Cours d'électronique de puissance avec SimPowerSystems (Matlab)

Université de BECHAR
Faculté des Sciences et Technologie
Département de Génie Electrique
Cours d’électronique de Puissance
& Application avec SimPowerSystems
(Matlab/Simulink)
MAMMAR KHALED
Enseignant (Maitre de Conférence ‘B’) en Génie Electrique a l’Université de Bechar

E lectronique de Puissance & SimPowerSystems (Matlab/Simulink)
2
Avant-propos
4
1. GENERALITES SUR L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
5
Introduction
5
Applications
6
Commande d’un Moteur à courant continue
6
Alimentation de PC
6
Système photovoltaïque
7
Variateur de Machine Asynchrone
7
2. COMPOSANTS DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
8
Introduction
8
2.1 DIODE
8
2.2 LE THYRISTOR
8
2.3 LE THYRISTOR BLOCABLE (GTO)
9
2.4 LES TRANSISTORS
9
Le transistor bipolaire BJT
10
Le transistor MOSFET
10
IGBT ("insulated gate bipolar transistor").
10
2.3 Récapitulatif
11
3. REDRESSEMENT
12
3.1 REDRESSEMENT NON COMMANDE
12
3.1.1 REDRESSEMENT MONOPHASE SIMPLE ALTERNANCE
12
Réalisation du circuit avec SimPowerSystems
14
Débite sur une charge inductive
17
Cas de la charge inductive avec la diode de roue libre
19
3.1.2 REDRESSEMENT MONOPHASÉ DOUBLE ALTERNANCE
20
Montage Transformateur à point milieu
20
Le redressement double alternance en pont de Graëtz
22
3.1.3 REDRESSEMENT TRIPHASE SIMPLE ALTERNANCE
24
3.1.4 REDRESSEMENT TRIPHASE DOUBLE ALTERNANCE
26
3.2 REDRESSEMENT COMMANDE
29
3.2.1 REDRESSEMENT MONOPHASE SIMPLE
29
3.2.2 REDRESSEMENT MONOPHASÉ DOUBLE ALTERNANCE
31
Pont tout thyristors sans diode de roue libre
31
Pont mixte ou avec diode de roue libre
33
3.2.3 REDRESSEMENT TRIPHASÉ SIMPLE ALTERNANCE
34
3.2.4 REDRESSEMENT TRIPHASÉ DOUBLE ALTERNANCE
38
Pont tout thyristors sans diode de roue libre
38
Redressement triphasé double alternance Pont mixte
41
3.2.5 GROUPEMENT EN ANTIPARALLELE DES MONTAGES TOUT
THYRISTORS
42
3 .2.6 COMMANDE DES THYRISTORS
43

E lectronique de Puissance & SimPowerSystems (Matlab/Simulink)
3
4. HACHEUR
46
4.1 HACHEUR SERIE
46
4.2 HACHEUR PARALLELE
49
hacheur survolteur (boost)
49
4.3 HACHEUR A ACCUMULATION
51
4.4 HACHEURS REVERSIBLES
52
5. GRADATEURS
55
5
.
1
GRADATEUR MONOPHASE
55
5.2 GRADATEUR TRIPHASE
58
5
.
2
APPLICATIONS
62
6. LES ONDULEURS AUTONOMES
63
6.1 ONDULEURS MONOPHASE
63
Commande Pleine Onde
63
Commande symétrique
64
Commande décalée
65
Tension en escalier
66
Commande à modulation de largeur d'impulsion
66
MLI pré-calculée
67
MLI en temps réel
68
6.2 ONDULEUR TRIPHASE
69
Onduleur triphasé commande MLI
70
7. LES CYCLOCONVERTISSEURS
71
7.1 CYCLOCONVERTISSEURS MONOPHASE
71
7.2 CYCLOCONVERTISSEURS TRIPHASE
72
7.3 APPLICATIONS
73
BIBLIOGRAPHIE
76

E lectronique de Puissance & SimPowerSystems (Matlab/Simulink)
4
Avant-propos
Ce polycopie s’adresse tant aux étudiants Licence Master de Génie Electrique et Ingénieurs.
Il est consacré essentiellement aux principes de base de l’électronique de puissance
(généralité et composants à semi-conducteur de puissances) et à l’étude des convertisseurs
statiques tels que (redressement, hacheurs, gradateurs, onduleurs et cycloconvertisseurs). On
outre l’outil SimPowerSystems est utilisé pour la simulation dans la conversion de l’énergie.
SimPowerSystems utilisés dans les domaines de l’électronique, l’électronique de puissance,
l’électromécanique est une extension à Simulink/Matlab pour modéliser des systèmes
physiques. Contrairement à Simulink, basé sur la notion de fonction de transfert ou des
entrées-sorties d’un système, SimPowerSystems fournit des éléments de puissance comme les
composant à semi-conducteur de puissances (diodes, thyristors, transistors, MOS, IGBT et
GTO), les machines triphasées (synchrones, asynchrones, etc.), les systèmes de production
d’énergie (éoliennes, alternateurs, pile à combustible etc.), les systèmes de transmission
(lignes, FACTS, …). pour la modélisation et la simulation des circuits et des systèmes
électriques de puissance.
SimPowerSystems offre la possibilité d’analyser les systèmes électriques de puissance comme
l’analyse harmonique, le calcul du taux d’harmonique (THD). Leur simulation dans
l’environnement Simulink peut être réalisée en mode continu, discret ou phaseurs. Les modes
discrets et phaseurs permettent une exécution plus rapide du modèle.
Ce cours utilise de nombreux ouvrages et sites web sur lesquels j’ai repris des courbes ou des
diagrammes. Je tiens à remercier toutes les personnes qui directement et/ou indirectement ont
contribué à l’enrichissement de ce cours.

E lectronique de Puissance & SimPowerSystems (Matlab/Simulink)
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1. GENERALITES SUR L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Introduction
Actuellement, l'énergie électrique est essentiellement produite et distribuée sous forme
alternative, de fréquence 50Hz. Au niveau de l'utilisateur, par contre, beaucoup d'applications
(en particulier les variateurs de vitesse) nécessitent des formes différentes d'énergie électrique.
Dans ce cas, il faut prévoir un dispositif permettant de transformer l'énergie disponible.
Au départ, cette conversion d'énergie a été réalisée à l’aide de montages complexes à
base de machines tournantes (convertisseurs dynamiques). L’essor des semi-conducteurs de
puissance au début des années 60 a permis le rapide développement des convertisseurs
statiques d’énergie électrique (par opposition aux convertisseurs dynamiques). Les
convertisseurs statiques sont donc désormais utilisés pour mettre en forme l’énergie électrique
et permettre ainsi d’adapter les différentes sources d’énergies aux différentes charges. Ces
convertisseurs statiques sont constitués d’interrupteurs électroniques à base de semi-
conducteurs et d’éléments passifs. Ils permettent le transfert d’énergie tout en garantissant un
rendement correct. Et Ils sont capables de modifier la tension et/ou la fréquence de l'onde
électrique. On distingue deux types de sources de tension:
 Sources de tension continues caractérisées par la valeur V de la tension.
 Sources de tension alternatives définies par les valeurs de la tension efficace V et de la
fréquence f.
On différencie quatre types de convertisseurs dont les schémas de principe sont donnés sur la
figure1.1:
 alternatif-continu : redresseur ;
 Convertisseur continu-continu : hacheur ;
 Convertisseur continu-alternatif : onduleur ;
 Convertisseur alternatif-alternatif : c'est un gradateur lorsque seule la valeur efficace
de la tension alternative est modifiée, sinon c'est un cycloconvertisseur.
Notons que de nos jours, la conversion AC/AC est généralement réalisée à l’aide de 2
convertisseurs (AC/DC puis DC/AC) séparés par un bus de tension DC.
Figure 1.1- Les différents types de convertisseurs