Synthèse des convertisseurs statiques

pertes CVS Pe Ps Composants jouant le rôle d’interrupteurs électroniques Objectifs de la synthèse des convertisseurs statiques d’énergie : - Déterminer la structure du convertisseur statique - Déterminer les caractéristiques des interrupteurs. Objectifs de la synthèse

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 par celle-ci peut être positive ou négative. CVS NATURE DES SOURCES Exemple de réversibilité d’une source : Batterie d’accumulateur : générateur en décharge et récepteur en charge Machine à courant continu : récepteur en fonctionnement normal et générateur en mode freinage. Source d’entrée Source de sortie

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 d’entrée Source de sortie Sens de transfert de puissance

Structures des convertisseurs La structure des convertisseurs dépend de : - La nature des sources d’entrée et de sortie (tension ou courant); - Le type de sources d’entrée et de sortie (polyphasé). On parle alors de : - convertisseurs statiques directs; Tension → Courant Courant → Tension - convertisseurs statiques indirects Tension → Tension Courant → Courant

Convertisseurs directs Convertisseur statique DIRECT Tension - Courant : Possibilité d’interconnexion 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

Convertisseurs directs Convertisseur statique DIRECT Tension / Courant : K1=K4=1 K2=K3=1 K1=K3=1 ou K2=K4=1 p(t)=Ve.Is p(t)= -Ve.Is P=0 0t1T p(t) t

Convertisseurs directs Convertisseur statique DIRECT Courant / Tension : Possibilité d’interconnexion 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 ( On ne peut pas ouvrir tous les interrupteurs Kn au même temps )

Convertisseurs statiques INDIRECT Convertisseurs indirects 3 solutions envisageables : - En modifiant la nature des sources et utilisant des convertisseurs statiques DIRECT; - Par utilisation d’un 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 d’entrée ou de sortie. Il est donc possible d’utiliser les structures des convertisseurs statiques DIRECT.

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

Convertisseur statique INDIRECT par modification de la nature des sources Convertisseurs indirects Structure du CVS indirect Tension / Tension Structure du CVS indirect Courant / Courant

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.

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 d’accumulation d’énergie. On stockera de l’énergie électrique dans une inductance ou dans un condensateur. Après une phase de stockage de l’énergie électrique dans l’inductance 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

Convertisseur statique INDIRECT Tension / Tension Convertisseurs indirects Possibilité d’interconnexion 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

Convertisseur statique INDIRECT Courant / Courant Convertisseurs indirects Possibilité d’interconnexion 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

Etude des interrupteurs iKiK vKvK fermé vKvK iKiK ouvert vKvK iKiK 0 iKiK vKvK Modèle et convention d’un 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.

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

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.

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.

Etude des interrupteurs Caractéristiques statiques I K (V K ) à 4 segments : Bidirectionnalité en courant et en tension. iKiK vKvK

Mode de commutations vKvK iKiK 0 Caractéristiques dynamiques - Passage de l’état ouvert à l’état fermé  amorçage - Passage de l’état fermé à l’état ouvert  blocage Énergie dissipée pendant la commutation : W>0  Commutation commandée W<0 W>0 W=0  Commutation naturelle L’énergie dissipée pendant une commutation ne peut être que positive.

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

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 Choix des interrupteurs Commande des interrupteurs K1K2 TT T IGBT E K1K2K1K2 v I Structure i K1 i K2 v K1 v K2

Onduleur Barrière CVS Tension redressée filtrée MAS Commande des interrupteurs K1K2K1K2 K3K4K3K4 K5K6K5K6 E i 0 < > Structure Courant alternatif Il faut jouer le jeu et trouver la nature des interrupteurs k1 k2 k3 k4 k5 k6