A- LOGIQUE COMBINATOIRE

Université d’El Oued
Cour Electronique Industriel
Chapitre 1
3 LMD-EM
Introduction
I- Présentation
Les systèmes utilisés en électrotechnique (machines tournantes, éclairage, chauffage, climatisation, …) permettent
de transformer la nature de l’énergie électrique et de convertir cette énergie en une autre forme d’énergie
(mécanique, thermique, chimique, …).
Ces systèmes ne peuvent pas toujours être reliés directement à une source électrique. Il faut alors avoir recours à un
dispositif, jouant le rôle d’interface, permettant d’adapter (de transformer) les caractéristiques de la source afin
d’assurer le bon fonctionnement (et d’introduire des moyens de réglage de transfert d’énergie). Ce dispositif est un
convertisseur électrique.
Source électrique
Convertisseur
électrique
Charge
Lorsque l’interface est réalisée par des moyens purement électroniques (semi-conducteurs), elle est alors appelée
convertisseur statique. Ces convertisseurs statiques peuvent se trouver aussi bien devant une charge consommant
quelques watts, que quelques centaines de mégawatts.
La discipline technologique associée à ces réalisations est appelée Electronique de Puissance. Elle permet :
– Une utilisation plus souple et plus adaptée de l’énergie électrique,
– Une amélioration de la gestion, du transport et de la distribution de l’énergie électrique,
– Une réduction des masses et des volumes, mais aussi du bruit.
Un convertisseur statique est un dispositif, à base de semi-conducteurs, qui transforme l’énergie électrique
disponible, en une forme appropriée pour alimenter une charge.
II- Fonctions de base et terminologie des convertisseurs statiques :
L’énergie électrique est disponible soit sous forme alternative (réseau de distribution électrique, alternateurs, …)
soit sous forme continue (batterie d’accumulateurs, génératrice à courant continu, …). La charge peut nécessiter
une alimentation en alternatif ou en continu. Il existe donc 4 fonctions de base des convertisseurs statiques. Ces
convertisseurs transformant directement l’énergie électrique, sont appelés mono-étages.
A- Réversibilité des convertisseurs statiques :
Un convertisseur statique est dit réversible lorsque l’énergie, peut transiter (en général, être contrôlée) de manière
bidirectionnelle, c’est à dire aussi bien dans un sens que dans l’autre. Un convertisseur non-réversible transfère
l’énergie d’une source vers une charge utilisatrice.
B- Conversion Alternatif – Continu (AC/DC) :
Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source alternative et une charge alimentée en continu, est
appelé : Redresseur (Rectifier).
La tension (ou le courant) de sortie peut être, ou non, réglable par
rapport à la grandeur d’entrée (tension ou courant). Lorsqu’il n’est
composé que de diodes ou de diodes et de thyristors, il est non
réversible. Les redresseurs réversibles ne sont composés que de
thyristors.
• Montage redresseur
- non commandé (à diodes)
- commandé (à thyristors)
• Applications
- alimentation continue (pour circuits électroniques)
- alimentation pour moteur à courant continu
- chargeur de batteries ...
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C- Conversion Continu – Continu (DC/DC) :
Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une charge alimentée en continu, est appelé
: Hacheur (Chopper).
Le hacheur règle la tension ou le courant appliqué à la charge.
Il peut être réversible ou non suivant sa topologie.
• Montage hacheur
- série (abaisseur de tension)
- parallèle (élévateur de tension)
• Applications
- alimentation à découpage (ordinateur, mobile …)
- alimentation pour moteur à courant continu
D- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC) :
Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une charge alimentée en alternatif,
est appelé : Onduleur (Inverter).
Suivant le type de charge, ce convertisseur est appelé onduleur
autonome ou assisté. Dans le dernier cas, le convertisseur est
composé de thyristors, sa structure est la même que le
redresseur réversible (AC-DC / DC-AC). Ces convertisseurs
sont toujours réversibles.
• Applications
- alimentation de secours (+ groupe électrogène)
- variateur de vitesse pour moteur asynchrone ...
Remarque :
Ne pas confondre le terme onduleur (convertisseur DC / AC) avec le dispositif de sauvegarde informatique. Ce
dernier est appelé ASI pour Alimentation Statique Ininterruptible (UPS : Uninterruptible Power Supply).
E- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC) :
La conversion de l’énergie électrique délivrée sous forme alternative pour alimenter une charge en alternatif peut se
faire avec ou sans changement de fréquence. Dans le premier cas, le terme employé est celui de cycloconvertisseur,
dans le second, celui de gradateur.
 Le schéma d’un cycloconvertisseur triphasé-triphasé comprend 36 thyristors. Il n’est utilisé que pour
des puissances très importantes (> 1 MVA). L’une de ses applications est l’alimentation de machines
synchrones fonctionnant à faible vitesse et devant fournir un couple important dans les applications de
propulsion marine (très grande puissance).

Le gradateur est un convertisseur de structure extrêmement simple. Il est principalement utilisé en éclairage et pour
l’alimentation des moteurs électriques utilisés dans le domaine de l’électroménager (moteur universel).
• Applications
- variateur de lampe halogène
- variateur de vitesse pour moteur universel ...
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III- Associations de fonctions de base – Cascade de convertisseurs :
La transformation de l’énergie électrique peut aussi se faire par une association en cascade de plusieurs
convertisseurs monoétages. L’inconvénient est la présence de pertes dans chaque convertisseur (diminution du
rendement par rapport aux structures précédentes), mais ces structures peuvent apporter plusieurs avantages. Nous
décrivons dans les paragraphes suivants deux cas typiques.
A- Alimentation à découpage (ordinateur, TV, …) :
A partir du réseau de distribution, l’alimentation doit assurer, pour une puissance de l’ordre de quelques centaine de
watts, les fonctions suivantes : redresser, abaisser, isoler, délivrer plusieurs sorties, filtrer, réguler les tensions de
sortie. La fonction isoler impose l’utilisation d’un transformateur. Ce transformateur permet d’assurer aussi la
fonction "abaisser" et fournit aisément plusieurs sorties.
La solution ancienne (Figure 11), toujours utilisée pour quelques watts, utilise un transformateur 50 Hz. Chaque
secondaire est suivi d’un redresseur et, éventuellement, d’un régulateur linéaire. La réalisation est alors lourde et
d’un rendement peu élevé.
Pour diminuer la taille du transformateur, il faut réussir à l’alimenter à des fréquences plus hautes. Il est alors
nécessaire d’utiliser la cascade redresseur-onduleur-redresseur. La régulation se fait simplement par contrôle de
l’onduleur qui fonctionne en découpage et donc, avec un bon rendement. Il est même possible de réaliser une
absorption de courant sinusoïdale sur le réseau (facteur de puissance tendant vers 1), propriété impossible à obtenir
avec une structure sans électronique de puissance.
B- Variateur de vitesse pour machine asynchrone :
Pour pouvoir faire varier la vitesse d’une machine asynchrone, il faut réaliser un système qui puisse l’alimenter
sous tension et fréquence variables. A partir du réseau de distribution électrique à fréquence et tension fixes, une
solution est d’utiliser une cascade redresseur-onduleur. Les signaux de commande des interrupteurs de l’onduleur,
sont générés en utilisant la technique de la modulation de largeur d’impulsions (MLI -PWM-), pour permettre de
contrôler la tension et la fréquence de sortie.
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Chapitre 2 Les semi conducteurs de puissance
LES REDRESSEURS MONOPHASES
I- Introduction :
Les redresseurs sont conçus pour fournir une tension continue fixe ou variable. Nous étudierons les
redresseurs monophasés non commandés et commandés, constitués respectivement de diodes et de
thyristors.
II- Redresseurs non commandés :
A- Redresseurs Double Alternance (Pont de diodes) :
Le schéma de la Figure ci-dessous représente un redresseur à diodes appelé aussi Pont de Graëtz ou PD2.
Fonctionnement :
Les diodes deviennent passantes quand la tension à leurs
bornes devient positive (VA–VK>0 V).
Les diodes se bloquent lorsque le courant les traversant
s’annule ou est dévié dans une autre branche du circuit.
La charge ne comportant pas de source de tension, D1 et D4
sont passantes quand v(t) > 0 V
La charge n’étant constituée que d’une résistance, le courant
iCh(t) a la même allure que la tension vCh(t), c’est à dire
qu’à la fin de l’alternance positive, iCh(t=T/2) = 0A. A cet
instant, les diodes D1 et D4 se bloquent.
Lors de l’alternance négative de v(t), les diodes D2 et D3
sont passantes.
1- Alternance positive :
Durant cette alternance les diodes sont dans les positions: • D1: "ON", • D4: "ON", • D2: "OFF", • D3:"OFF".
– Si nous considérons que le signal d'entrée s'écrit sous la forme : v(t )  2.Veff . sin(t ) , la maille
active du circuit est composée de : la source v(t), des diodes D1 et D4, et de la charge R,
v(t )  v D1 (t )  vch (t )  v D 4 (t ) .
– Si nous considérons les diodes D1 et D4 parfaites (vD1=vD4 ≈0V), nous retrouvons sur la charge la
totalité du signal d'entrée vch(t) = v(t) .
–
le courant qui circule dans la charge: iCh (t ) 
v Ch (t ) v(t )

 i D1 (t )  i(t ) .
R
R
2- Alternance négative :
Durant cette alternance les diodes sont dans les positions : • D1 "OFF", • D4 "OFF", • D2 "ON", • D3 "ON".
– la maille active du circuit est composée de : la source v(t), des diodes D2 et D3, et de la charge R,
v(t )  (v D2 (t )  vch (t )  v D3 (t )) .
– Si nous considérons les diodes D2 et D3 parfaites (vD2=vD3 ≈0V), nous retrouvons sur la charge la
totalité du signal d'entrée vch(t) = -v(t) au signe près.
–
le courant qui circule dans la charge : iCh (t ) 
vCh (t ) v(t )

 i D 2 (t )  i(t ) .
R
R
Grandeurs caractéristiques :
Calcul des tensions
Calcul des courants
Puissance absorbée par la charge
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iD1(t)
ich(t)
VD1
Vch(t)
VD1
Vch(t)
D4
D2
Schéma de fonctionnement pour le pont de diodes
III- Redresseurs commandés :
1. Objectif
Le redressement commandé est la conversion d'une tension alternative en une tension continue de valeur
moyenne réglable. L’intérêt du redressement commandé et qu’il permette de faire varier la tension moyenne
en sortie du pont et donc de faire varier par exemple la vitesse de rotation d’un moteur à courant continu.
2. Le thyristor
En électrotechnique, le thyristor est équivalent à un interrupteur
unidirectionnel commandé à la fermeture.
Symbole
Pour amorcer un thyristor
Il faut :
- que la tension vAK soit positive ;
- un courant de gâchette suffisant le
temps que iAK s’établisse.
Aspect
Il comporte 3 broches. Il faut se
référer à un catalogue pour
connaître l’ordre du brochage.
Le thyristor se comporte comme un
interrupteur fermé.
Pour bloquer le thyristor
Il faut annuler le courant iAK.
Le thyristor se comporte comme un
interrupteur ouvert.
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3. Principe : redressement commandé mono-alternance
Oscillogrammes
Montage
Commentaires
Lorsque u devient négatif, le courant i
le devient aussi puisque la charge est
résistive (u = R.i).
Le thyristor se bloque.
L’alternance négative est éliminée
d’où le nom de mono-alternance.
Le thyristor est passant qu’à
partir du moment où l’on
envoie le signal de gâchette
et à la condition que la
tension vAK soit positive.
Pour amorcer le thyristor il faut :
- une tension positive et
- un courant de gâchette.
• l’amorçage s’effectue avec
le retard t0 après chaque
début de période T.
• le signal de gâchette doit
être synchronisé avec celui
de la tension v.
• l’angle
   .t0
s’appelle l’angle de retard à
l’amorçage.
Si l’on envoie un courant de gâchette
alors que la tension est négative, le
thyristor reste bloqué.
4. Pont mixte
Oscillogrammes
Montage
Commentaires
Malgré
une
conduction
ininterrompue, la tension de sortie u
s’annule lorsque v devient négatif.
Cela est dû à la présence des diodes.
Valeur moyenne de u
 u 
Vˆ

(1  cos )
Durant les instants où la tension est
nulle, la charge fonctionne en roue
libre. C’est-à-dire qu’elle n’est pas
reliée à l’alimentation. La bobine
libère son énergie et assure la
continuité du courant.
Phases de roue libre.
Les cathodes des deux thyristors sont au même potentiel. On dit que le montage est à cathodes
communes.
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