Chapitre B.3 Introduction aux convertisseurs statiques CONVERTISSEUR STATIQUE Principe général de l’électronique de puissance L’énergie électrique est surtout distribuée sous forme de tensions alternatives sinusoïdales. L’électronique de puissance permet de modifier la présentation de l’énergie électrique pour l’adapter aux différents besoins. L’électronique de puissance utilise des convertisseurs statiques. Ces derniers utilisent des interrupteurs électroniques. Exemples: conversion AC --> DC : redresseur, conversion DC --> AC : onduleur, conversion DC --> DC : hacheur. 1°) Les interrupteurs : caractéristiques et limites 1.1) La fonction interrupteur C’est un récepteur ( convention récepteur ). i u Caractéristique: i sens direct u sens indirect zone interdite : fonctionnement en générateur Interrupteur à l’état passant ( fermé ) : u = 0 V, i 0 A; Interrupteur à l’état bloqué ( ouvert ) : u 0 V, i = 0 A. Pour passer de l’état fermé à celui ouvert et vis versa, il y a commutation. Si la commutation a lieu dans un seul quadrant: la commutation est dite commandée ou forcée, le point de fonctionnement de l’interrupteur reste dans ce quadrant. Si la commutation se fait entre les deux quadrants récepteurs, le point de fonctionnement passe par le point u = 0 V, i = 0 A; la commutation est dite spontanée. 1.2) Exemples d’interrupteur 1.2.1) La diode id I FM id ud Bernaud J VRM ud 1/4 Chapitre B.3 Introduction aux convertisseurs statiques Etat passant (fermeture) Etat bloqué (ouverture) id id ud ud id > 0 et ud = 0 id = 0 et ud > 0 Ouverture et fermeture spontanée lors du changement de quadrant (passage par zéro); la diode idéalisée fonctionne comme un interrupteur électronique non commandé unidirectionnel en courant. Remarque: la mise en conduction et le blocage d’une diode ne dépendent pas uniquement de la source de tension mais aussi de la nature de la charge (inductive .....). 1.2.2) Le thyristor it I FM ig Commande à la fermeture it ut Vb0 VRM ut Etat passant Etat bloqué it > IH (courant de maintien) ut < 0 ut = 0 ou ut < Vb0 avec ig = 0 Il y a commande à la fermeture ( à l’amorçage ), et ouverture spontanée ( passage par zéro du courant avec changement de quadrant ). Le thyristor parfait est un interrupteur électronique commandé à l’amorçage (fermeture) unidirectionnel en courant. 1.2.3) Le transistor ic ib vce vbe Etat bloqué ( ouverture ) ib = 0 ic ic Icsat Commande de fermeture et d’ouverture Vcc vce Etat passant ou saturé ( fermeture ) ib > ibsat ic = Icsat vce vce Le transistor parfait est un interrupteur électronique unidirectionnel en courant commandé à l’ouverture (blocage) et à la fermeture (saturation). Bernaud J 2/4 Chapitre B.3 Introduction aux convertisseurs statiques 2°) Les sources, les charges et leurs associations Un convertisseur met en relation une source d’énergie avec une charge. On qualifie ces différents éléments par leur comportement vis à vis des contraintes imposées par les commutations. 2.1) Sources de tension et de courant Source et élément de courant : Le courant ne peut pas varier brutalement, par contre des discontinuités de tension à leurs bornes sont possibles. Un élément de courant peut être court-circuité, mais ne doit pas être ouvert lorsque le courant n’est pas nul (sinon cela provoque une surtension). Exemples: i i v Source de courant permanente i ne dépend pas des autres éléments du montage Elément de courant instantané i peut varier en fonction des autres éléments du montage Source et élément de tension : La tension ne peut pas varier brutalement, par contre des discontinuités de courant sont possibles. Un élément de tension peut être ouvert, mais ne doit pas être court-circuité lorsque la tension à ses bornes n’est pas nulle (sinon cela provoque une surintensité). Exemples: v i v Source de tension permanente v ne dépend pas des autres éléments du montage Elément de tension instantané v peut varier en fonction des autres éléments du montage 2.2) Association de différentes sources Sans échange d’énergie: avec u = 0 avec i = 0 i i u Bernaud J u 3/4 Chapitre B.3 Introduction aux convertisseurs statiques Avec échange d’énergie : i ou u u i 2.3) Convertisseur à liaison directe Il se caractérise par l’absence d’éléments de stockage de l’énergie (inductance, condensateur, batterie ...). Le transfert d’énergie entre son entrée et sa sortie ne peut donc se faire que, lorsqu’une liaison directe est établie entre les deux. De manière à ce que cette liaison puisse être établie sans contrainte de courant et de tension, les sources d’entrée et de sortie doivent être de nature différente. Un convertisseur qui permet de réaliser les trois situations précédentes, est constitué de quatre interrupteurs. i1 ik1 ik3 uk1 uk3 u1 i2 uk2 u2 ik2 uk4 ik4 K1 et K2 ne peuvent être fermé en même temps si u1 = 0 V et ils ne peuvent être ouvert en même temps si i2 = 0 A. Il en est de même pour K3 et K4. Il faut K1 = K2 et K4 = K3 . Il n’y a pas d’échange d’énergie, si (K1, K3) sont ouverts et (K2, K4) sont fermés; ou si (K2, K4) ouverts et (K1, K3) fermés. Il y a échange d’énergie, si (K1, K4) sont ouverts et (K2, K3) sont fermés; ou si (K2, K3) ouverts et (K1, K4) fermés. Les deux sources courant et tension doivent être traversées par des courants et avoir des tensions à leurs bornes compatibles avec leurs caractéristiques et leur réversibilité ( accepte ou non un courant ou une tension négatif ou positif ). Bilan de puissance : Le convertisseur étant constitué d’interrupteurs considérés comme parfait, il n’y a pas de pertes de puissance dans ce dernier, par conséquent la puissance à l’entrée du convertisseur est égale à la puissance à la sortie du convertisseur. u1 * i1 = u2 * i2 Bernaud J 4/4