ELE355 ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I Préalable(s) : ELE200

École de technologie supérieure
Département de génie électrique
Responsable(s)
du cours :
Kamal Al-Haddad
Crédits :
4
ELE355
ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
Préalable(s) : ELE200
PLAN DE COURS – SESSION AUTOMNE 2013
1.
Coordonnées de l’enseignant
Groupe 01: Bachir Kedjar ([email protected])
Groupe 02: Bachir Kedjar ([email protected])
2.
Descriptif officiel du cours
À la suite de ce cours, l’étudiant sera en mesure de : comprendre le fonctionnement des
sources, redresseurs et onduleurs utilisés pour alimenter les équipements électriques de
types résidentiels et industriels.
Caractéristiques des composants réactifs (condensateurs, inductances) et semi-conducteurs
de puissance (diodes, thyristors, Mosfet, Igbt, Gto). Étude des différents montages
redresseurs à diodes avec et sans isolation galvanique. Redresseurs réversibles et non
réversibles alimentés à partir du réseau monophasé et triphasé. Qualité de l’énergie
électrique. Circuits de protection des redresseurs. Étude des filtres de puissance.
Alimentations à moyenne et à haute fréquences : méthode d’étude et principe de
fonctionnement des alimentations à découpage. Applications industrielles. Hacheurs pour
les alimentations en télécommunication et les onduleurs pour les entraînements industriels
à vitesse variable. Normes de sécurité pour les appareils électroniques de puissance
branchés sur le réseau électrique.
Séances de laboratoire, de simulation et de travaux pratiques orientées vers l’analyse, le
calcul et la réalisation des montages redresseurs, hacheurs et onduleurs de puissance pour
différentes applications industrielles.
3.
Objectifs spécifiques du cours
À la fin du cours, l'étudiant(e) devra être capable de
choisir, de concevoir et d’analyser la topologie de convertisseur qu'il (elle) a choisi pour son
application.
4.
Stratégies pédagogiques utilisées
− Un (1) cours magistral par semaine
− Une (1) heure par semaine de travaux pratiques
− Deux (2) heures par semaine de laboratoire
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
1
Notes :
La présence aux laboratoires est obligatoire.
Les expérimentations doivent obligatoirement se faire lors des séances de
laboratoire; elles ne peuvent en aucun cas être reportées.
Travaux à remettre
− Une série de trois (3) devoirs
− Une série de cinq (5) rapports de laboratoire
− Les rapports sont effectués par groupe de deux (2) étudiant(e)s.
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
2
5.
Contenu du cours
Date
Contenus traités dans le cours
Outils de base pour aider à analyser les circuits électroniques de
puissance
− Introduction
− Quelques définitions
− Quelques rappels sur les circuits électriques
Généralités sur l'électronique de puissance
− Faits saillants dans l'histoire de l'électronique industrielle
− Conversion de l'énergie électrique par convertisseurs
statiques
− Divers types de convertisseurs
− Composants électroniques de puissance constituant les
convertisseurs statiques
− Interrupteurs non contrôlés (diodes)
− Interrupteurs commandés à la fermeture (thyristors)
− Interrupteurs commandés à la fermeture et à l'ouverture
(transistors et GTO)
− Autres composants semi-conducteurs
− Caractéristiques générales d'utilisation
Redresseurs monophasés à diodes
− Grandeurs caractérisant les montages redresseurs
− La diode
− Redresseur simple alternance
− Redresseur double alternance à point milieu
− Redresseur double alternance en pont
Redresseurs monophasés à thyristors
− Le thyristor
− Redresseur à simple alternance commandé
− Redresseur à double alternance à point milieu commandé
− Redresseur double alternance en pont commandé
− Redresseur double alternance en pont mixte
Redresseurs monophasés alimentant une charge avec force
contre-électromotrice
− Charge avec force contre-électromotrice
− Fonctionnement en mode redresseur
− Fonctionnement en mode onduleur non autonome
Redresseurs triphasés
− Redresseurs triphasés à diodes
− Redresseurs triphasés commandés
− Applications industrielles
Phénomène d'empiètement et protection des redresseurs
− Phénomène d'empiètement
− Calcul du radiateur
− Protection des thyristors à l'aide d'un circuit Snubber (R-C)
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
Heures
3 heures
3 heures
3 heures
6 heures
3 heures
6 heures
3 heures
3
Les hacheurs
− Hacheur abaisseur de tension (dévolteur)
− Hacheur élévateur
− Hacheur abaisseur-élévateur
− Calcul d'un filtre de sortie pour un hacheur abaisseur
− Calcul d’un filtre de sortie pour un hacheur élévateur
− Calcul d’un filtre de sortie pour un hacheur abaisseurélévateur
− Hacheurs réversibles
− Alimentation à découpage Flyback
− Application aux entraînements à vitesse variable, moteur à
courant continu, chargeurs de batteries
Onduleurs monophasés et triphasés
− Onduleurs monophasés
− Onduleurs triphasés
− Réglage de la tension et de la puissance
− Applications industrielles, énergie solaire, machine à courant
alternatif
Total
6 heures
6 heures
39
Note : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
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6.
Laboratoires ou travaux pratiques
Date
Description
Simulation des systèmes de puissance
Initialisation à la simulation des composantes électroniques de
puissance. Modélisation des composantes réactives et de
puissance. Utilisation de la simulation numérique pour étudier
les circuits de puissance, initiation au SimPowerSystem
Les redresseurs monophasés à diodes
Étude des structures de base des redresseurs à diodes, montages
à simple et à double alternance, montage à transformateur à
point milieu et en pont. Calcul des valeurs moyennes et efficaces
pour la tension et le courant. Calcul de rendement et
comparaison des différentes structures.
Les redresseurs monophasés à thyristors
Montages à thyristors à simple et à double alternance à
transformateur à point milieu et en pont. Observation de l'effet
de l'angle de retard à l'amorçage sur les formes d'onde. Calcul
des valeurs moyennes et efficaces en fonction de l'angle de
retard à l'amorçage et comparaison des différentes structures.
Le redresseur monophasé à thyristors alimentant une charge
R.L.E.
Montage à thyristors en pont alimentant une charge RLE.
Fonctionnement en mode redresseur et en mode onduleur.
Observation des formes d'ondes pour conduction continue et
discontinue.
Les redresseurs triphasés
Montage en pont triphasé à thyristors et mixte alimentant une
charge active (RLE) : formes d'ondes; empiètement, mesures des
grandeurs moyennes et contraintes; application à l'alimentation
d'une machine à courant continu à vitesse variable.
Les hacheurs
Hacheur à transistors fonctionnant en modulation de largeur
d'impulsion. Alimentation d'un moteur à courant continu.
Hacheur abaisseur, hacheur élévateur de tension.
Travaux pratiques
Une série de six (6) séances de deux (02) heures chacune sera
consacrée à la résolution d’exercices types.
Total
7.
Heures
4
4
4
4
4
4
12
( 36)
Utilisation d’outils d’ingénierie
-
Simulations des convertisseurs statiques de l’électronique de puissance à l’aide des
logiciels Simulink et SimPowerSystems de Matlab.
Caractérisation de la qualité de conversion d’énergie à l’aide d’un analyseur d’énergie
Utilisation des équipements de traitement et de visualisation des signaux de puissance
Session automne 2013
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- Utilisation des différents capteurs de tension et des courants
8. Évaluation
Activité
Intra
Description
%
Deux (2) quiz et trois (3) devoirs
Laboratoires
Examen mi-session – groupe 01
10 %
20 %
35 %
Examen mi-session – groupe 02
35 %
Examen final
35 %
Date de
remise
30
octobre
28
octobre
Note : Les examens sont d'une durée de trois heures avec toute documentation
permise. Les quiz se font sans aucune documentation.
Retard de remise d’un travail
La politique pour la remise des travaux en retard est la suivante : -10 % par jour de retard,
incluant la fin de semaine.
Utilisation d’appareils électroniques
9.
Documentation obligatoire
• Notes de cours
• Cahier de travaux pratiques
• Cahier de laboratoires
10. Ouvrages de référence
MOHAN, Ned, Power Electronics, A First Course, Wiley, 2012
BATARSEH, Issa, Power Electronic Circuits, John Wiley and Sons inc., 2004
ARRILLAGA, Jos, SMITH, Bruce, AC-DC Power System Analysis, The Institution of Electrical
Engineers, 2006
KAZMIERKAWSKI, M., KRISHNAN, R., BLAABJERG, F., Control in Power Electronics, Academic
Press, 2002
VAN DEN BOSSCHE, Alex, CEKOV VALCHEV, Vencislav, Inductors and Transformers for
Power Electronics, CRC Press, 2005
BUHLER, H., Électronique industrielle I : Électronique de puissance, 2e éd., Dunod, 1981
CHAMPENOIS, A., Électronique industrielle, alimentation et thyristors, Éditions du
Renouveau pédagogique, 1984
LANDER, Cyril W., Électronique de puissance, McGraw-Hill, 1989
MOHAN, UNDELAND, ROBBINS, Power Electronics Converters Applications and Design, 2nd
Ed., Wiley, 1995
RASHID, M., Power Electronics, Circuits Devices and Applications, Prentice Hall, Edition 2006
MOHAN, Ned, Electric Power Systems, A First Course, Wiley, 2012
The MathWorks, SimPowerSystems, Édition 2009
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
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ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
ANNEXE I
1. Caractéristiques du cours
• Responsable(s) du cours : Kamal Al-Haddad
• Coordonnées de l’enseignant :
• Groupe 01: Bachir Kedjar ([email protected] )
• Groupe 02: Bachir Kedjar ([email protected])
• Préalables : ELE200
• Crédits : 4
2.
Descriptif officiel du cours
À la suite de ce cours, l’étudiant sera en mesure de : comprendre le fonctionnement des
sources, redresseurs et onduleurs utilisés pour alimenter les équipements électriques de
types résidentiels et industriels.
Caractéristiques des composants réactifs (condensateurs, inductances) et semiconducteurs de puissance (diodes, thyristors, Mosfet, Igbt, Gto). Étude des différents
montages redresseurs à diodes avec et sans isolation galvanique. Redresseurs réversibles et
non réversibles alimentés à partir du réseau monophasé et triphasé. Qualité de l’énergie
électrique. Circuits de protection des redresseurs. Étude des filtres de puissance.
Alimentations à moyenne et à haute fréquences : méthode d’étude et principe de
fonctionnement des alimentations à découpage. Applications industrielles. Hacheurs pour
les alimentations en télécommunication et les onduleurs pour les entraînements industriels
à vitesse variable. Normes de sécurité pour les appareils électroniques de puissance
branchés sur le réseau électrique.
Séances de laboratoire, de simulation et de travaux pratiques orientées vers l’analyse, le
calcul et la réalisation des montages redresseurs, hacheurs et onduleurs de puissance pour
différentes applications industrielles.
3.
4.
Répartition des unités d’agrément du BCAPG
Maths
Sciences
naturelles
Études
complémentaires
0,0
0,0
0,0
Science du
génie
Conception
en ingénierie
Total
32.4
32.4
64.8
Qualités (Qx) et compétences (Cy) enseignées et ou évaluées
Session automne 2013
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Enseigné Évalué
Q1
Connaissance en génie : connaissance, à un niveau universitaire,
des mathématiques, des sciences naturelles et des notions
fondamentales de l’ingénierie, ainsi qu’une spécialisation en
génie propre au programme.
Q1-C1
Résoudre des problèmes mathématiques
Q1-C2
Appliquer les concepts fondamentaux des sciences naturelles
Q1-C3
Appliquer les concepts fondamentaux de l’ingénierie, dont ceux
propres à sa discipline du génie
Q2
Analyse de problèmes : capacité d’utiliser les connaissances et les Enseigné Évalué
principes appropriés pour identifier, formuler, analyser et
résoudre des problèmes d’ingénierie complexes et en arriver à des
conclusions étayées
Q2-C1
Identifier et formuler le problème en établissant le contexte, les
paramètres et les contraintes des problèmes, incluant les
problèmes mal définis
Choisir un modèle ou une méthode pour analyser ou résoudre un v
problème, incluant les notions, les concepts ou les relations
physiques pour identifier des pistes de solution
v
Q2-C2
Q2-C3
Appliquer le modèle ou la méthode en vue d’analyser ou
résoudre le problème
v
v
Interpréter le résultat obtenu des modèles utilisés dans la
représentation des problèmes en vue de formuler des
conclusions étayées
v
v
Q2-C4
Enseigné Évalué
Q3
Investigation : capacité d’étudier des problèmes complexes au
moyen de méthodes mettant en jeu la réalisation d’expériences,
l’analyse et l’interprétation des données et la synthèse de
l’information afin de formuler des conclusions valides
Q3-C1
Planifier le processus d’investigation via l’expérimentation ou
d’autres méthodes
Q3-C2
Appliquer les méthodologies d’investigation éprouvées
v
v
Q3-C3
Interpréter les résultats en tenant compte du contexte et des
v
hypothèses de travail en vue de formuler des conclusions valides
v
Q4
Conception : capacité de concevoir des solutions à des problèmes Enseigné Évalué
d’ingénierie complexes et évolutifs et de concevoir des systèmes,
des composants ou des processus qui répondent aux besoins
spécifiés, tout en tenant compte des risques pour la santé et la
sécurité publiques, des aspects législatifs et réglementaires, ainsi
que des incidences économiques, environnementales, culturelles
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
v
v
v
8
et sociales
Q4-C1
Formuler le problème en tenant compte des besoins et des
contraintes telles que les risques pour la santé et la sécurité
publiques, les aspects législatifs et réglementaires, ainsi que des
incidences économiques, environnementales, culturelles et
sociales
Q4-C2
Développer des concepts en se basant sur les principes de
l’ingénierie afin d’élaborer des solutions
Q4-C3
Analyser les risques technologique et économique en fonction
v
des parties prenantes (clients, partenaires, etc.), de la société, et
de l’environnement
Q4-C4
Intégrer les concepts retenus répondant aux besoins et
respectant les contraintes identifiées préalablement
Q5
Outils d’ingénierie : capacité de créer et de sélectionner des
Enseigné Évalué
techniques, des ressources et des outils d’ingénierie modernes et
de les appliquer, de les adapter et de les étendre à un éventail
d’activités simples ou complexes, tout en comprenant les
contraintes connexes
Q5-C1
Évaluer différents outils et techniques, en faire un choix et
justifier ce choix
Q5-C2
Appliquer les outils et techniques dans des projets d’ingénierie
v
v
Q5-C3
Combiner, adapter ou créer des outils et techniques pour réaliser v
des tâches spécifiques
v
Q6
Travail individuel et en équipe : capacité de fonctionner
efficacement en tant que membre ou chef d’équipe, de
préférence dans un contexte de travail multidisciplinaire
Q6-C1
Organiser le travail d’équipe (définir les rôles, définir le but
commun, établir l’accord de collaboration, etc.)
Q6-C2
Composer avec les différences individuelles et disciplinaires en
vue d’améliorer la performance d’équipe
Q6-C3
Proposer des solutions pour intégrer des positions individuelles
divergentes
Q6-C4
Évaluer le fonctionnement de l’équipe par rapport aux objectifs
établis et en regard de l’accord de collaboration
Q7
Communication : habileté à communiquer efficacement des
concepts d’ingénierie complexes, au sein de la profession et au
public en général, notamment lire, rédiger, parler et écouter,
comprendre et rédiger de façon efficace des rapports et de la
documentation pour la conception, ainsi qu’énoncer des
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
v
v
v
v
v
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directives claires et y donner suite
Q7-C1
Rédiger des rapports techniques documentant efficacement un
travail d'ingénierie en utilisant différentes formes de langage
(naturel, graphique, mathématique, …)
Q7-C2
Présenter de façon professionnelle un exposé devant un
auditoire
Q7-C3
Utiliser adéquatement les outils modernes de communication
Q7-C4
Écouter et échanger de façon constructive avec les collègues et
les membres du public
Q8
Professionnalisme : compréhension des rôles et des
responsabilités de l’ingénieur dans la société, y compris le rôle
essentiel de protection du public et l’intérêt public
Q8-C1
Délimiter les responsabilités de l'ingénieur dans des mises en
situation concrète
Q8-C2
Décrire le rôle de l'ingénieur dans la société
Q8-C3
Mettre en pratique ses compétences professionnelles en
situation de travail réel en ingénierie
Q9
Impact du génie sur la société et l’environnement : capacité à
Enseigné Évalué
analyser les aspects sociaux et environnementaux des activités
liées au génie, notamment comprendre les interactions du génie
avec les aspects économiques et sociaux, la santé, la sécurité, les
lois et la culture de la société; les incertitudes liées à la prévision
de telles interactions; et les concepts de développement durable
et de bonne gérance de l’environnement
Q9-C1
Considérer des facteurs économiques, sociaux et
v
environnementaux dans les choix et les décisions d’utilisation ou
de développement d’un produit ou processus dans une
perspective de développement durable
Q9-C2
Identifier les opportunités d’amélioration en termes de
consommation, d’énergie et de ressources d’un processus
particulier
Q9-C3
Analyser les incertitudes liées à la santé et sécurité, l’économie,
l’environnement et les facteurs sociaux
Q10
Déontologie et équité : compréhension et respect des principes
Enseigné Évalué
d’éthique et de responsabilité professionnelles, ainsi que d’équité
Q10-C1
Identifier les valeurs essentielles pour l’ingénieur et comprendre
les enjeux de la profession
Q10-C2
Décrire les obligations et les devoirs de l’ingénieur pour bien
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
v
v
v
v
10
connaître le code de déontologie de l’ingénieur
Q10-C3
Se conformer au code de déontologie de l’ingénieur dans la prise
de décision
Q10-C4
Se conformer aux exigences de la propriété intellectuelle,
notamment en citant correctement ses sources de référence
dans un travail
Q11
Économie et gestion de projets : capacité à intégrer de façon
appropriée les pratiques d’économie et d’affaires, comme la
gestion de projets, des risques et du changement, dans l’exercice
du génie, et de bien tenir compte des contraintes associées à ces
pratiques
Q11-C1
Définir un projet : définir les objectifs, les spécifications et
rédiger un cahier des charges
Q11-C2
Analyser la faisabilité économique et financière du projet
Q11-C3
Identifier les risques, les évaluer et établir un plan de gestion des
risques
Q11-C4
Planifier, ordonnancer et contrôler les activités et les ressources
humaines, matérielles et financières en tenant compte des
contraintes
Q11-C5
Clore un projet : évaluer le déroulement, évaluer le résultat et
formuler les leçons apprises
Q12
Apprentissage continu : capacité à cerner et à combler ses
propres besoins de formation dans un monde en constante
évolution, et ce, de façon à maintenir sa compétence et à
contribuer à l’avancement des connaissances
Q12-C1
Identifier ses besoins en formation
Q12-C2
Planifier son développement
Q12-C3
Suivre la réalisation de son plan
Q12-C4
Faire le bilan des progrès réalisés
5.
v
Évaluation
Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier
son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires
départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final,
l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non
justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent
immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).
Session automne 2013
ELE355 – ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE I
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Plagiat et fraude
Les clauses du « Chapitre 10 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de 1er cycle »
s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se
sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la
page Citer, pas plagier ! http://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Cycles-sup/Realisationetudes/Citer-pas-plagier
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