 et qui est ouvert sinon.

Composants actifs

• Diode -

Critères de choix d’une diode

Avant tout dimensionnement en vue de choisir les composants, l’étude du fonctionnement de la structure de conversion d’énergie permet de tracer les chronogrammes de VAK et IFav.

Ce sont les valeurs extrêmes de ces grandeurs qui sont prises en considération :

— la tension inverse de VAK à l’état bloqué ;

— la valeur moyenne de I (^) FAV à l’état passant ;

— éventuellement le courant maximum répétitif (sans durée prolongée) IFSM.

Par sécurité, on applique une marge de sécurité pour le dimensionnement de ces grandeurs, de 1,2 à 2.

C’est avec ces valeurs que le choix du composant est réalisé.

Composants actifs -

Diode

Composants actifs

• Diode -

Caractéristiques dynamiques d’une diode

Dans la majorité des applications, les diodes sont utilisées en redressement ou en commutation ; Elles sont alternativement rendues conductrices ou bloquées. Il est donc important de connaître le comportement d’une diode lors de l’établissement du courant et du blocage.

Commutation à l’établissement