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Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Synthèse des convertisseurs statiques Sébastien GERGADIER Lycée.

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1 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Synthèse des convertisseurs statiques Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu

2 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 pertes CVS Pe Ps Composants jouant le rôle dinterrupteurs électroniques Objectifs de la synthèse des convertisseurs statiques dénergie : - Déterminer la structure du convertisseur statique - Déterminer les caractéristiques des interrupteurs. Objectifs de la synthèse

3 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 NATURE DES SOURCES : - Sources de tension ou courant continu; - Sources de tension ou courant alternatif. REVERSIBILITE DES SOURCES : - Une source est dite réversible si la puissance fournie peut être positive ou négative. CVS NATURE DES SOURCES Exemple de réversibilité dune source : Batterie daccumulateur : générateur en décharge et récepteur en charge Machine à courant continu : récepteur en fonctionnement normal et générateur en mode freinage. Source dentrée Source de sortie

4 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Nature des sources REVERSIBILITE DES CONVERTISSEURS STATIQUES : - Un convertisseur statique est dit réversible si le transfert de puissance peut se réaliser dans les 2 sens. CVS Source dentrée Source de sortie Sens de transfert de puissance

5 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Structures des convertisseurs La structure des convertisseurs dépend de : - La nature des sources dentrée et de sortie (tension ou courant); - Le type de sources dentrée et de sortie (polyphasé). On parle alors de : - convertisseurs statiques directs; Tension Courant ou Courant Tension - convertisseurs statiques indirects Tension Tension ou Courant Courant

6 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseurs directs Convertisseur statique DIRECT Tension / Courant : Possibilité dinterconnexion de ces sources : Structure du convertisseur direct tension courant : K1=K4=1 K2=K3=1 K1=K3=1 ou K2=K4=1 P=Ve.Is P= -Ve.Is P=0

7 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseurs directs Convertisseur statique DIRECT Courant / Tension : Possibilité dinterconnexion de ces sources : Structure du convertisseur direct Courant Tension : K1=K4=1 K2=K3=1 K1=K2=1 ou K3=K4=1 P=Ve.Is P= -Ve.Is P=0

8 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseurs statiques INDIRECT Convertisseurs indirects 3 solutions envisageables : - En modifiant la nature des sources et utilisant des convertisseurs statiques DIRECT; - Par utilisation dun étage tampon; - En utilisant des convertisseurs statiques INDIRECT. Pour la première solution, il faut utiliser un composant supplémentaire qui ne dissipe pas de puissance active. Soit donc, des inductances ou des condensateurs. Leur rôle est de modifier la nature des sources dentrée ou de sortie. Il est donc possible dutiliser les structures des convertisseurs statiques DIRECT.

9 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 SOURCE DE TENSION VS SOURCE DE COURANT Convertisseurs indirects v E i L u L =L.di/dt=E-v di/dt=(E-v)/L Si L grand alors : di/dt=0 soit i = constante i v I C iCiC i C =C.dv/dt=I-i dv/dt=(I-i)/C Si C grand alors : dv/dt=0 soit v= constante

10 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseur statique INDIRECT par modification de la nature des sources Convertisseurs indirects Structure du CVS indirect Tension / Tension Structure du CVS indirect Courant / Courant

11 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseurs indirects Pour la seconde solution, il faut aussi utiliser un composant supplémentaire qui ne dissipe pas de puissance active. Leur rôle est de créer un étage tampon. On utilisera alors 2 convertisseurs statiques DIRECT. TRES PEU UTILISE, EN RAISON DU RENDEMENT FAIBLE, ET DU NOMBRE DE COMPOSANTS.

12 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseur statique INDIRECT Convertisseurs indirects Pour la troisième solution, il faut aussi utiliser un composant supplémentaire qui ne dissipe pas de puissance active. Leur rôle est de créer un étage daccumulation dénergie. On stockera de lénergie électrique dans une inductance ou dans un condensateur. Après une phase de stockage de lénergie électrique dans linductance ou le condensateur, cette énergie sera fournie à la source de sortie. Convertisseur statique INDIRECT TENSION / TENSION : - Stockage dans une INDUCTANCE Convertisseur statique INDIRECT COURANT / COURANT : - Stockage dans un CONDENSATEUR

13 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseur statique INDIRECT Tension / Tension Convertisseurs indirects Possibilité dinterconnexion de ces sources : Structure des CVS INDIRECT Tension / Tension : K5=1 K1=K2=K3=K4=0 K5=0 K1=K4=1 K5=0 K2=K3=1

14 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Convertisseur statique INDIRECT Courant / Courant Convertisseurs indirects Possibilité dinterconnexion de ces sources : Structure des CVS INDIRECT Courant / Courant : K1=K2=K3=1 K4=K5=0 K5=K1=K4=1 K2=K3=0 K5=K2=K3=1 K1=K4=0

15 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Etude des interrupteurs iKiK vKvK fermé vKvK iKiK ouvert vKvK iKiK 0 iKiK vKvK Modèle et convention dun interrupteur idéal Caractéristiques statiques I K (V K ) On distingue les interrupteurs en fonction de leur caractéristique statique I K (V K ) : - 2 segments; - 3 segments; - 4 segments.

16 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Etude des interrupteurs Caractéristiques statiques I K (V K ) à 2 segments : Uni directionnalité en tension et en courant. iKiK vKvK iKiK vKvK iKiK vKvK iKiK vKvK Transistor IGBT Diodes

17 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Etude des interrupteurs Caractéristiques statiques I K (V K ) à 3 segments : Bidirectionnel en tension : iKiK vKvK iKiK vKvK iKiK vKvK Thyristor Bidirectionnalité en tension. Unidirectionnalité en courant.

18 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Etude des interrupteurs Caractéristiques statiques I K (V K ) à 3 segments : Bidirectionnel en courant : iKiK vKvK iKiK vKvK iKiK vKvK Transistor MOS Bidirectionnalité en courant. Unidirectionnalité en tension.

19 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Etude des interrupteurs Caractéristiques statiques I K (V K ) à 4 segments : Bidirectionnalité en courant et en tension. iKiK vKvK

20 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Mode de commutations vKvK iKiK 0 Caractéristiques dynamiques - Passage de létat ouvert à létat fermé amorçage - Passage de létat fermé à létat ouvert blocage Énergie pendant la commutation : W>0 Commutation commandée W<0 W>0 W=0 Commutation naturelle

21 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Interrupteurs existants vKvK iKiK 0 vKvK iKiK 0 vKvK iKiK 0 iKiK vKvK DIODE iKiK vKvK THYRISTOR iKiK vKvK IGBT iKiK vKvK MOS vKvK iKiK 0 Plus au programme

22 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Hacheur série Vélo à assistance au pédalage CVS batterieMCC E v>0 i>0 v K1 i K1 0 v K2 i K2 0 DIODE E K1K2K1K2 v I Structure Choix des interrupteurs Commande des interrupteurs K1K2 T T IGBT

23 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Onduleur Barrière CVS Tension redressée filtrée MAS Commande des interrupteurs K5K6 K5 K4 K3 2 /3 K1 K2 2 Choix des interrupteurs vKvK iKiK 0 IGBT + DIODE K1K2K1K2 K3K4K3K4 K5K6K5K6 E i 0 < > Structure Courant alternatif

24 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 METHODE DE SYNTHESE Etape 1 : Identifier la nature des sources dentrée et de sortie. En déduire la structure de base du convertisseur statique. Etape 2 : Déduire du cahier des charges les réversibilités en tension et en courant des sources dentrée et de sortie. Etape 3 : Identifier sur la structure de base, les séquences de fonctionnement nécessaires, compte tenu des réversibilités souhaitées et des contrôles dénergie souhaitée. Effectuer les simplifications si nécessaire. En déduire le montage de base du convertisseur statique. Etape 4 : Pour les différentes séquences déterminées à létape 3, observer le sens du courant dans les interrupteurs passants, et le signe de la tension à leurs bornes lorsque ceux-ci sont bloqués. En déduire la caractéristique i K =f(v K ) de chaque interrupteur. Etape 5 : Déduire dune étude approfondie du cahier des charges, lenchaînement des séquences déterminées à létape 3 afin dobtenir les formes dondes des signaux de sortie désirées. En déduire le type de commutation dynamique. (commandée ou spontanée) Etape 6 : Connaissant les caractéristiques statiques et dynamiques des interrupteurs, on peut déterminer les types dinterrupteurs à utiliser.

25 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 EXEMPLE DE SYNTHESE CAHIER DES CHARGES : On désire alimenter à partir dune batterie daccumulateurs, une machine à courant continu fonctionnant en moteur sans aucune réversibilité. Ce moteur devra être alimenté sous tension variable, afin de faire varier sa vitesse, pour cela, on utilisera un convertisseur statique. Dans le but de faire varier la vitesse de rotation du moteur à courant continu, la valeur moyenne de la tension de sortie devra être variable de 0 à E. U moteur temps E αTαT T

26 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 EXEMPLE DE SYNTHESE Étape 3 : Structure de base du CVS E K1K2K1K2 K3K4K3K4 Convertisseur statique direct tension / courant Étape 2 : Réversibilité des sources dentrée – sortie Lentrée est une source de tension réversible en courant (I positif=décharge; I négatif=recharge) et la sortie est une source de courant réversible en courant et en tension. Cependant, aucune réversibilité nest nécessaire daprès le cahier des charges. Étape 1 : Caractérisation des sources dentrée – sortie Lentrée est une source de tension continue (résistance interne négligée), et la sortie est une source de courant continue(présence dune inductance (bobinage)).

27 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Transfert de puissancePhase de roue libre Modification et simplification de la structure de base du CVS E K1K2K1K2 K4K4 Combinaisons possibles dinterconnexion des sources EXEMPLE DE SYNTHESE

28 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 EXEMPLE DE SYNTHESE Étape 4 : Détermination des caractéristiques statiques des interrupteurs v K1 i K1 v K2 i K2 v K4 i K4 K1K2K1K2 K4K4 v K1 v K2 v K4 E i K1 i K2 i K4 I E K1K2K1K2 K4K4 v K1 v K2 v K4 i K1 i K2 i K4 I

29 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 EXEMPLE DE SYNTHESE Étape 5 : Détermination des caractéristiques dynamiques des interrupteurs v K1 i K1 v K2 i K2 v K4 i K4 E K1K2K1K2 K4K4 v K1 v K2 v K4 i K1 i K2 i K4 I 1) E K1K2K1K2 K4K4 v K1 v K2 v K4 i K1 i K2 i K4 I 2) Enchaînement 1) 2) 1) 2)..pour moduler le transfert de puissance, et donc la vitesse 1) 2) 1) 2) 1) 2)

30 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 EXEMPLE DE SYNTHESE Étape 6 : Détermination des interrupteurs v K1 i K1 v K2 i K2 v K4 i K4 1) 2) 1) 2) 1) 2) Interrupteur statique à 2 segments Amorçage et blocage commandés Interrupteur statique à 2 segments Amorçage et blocage spontanés (naturels) Interrupteur statique à 1 segments TRANSISTOR IGBT DIODES EN INVERSE FIL i K1 v K1 i K2 v K2

31 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 EXEMPLE DE SYNTHESE Structure du convertisseur statique nécessaire

32 Synthèse des convertisseurs statiques dénergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 CLASSIFICATION DES INTERRUPTEURS


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