Cours de Physique appliquée Conversion Continu Alternatif Onduleur autonome Terminale STI Génie Electrotechnique © Fabrice Sincère ; version 1.0.6 1 Sommaire 1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs 2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre interrupteurs) 2.1. Commande symétrique 2.2. Commande décalée 2 1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs E charge E iC uC K1 Fig. 1 K2 E est une source de tension continue, réversible en courant. K1 et K2 sont deux interrupteurs électroniques, commandés de manière périodique : 0 < t < T/2 : K1 est fermé et K2 est ouvert : uC = +E (> 0 V) T/2 < t < T : K1 est ouvert et K2 est fermé : uC = - E (< 0 V) La tension uC est alternative Le courant iC est alternatif 3 • Chronogramme de la tension uC interrupteur conducteur K1 K2 uC +E 0 10 t (ms) Fig. 2 20 -E Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz Valeur efficace : UCeff u C (t )² UCeff E² UCeff E 4 • Réalisation pratique Les interrupteurs électroniques Ki doivent être : - commandables à la fermeture - commandables à l’ouverture - bidirectionnels en courant (car courant alternatif) Pour cela, on utilise deux éléments en parallèle : K1 E charge E uC iC D1 H1 D2 H2 Fig. 3 K2 La diode « antiparallèle » Di rend l’interrupteur Ki bidirectionnel en courant. 5 H1 et H2 sont souvent des transistors bipolaires : K1 iT1 E D1 R E L uC iC iD1 iT2 D2 circuit de commande des transistors Fig. 4 iD2 K2 6 • Chronogrammes pour une charge RL uC +E 0 10 t (ms) 20 -E iC 0 10 20 t (ms) élément conducteur (D1, T1, D2, T2) Fig. 2 comportement de la charge iT1 0 t (ms) iD1 0 t (ms) iT2 0 t (ms) iD2 7 0 t (ms) • 1ère phase K1 uC = +E K1 conduit iC < 0 D1 conduit iD1(t) = - iC(t) iT1 E D1 R L iC iT2 uC E iD1 Fig. 4a D2 iD2 K2 • 2ème phase K1 uC = +E K1 conduit iC > 0 T1 conduit iT1(t) = iC(t) iT1 E D1 R E L uC iC iD1 iT2 Fig. 4b D2 iD2 K2 8 • 3ème phase K1 uC = -E K2 conduit iC > 0 D2 conduit iD2(t) = iC(t) iT1 E D1 R L iC iT2 uC E iD1 Fig. 4c D2 iD2 K2 • 4ème phase K1 uC = -E K2 conduit iC < 0 T2 conduit iT2(t) = - iC(t) iT1 E D1 R E L uC iC iD1 iT2 Fig. 4d D2 iD2 K2 9 u uCC +E +E • Chronogrammes pour une charge RL 00 10 10 20 20 (ms) t t(ms) -E -E iiCC 00 p(t) = uC(t)iC(t) p > 0 : récepteur (phase d’alimentation) p < 0 : générateur (phase de récupération) Globalement : < p > est positif élément élément conducteur conducteur (D1,, T T1,, D D2,, T T2)) (D 1 1 2 20 20 10 10 D1 T1 D2 T2 Récepteur Générateur Récepteur (ms) t t(ms) Fig. 2 2 comportement de de comportement Générateur la charge la charge iiT1 T1 0 (ms) t t(ms) iD1 D1 0 (ms) t t(ms) iT2 T2 0 (ms) t t(ms) iD2 D2 10 0 (ms) t t(ms) 2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre interrupteurs) 2.1. Commande symétrique E source de tension continue K1 K4 charge iC uC 0 < t < T/2 : K1 et K3 sont fermés : uC = +E T/2 < t < T : K2 et K4 sont fermés : uC = - E K2 Fig. 5 K3 (> 0 V) (< 0 V) 11 12 • Chronogramme de la tension uC interrupteurs conducteurs K1 ; K3 K2 ; K4 uC +E 0 Fig. 6 10 t (ms) 20 -E Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz Valeur efficace : UCeff E 13 • Réalisation pratique K1 iT1 K2 R E iC iD4 iT4 K4 iT2 iD2 iD1 L Fig. 7 uC iD3 iT3 K3 14 uC +E • Chronogrammes pour une charge RL 0 10 t (ms) 20 -E iC 0 10 20 t (ms) Fig. 6 éléments conducteurs comportement de la charge iT1 iT3 0 iD1 iD3 0 iT2 t (ms) iT4 0 iD2 t (ms) t (ms) iD4 15 0 t (ms) • 1ère phase Fig. 7a K1 uC = +E K1 ; K3 conduisent iC < 0 D1 ; D3 conduisent iD1(t) = iD3(t) = - iC(t) • 2ème phase iT1 iD1 R E iC iD2 iT2 iD3 iT3 L uC iD4 iT4 Fig. 7b uC = +E K1 ; K3 conduisent iC > 0 T1 ; T3 conduisent iT1(t) = iT3(t) = iC(t) K2 K4 K3 K1 K2 iT1 iD1 R E iC iD4 iT4 K4 iD2 iT2 iD3 iT3 L uC K3 16 • 3ème phase Fig. 7c uC = -E K2 ; K4 conduisent iC > 0 D2 ; D4 conduisent iD2(t) = iD4(t) = iC(t) • 4ème phase K1 iT1 iD1 R E iC iD2 iT2 iD3 iT3 L uC iD4 iT4 Fig. 7d uC = -E K2 ; K4 conduisent iC < 0 T2 ; T4 conduisent iT2(t) = iT4(t) = - iC(t) K2 K4 K3 K1 K2 iT1 iD1 R E iC iD4 iT4 K4 iD2 iT2 iD3 iT3 L uC K3 17 uC +E • Chronogrammes pour une charge RL 0 t (ms) 10 20 -E iC 0 20 10 t (ms) Fig. 6 éléments conducteurs D1 ; D3 comportement de Générateur la charge iT1 i T1 D1 T2 D2 Récepteur Générateur Récepteur t (ms) iD3 i D3 t (ms) iT4 i T4 0 iD2 i T 2 ; T4 T3 0 iT2 i D2 ; D4 iT3 i 0 iD1 i T 1 ; T3 t (ms) iD4 i D4 18 0 t (ms) 2-2- Commande décalée 19 • Chronogramme de la tension uC K4 interrupteurs conducteurs K1 K4 K3 K2 Fig. 8 uC +E 0 t (ms) 10 20 -E Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz Valeur efficace : U Ceff E 1 T 2 On peut régler UCeff entre 0 et E. 20 A.N. E = 200 V Sur la figure 8, mesurer le décalage. En déduire la tension efficace aux bornes de la charge. = 3 ms U Ceff 200 1 3 20 2 167 V UCeff E Fig. 9 O T/2 21 • Chronogramme du courant pour une charge RL K4 interrupteurs conducteurs K1 K4 K3 K2 uC +E 0 10 t (ms) 20 -E iC 0 10 20 t (ms) éléments conducteurs Fig. 8 comportement de la charge 22 • 1ère phase Fig. 8a K1 K4 et K3 conduisent uC = 0 V iC < 0 D3 ; T4 conduisent • 2ème phase iT1 iD1 R E iC iD2 iT2 iD3 iT3 L uC iD4 iT4 Fig. 8b K1 et K3 conduisent uC = +E iC < 0 D3 ; D1 conduisent K2 K4 K3 K1 K2 iT1 iD1 R E iC iD4 iT4 K4 iD2 iT2 iD3 iT3 L uC K3 23 • 3ème phase Fig. 8c K1 et K3 conduisent uC = +E iC > 0 T1 ; T3 conduisent • 4ème phase K1 iT1 iD1 R E iC iD2 iT2 iD3 iT3 L uC iD4 iT4 Fig. 8d K1 ; K2 conduisent uC = 0 V iC > 0 D2 ; T1 conduisent K2 K4 K3 K1 K2 iT1 iD1 R E iC iD4 iT4 K4 iD2 iT2 iD3 iT3 L uC K3 24 • 5ème phase Fig. 8e K2 ; K4 conduisent uC = -E iC > 0 D2 ; D4 conduisent • 6ème phase K1 iT1 iD1 R E iC iD2 iT2 iD3 iT3 L uC iD4 iT4 Fig. 8f K2 ; K4 conduisent uC = -E iC < 0 T2 ; T4 conduisent K2 K4 K3 K1 K2 iT1 iD1 R E iC iD4 iT4 K4 iD2 iT2 iD3 iT3 L uC K3 25 • Chronogramme du courant pour une charge RL K4 interrupteurs conducteurs K1 K4 K3 K2 uC +E 0 t (ms) 10 20 -E p(t) = uC(t)iC(t) p > 0 : récepteur p < 0 : générateur p = 0 : phase de roue libre iC 0 éléments conducteurs Fig. 8 20 10 T4 D1 D3 comportement de Roue la charge libre T1 T3 G Récepteur D4 D2 Roue libre t (ms) T4 T2 G Récepteur 26