Synthèse des convertisseurs statiques : Cours d'électronique de puissance

Introduction `al’´electronique de puissance
Synth`ese des convertisseurs statiques
Lyc´ee Richelieu
TSI 1
Ann´ee scolaire 2006 - 2007
S´ebastien GERGADIER
28 janvier 2007

Table des mati`eres
1Synth`ese des convertisseurs statiques 5
1.1 Introduction............................ 5
1.2 Sourcesdetensionetcourant .................. 5
1.2.1 Sourcedetensionparfaite................ 6
1.2.2 Sourcedecourantparfaite................ 7
1.2.3 Remarques ........................ 8
1.2.4 Influence d’une inductance sur une source de tension . 9
1.2.5 Remarques ........................ 10
1.2.6 R´eversibilit´e des sources d’entr´eeetdesortie ..... 10
1.2.7 Rˆeglesd’interconnexiondessources........... 11
1.2.8 Conclusion ........................ 13
1.3 Lesinterrupteurs......................... 13
1.3.1 Lesinterrupteursparfaits ................ 13
1.3.2 Interrupteurs `a semi-conducteurs ............ 14
1.3.3 Les diff´erents types de composant semi-conducteur pos-
sible ............................ 15
1.3.4 R´egime dynamique / Mode de commutation . . . . . . 16
1.3.5 Classificationdesinterrupteurs ............. 20
1.4 Structuresdesconvertisseurs .................. 22
1.4.1 Convertisseur direct tension/courant . . . . . . . . . . 22
1.4.2 Convertisseur direct courant/tension . . . . . . . . . . 24
1.4.3 Structure des convertisseurs indirects . . . . . . . . . . 24
1.4.4 Convertisseur indirect tension/tension . . . . . . . . . 26
1.4.5 Convertisseur indirect courant/courant . . . . . . . . . 26
1.5 Synth`esedesconvertisseursstatiques.............. 28
1.6 Etudedecas ........................... 29
1.6.1 Hacheur non r´eversibleencourant ........... 29
1.6.2 Hacheur r´eversibleencourant.............. 30
1

Table des figures
1.1 Caract´eristique d’une source de tension parfaite. . . . . . . . 6
1.2 Repr´esentation d’une source de tension parfaite. . . . . . . . 6
1.3 R´ealisationd’unesourcedetension. .............. 7
1.4 Caract´eristique d’une source de courant parfaite. . . . . . . . 7
1.5 Repr´esentation d’une source de courant parfaite. . . . . . . . 8
1.6 R´ealisationd’unesourcedecourant. .............. 8
1.7 Influence d’une inductance sur une source de tension. . . . . . 10
1.8 R`egle1. .............................. 11
1.9 R`egle2. .............................. 12
1.10 R`egle3. .............................. 12
1.11 R`egle4. .............................. 13
1.12Celluledecommutation...................... 14
1.13 Convention rcepteur pour les interrupteurs statiques. . . . . . 14
1.14 Caract´eristiques statiques `a2segments. ............ 15
1.15 Caract´eristiques statiques `a 3 segments bidirectionnels en cou-
rant................................. 16
1.16 Caract´eristiques statiques `a 3 segments bidirectionnels en ten-
sion. ................................ 16
1.17 Caract´eristiques statiques `a4segments. ............ 17
1.18 Commutation command´eed’uninterrupteur. ......... 18
1.19 Blocage spontan´ed’uninterrupteur. .............. 19
1.20 Amorcage spontan´ed’uninterrupteur. ............. 19
1.21Lecycled’uninterrupteur..................... 20
1.22 Caract´eristique dynamique d’interrupteurs 2 segments. . . . . 21
1.23 Caract´eristique dynamique d’interrupteurs `a3segmentsbi-
directionnelsencourant...................... 22
1.24 Caract´eristique dynamique d’interrupteurs `a3segmentsbi-
directionnelsentension. ..................... 22
1.25 Possibilit´es d’interconnexions d’une source de tension et d’une
sourcedecourant. ........................ 23
1.26 Configuration de base d’un convertisseur tension/courant. . . 23
1.27 Configuration de base d’un convertisseur courant/tension. . . 24
2

TABLE DES FIGURES 3
1.28 Modification de la nature de la source d’entr´ee ou de sortie
pourunconvertisseurtension/tension. ............. 25
1.29 Modification de la nature de la source d’entr´ee ou de sortie
pourunconvertisseurcourant/courant.............. 25
1.30 Utilisation d’un ´etagetampon. ................. 26
1.31 Possibilit´es d’interconnexions de deux sources de tension. . . 27
1.32 Structure d’un convertisseur indirect tension/tension. . . . . . 27
1.33 Possibilit´es d’interconnexions de deux sources de courant. . . 28
1.34 Structure d’un convertisseur indirect courant/courant. . . . . 28
1.35Structuredebased’unhacheur.................. 30
1.36 S´equences de fonctionnement et caract´eristiques des interrup-
teurs pour un hacheur non r´eversibleencourant. ....... 32
1.37 Structure d’un hacheur non r´eversibleencourant........ 33
1.38 S´equences de fonctionnement et caract´eristiques des interrup-
teurs pour un hacheur en phase de freinage. . . . . . . . . . . 34
1.39 Structure d’un hacheur fonctionnant en phase de freinage. . . 35
1.40 Structure d’un hacheur r´eversibleencourant. ......... 35

Pr´eambule
Dans ce cours, nous adopterons les notations suivantes :
– Grandeurs d´ependant du temps : lettres minuscules x(t)
– Grandeurs constantes (moyenne, mini, maxi, efficace,...) : lettres ma-
juscules X
– Grandeurs complexes : lettres majuscules soulign´ees X
4