Support de cours ELP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET
POPULAIRE
UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Faculté des Nouvelles Technologies de l’Information et de la
Communication
Département d’Electronique et Télécommunications
Mansour BOUZIDI
Année Universitaire : 2017/2018
SUPPORT DE COURS ET TD
D’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

Université de Kasdi Merbah Ouargla
Faculté des Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication
Département d’Electronique et Télécommunications
Electronique de puissance Préface
M. BOUZIDI (2017/2018)
Préface
L’électronique de puissance est la partie du génie électrique qui traite des modifications de la
présentation de l’énergie électrique. Pour cela elle utilise des convertisseurs statiques à semi-
conducteurs. Grâce aux progrès sur ces composants et sur leur mise en œuvre, l’électronique de
puissance a pris une importance considérable dans tout le domaine de l’électricité industrielle.
L’objectif de ce cours est de connaître les principes de base de l’électronique de puissance,
connaitre le principe de fonctionnement et l’utilisation des composants de puissance, maîtriser
le fonctionnement des principaux convertisseurs statiques, acquérir les connaissances de base
pour un choix technique suivant le domaine d’applications d’un convertisseur de puissance.
Le document est structuré en cinq chapitres qui couvrent le programme officiel d’électronique
de puissance de la troisième année licence électronique, automation et la deuxième année
licence instrumentation pétrolière. Certains chapitres sont complétés par des travaux dirigés.
Le premier chapitre s’intéresse à l’étude des caractéristiques des composants utilisés en
électronique de puissance. Le second chapitre est réservé à l’étude des redresseurs monophasés,
triphasés commandés et non commandés. Le troisième chapitre traite les convertisseurs DC/DC
On étudie les différentes configurations de hacheur. Le quatrième chapitre s’intéresse aux
convertisseurs AC/AC tel que les gradateurs monophasés et triphasés. Le cinquième chapitre
traite les convertisseurs DC/AC, on s’intéresse à l’étude des onduleurs monophasés et triphasés
alimentant une charge de type (R-L).

Sommaire
Sommaire
Généralités ........................................................................................................................................ 1
Chapitre I : Semiconducteurs de puissance ............................................................................... 2
Introduction..................................................................................................................................... 2
1. Rappels sur les interrupteurs à semi-conducteurs ................................................................. 2
1.1. Interrupteurs à deux segments ........................................................................................... 4
1.1.1. Diode .............................................................................................................................. 4
1.1.2. Transistor de puissance .............................................................................................. 5
1.2. Interrupteurs à trois segments réversibles en tension .................................................... 6
1.2.1. Thyristor ....................................................................................................................... 6
1.2.2. GTO ............................................................................................................................... 8
Chapitre II : Les convertisseurs AC/DC (Redresseurs) ............................................................. 9
Partie 1 : Le redressement non commandé ............................................................................... 9
1. Le redressement monophasé non commandé ......................................................................... 9
1.1. Redressement monophasé simple alternance .................................................................. 9
1.2. Redressement monophasé double alternance ................................................................ 20
2. Redresseurs triphasés ............................................................................................................... 30
2.1. Redresseurs triphasés parallèle (P3) ................................................................................ 30
2.2. Redresseur triphasé parallèle double PD3 ...................................................................... 35
Partie 2 : Redressement commandé ............................................................................................ 42
1. Redressement monophasé commandé ................................................................................... 42
1.1. Redressement monophasé simple alternance ................................................................. 42
1.2. Redresseur double alternance PD2 à thyristors .............................................................. 45
2. Redressement triphasé commandé ......................................................................................... 50
2.1. Redresseur triphasé P3 à thyristors ................................................................................. 50
2.2. Redresseur triphasé PD3 à thyristors .............................................................................. 54
Travaux dirigés ............................................................................................................................... 57

Sommaire
Chapitre III : Les convertisseurs DC/DC (Hacheurs) .............................................................. 59
1. Définitions ................................................................................................................................... 59
1.1. Hacheurs ............................................................................................................................... 59
1.2. Principe de fonctionnement ............................................................................................... 59
1.2. Rapport cyclique .................................................................................................................. 59
2. Hacheur série (hacheur dévolteur) .......................................................................................... 59
3. Hacheur parallèle (Survolteur) ................................................................................................. 68
4. Hacheurs réversibles ................................................................................................................. 72
4.1. Hacheur réversible en courant (à deux quadrants) ....................................................... 72
4.2. Hacheur réversible en tension ......................................................................................... 77
4.3. Hacheur réversible en tension et en courant ................................................................. 80
Travaux dirigés .............................................................................................................................. 84
Chapitre IV: Les convertisseurs AC/AC (Gradateurs)............................................................. 87
1. Gradateur monophasé .............................................................................................................. 87
1.1. Débit sur charge résistive .................................................................................................. 87
1.2. Débit sur charge inductive ................................................................................................ 91
2. Gradateurs triphasés ................................................................................................................. 98
2.1. Débit sur charge résistive avec neutre ............................................................................. 98
2.2. Débit sur charge résistive sans neutre ............................................................................. 98
Travaux dirigés ............................................................................................................................ 103
Chapitre V: Les convertisseurs DC/AC (Onduleurs) ............................................................. 105
1. Onduleur de tension monophasé .......................................................................................... 105
1.1. Onduleur en demi-ponts (à deux interrupteurs) ......................................................... 105
1.2. Onduleur en ponts (à quatre interrupteurs) ................................................................. 110
2. Onduleur triphasé ................................................................................................................... 118
2.1. Commande pleine onde de l’onduleur triphasé .......................................................... 118
Travaux dirigés ............................................................................................................................ 122
Références

Université de Kasdi Merbah Ouargla
Faculté des Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication
Département d’Electronique et Télécommunications
Electronique de puissance Introduction à l’électronique de puissance
M. BOUZIDI (2017/2018)
1
Généralités
1. L'électronique de puissance, Qu'est-ce que ç'est?
L'électronique de puissance est une branche de l'électricité qui traite de la modification de la
présentation de l'énergie électrique pour l'adapter dans les meilleures conditions aux multiples
utilisations.
L’électronique de puissance est chargée d’adapter l’énergie électrique aux besoins de la charge
utilisatrice. Elle doit le faire avec un bon rendement énergétique, tout en ne perturbant pas le
réseau de distribution.
Les convertisseurs statiques de l'électronique de puissance sont construits à partir de
composants électroniques. Ces composants, dit actifs, fonctionnent en commutation, de façon à
consommer le moins d’énergie possible.
i
v
i
v
Si les composants électroniques en commutation étaient parfaits, ils ne consommeraient aucune
énergie à l’état bloqué (pas de courant), aucune énergie à l’état passant (pas de tension), et les
temps de commutation (passage d’un état à un autre) seraient infiniment petits.
2. Fonctions principales de l'électronique de puissance
 La conversion de l'alternatif vers le continu (convertisseur AC → DC): Redresseur
 La conversion du continu vers l'alternatif (convertisseur DC → AC): Onduleur
 La conversion du continu vers le continu (convertisseur DC → DC): Hacheur
 La conversion de l'alternatif vers l'alternatif (convertisseur AC → AC): Gradateur et
Cyclo-convertisseur
Fonctionnement bloqué
(Ou ouvert ou non-passant)
p = v × 0 = 0
Fonctionnement saturé
(Ou fermé, ou passant)
p = 0 × i = 0