MCC & Convertisseurs Statiques

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1 MCC & Convertisseurs Statiques

2 MCC & Convertisseurs Statiques
 1 : Mécanique et moteur à courant continu  2 : Amplificateur de puissance  Vmoteur  Imoteur  Vmoteur fonction de W  - IMAX < Imoteur < + IMAX Batterie Hacheur Moteur Mobile Pélec1 Pélec2 Pméca Manette de contrôle

3 MCC & Convertisseurs Statiques
 Obj1 : Connaître les 4 équations du moteur à courant continu  Obj2 : Définir, représenter et modéliser sous forme mathématique un signal temporel de type signal carré à rapport cyclique variable  Obj3 : Etre capable de détecter des associations de sources "possibles" ou "impossibles"  Obj4 : Calculer la valeur moyenne de signaux périodiques simples  Obj5 : Tracer la caractéristique courant/tension utile d’un interrupteur  Obj6 : Tracer avec méthode les formes d'onde des courants et tensions dans un circuit comprenant des interrupteurs idéaux

4 les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Les deux types de sources et leurs règles d’interconnexion  Sources réelles  Les interrupteurs et leurs caractéristiques

5 1 – L’électronique de puissance : ?
 Spécificité : Électricité  vecteur d’énergie pertes (Eélectrique)2  V2  I2 (Eélectrique)1  V1  I1 Moduler l’énergie (adaptation d’impédance) cde(t)  Technologie et ordres de grandeurs :  électronique de puissance:  Composants passifs : non dissipatifs (C & L)  interrupteurs : seuls composants commandés tolérés  puissance:  de quelques mW  à quelques dizaines de GW Alimentation des Cartes électro Liaison électrique IFA 2000 entre France et Grande Bretagne Importance du rendement : Pertes de 1% sur 1GW = 10MW  ça va chauffer !

6 1- Elect. de Puiss: Comment éviter les pertes ?
U1(t) U2(t) Source Charge I1(t) I2(t) = u.i = ? u(t) i(t) Interrupteur ouvert u(t) i(t) = 0 Interrupteur fermé u(t) = 0 i(t) Pertes = u.i = 0   Il faut remplacer  l’amplification linéaire (cf A. Op. de TA2)  par des systèmes commutés: interrupteurs commandés

7 TA4 : les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Les deux types de sources et leurs règles d’interconnexion  Sources réelles  Les interrupteurs et leurs caractéristiques

8 2 – Comment faire varier la tension de la charge avec des interrupteurs ?
i(t) VE uR(t) R uR(t) VE t0 t1 t Dt1

9 2 – Comment faire varier la tension de la charge avec des interrupteurs ?
i(t) =  uR(t) = 0 VE uR(t) R uR(t) VE t0 t1 t2 t Dt1 Dt2 T = DT1 + DT2

10 2 – Comment faire varier la tension de la charge avec des interrupteurs ?
i(t) VE uR(t) R uR(t) VE VE t0 t1 t2 t3 t T

11 2 – Comment faire varier la tension de la charge avec des interrupteurs ?
Rapport cyclique: VE uR(t) R uR(t) VE VE Dt1 Dt1 t T T

12 les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Les deux types de sources et leurs règles d’interconnexion  Sources réelles  Les interrupteurs et leurs caractéristiques

13 3 – Principe du hacheur pour la MCC
! Attention: le montage dépend de la charge.  Fonctionne pour alimenter une led T t aT Cde uCh(t) Batterie  Ne fonctionne pas pour alimenter un microprocesseur ou un A. Op. t uR(t) VE T Dt1  Pour cela, il faudrait obtenir uniquement <UCh(t)> = a.E ? Un condensateur est-il une bonne idée ?

14 3 – Principe du hacheur pour la MCC
Interposer un condensateur en parallèle à la charge est-il une bonne idée ? VE uCh(t) i = 0 Cde = 0 Ch. Uch(t)  a.VE Avec un condensateur Uch(t)  a.VE Avec un condensateur VE uCh(t) i Cde = 1 Ch =  i v VE a.VE Pas d’intersection   Non, car, si la charge est une source de tension idéale le montage précédent ne permet pas son alimentation…

15 3 – Principe du hacheur pour la MCC
Interposer une inductance en série, pour transformer la source de tension en source de courant, est-il une bonne idée ? Uch(t)  a.E Avec un condensateur VE uCh(t) iL Cde = 1 Ch C iCh L uL(t) = LdiL/dt uL(t) = E(1-a) iL(t)  ich(t) Avec une inductance Uch(t)  a.E Avec un condensateur VE uCh(t) iL Cde = 10 Ch C iCh iL(t)  ich(t) Avec une inductance L uL(t) = LdiL/dt =  uL(t) i v E iL Pas d’intersection   Non, car, si la charge est une source de courant idéale le montage précédent ne permet pas son alimentation…

16 3 – Principe du hacheur pour la MCC
Conserver la source de courant (grâce à l’inductance en série), mais prévoir un chemin pour le courant lorsque l’interrupteur est ouvert ? VE uCh(t) iL (Cde)1 = 1 Ch C iCh L uL(t) = LdiL/dt uL(t) = E(1-a) (Cde)2 = 0 i v VE iL Intersection acceptable  VE uCh(t) iL (Cde)1 = 0 Ch C iCh L uL(t) = LdiL/dt uL(t) = E(0-a) (Cde)2 = 1 i v iL 2 intersections acceptables  VE -a.VE  Oui, possible avec des interrupteurs complémentaires.

17  3 – Principe du hacheur pour la MCC  Rappel :
Vmoteur Imoteur MCC W Imoteur L R W  RI Vmoteur LdI/dt kW E L’inductance en série dans le schéma équivalent du moteur indique que son courant ne peut pas varier instantanément. Le moteur est donc une source de courant. (Cde)1 Imoteur W MCC VE Vmoteur (Cde)2

18 3 – Principe du hacheur pour la MCC
 Forme d’onde de la tension aux bornes du moteur :  Cde1 = 1 & Cde2 = 0. VE (Cde)1 = 1 Vmoteur = VE Imoteur MCC W (Cde)2 = 0 Pendant a.T (Cde)1 (Cde)2 Imoteur MCC W  Cde1 = 1 & Cde2 = 0. VE Vmoteur = 0 Pendant (1-a).T  <Vmoteur> = a.VE

19 TA4 : les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Les deux types de sources et leurs règles d’interconnexion  Sources réelles  Les interrupteurs et leurs caractéristiques

20 4 – Réalisation d’un hacheur pour la MCC
kW Vmoteur R Imoteur RI E LdI/dt L W (Cde)1 (Cde)2 VE Les deux interrupteurs doivent être parfaitement complémentaires ! La seule solution est d’adopter la stratégie maître-esclave. Un interrupteur doit être à commutation commandée, l’autre à commutation spontanée. Choix du couple transistor – diode. Cde t Vmoteur a.T T imoteur Vmoteur(t) VE MCC Cde K D

21 3 – Réalisation d’un hacheur pour la MCC
Choix des deux paramètres de commande des interrupteurs. !  T : suffisamment faible pour que le moteur soit une source de courant  a : varie de 0 à 1 pour assurer le réglage en vitesse Choix de T:  Pour que ce dipôle se comporte comme une source de courant, il faut que |diL| soit petit devant son courant moyen IL. L vL(t) iL(t) Cde t Vmoteur(t) a.T T vL(t) VE  Pour la commande à 1 du transistor   (1-a)VE (0-a)VE + _ 

22 3 – Réalisation d’un hacheur pour la MCC
Choix des deux paramètres de commande des interrupteurs. !  T : suffisamment grande pour que le moteur soit une source de courant  a : varie de 0 à 1 pour assurer le réglage en vitesse Choix de a: kW Vmoteur R Imoteur RI E  En statique, on a: (Vmot – kW) (Imot) = R  Vmot  kW Cde(t) t Vmoteur(t) a.T T VE  Pour une vitesse W faible Cde t Vmoteur(t) a.T T VE  Pour une vitesse W élevée

23 TA4 : les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Les interrupteurs et leurs caractéristiques

24 TA4 : les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Sources réelles  Les interrupteurs et leurs caractéristiques OB _ V2009

25 6 – Les sources réelles i(t) v(t) L
Pour que ce dipôle chargé d’énergie se comporte comme une source de courant, il faut que |di| soit petit, c’est-à-dire L >> v.T v(t) i(t) C Pour que ce dipôle chargé d’énergie se comporte comme une source de tension, il faut que |dv| soit petit, c’est-à-dire C >> i.T

26 TA4 : les convertisseurs statiques
 L’électronique de puissance : qu’est-ce-à-dire ?  Comment faire varier la tension avec des interrupteurs ?  Constitution de principe d’un « hacheur » pour la M.C.C.  Réalisation du « hacheur » pour la M.C.C.  Les deux types de sources et leurs règles d’interconnexion  Sources réelles  Les interrupteurs et leurs caractéristiques  Les interrupteurs et leurs caractéristiques

27 7 – Les interrupteurs réels
 Interrupteur commandé : le transistor « idéal »  Interrupteur non commandé : la diode idéale

28 7 – Les interrupteurs réels
Un transistor MOS possède, par construction, une diode en anti-parallèle (c’est la petit flèche du schéma). On la représente souvent sur le schéma du transistor, pour signifier cela. La caractéristique du transistor réel est donc celle-ci :