Cours Électronique de Puissance TLE F3

ELECTRONIQUE DE PUISSANCE TLE F3
Cours rédigé par CHRISTIAN DJAMTCHEU PLETP ELECTROTECHNIQUE
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ENONCE DE LA COMPETENCE
Le cours d’électronique de puissance est l’accoplissement du cours sur les semi-
conducteur (technologie-composants discrets et integrés). Il demande par conséquent des
notions précises sur l’études des sémi-conducteurs.
L’objectif principal de ce cours est l’apprentissage des diverses applications des
composants électroniques à matériaux semi-conducteurs. L’élève, à la fin de ce cours, doit
être capable de comprendre le fonctionnement réel des structures à semi-conducteurs des
appareils (équipements) régulièrement installés dans l’inductrie.

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TABLE DES MATIERES
ENONCE DE LA COMPETENCE ..................................................................................................1
TABLE DES MATIERES ................................................................................................................2
CHAPITRE 0 : LES REGIMES NON SINUSOÏDAUX ............................................................... 15
INTRODUCTION....................................................................................................................... 15
I. NOTION SUR LES PRIMITIVES ................................................................................. 15
1. Définition...................................................................................................................... 15
2. Formules d’intégration nécessaires ............................................................................. 15
2.1. Fonctions polynômes ............................................................................................ 15
2.2. Fonctions trigonométriques ................................................................................. 16
II. NOTION SUR LES INTEGRALES ............................................................................ 17
1. Définition...................................................................................................................... 17
2. Propriétés ..................................................................................................................... 17
III. INTENSITE MOYENNE ............................................................................................ 19
1. Définition...................................................................................................................... 19
2. Principe de calcul ......................................................................................................... 20
2.1. Cas général ........................................................................................................... 20
2.2. Cas d’un courant périodique ............................................................................... 20
3. Exemple de calcul ........................................................................................................ 20
3.1. Choix du courant.................................................................................................. 20
3.2. Expression de la valeur moyenne......................................................................... 20
3.3. Utilisation d’une courbe unidirectionnelle sinusoïdale ....................................... 21
3.4. Courbe alternative sinusoïdale ............................................................................ 22
IV. INTENSITE EFFICACE ............................................................................................. 23
1. Définition...................................................................................................................... 23
2. Principe de calcul ......................................................................................................... 23
2.1. Cas général ........................................................................................................... 23
2.2. Courant variable .................................................................................................. 23
2.1.1. Courant constant .............................................................................................. 23
2.3. Cas d’un courant périodique ............................................................................... 23
3. Exemple de calcul ........................................................................................................ 24
3.1. Courbe Cosinus .................................................................................................... 24
3.2. Avec le Sinus......................................................................................................... 25
V. ADDITION DES VALEURS MOYENNE ET EFFICACE ........................................... 26

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1. Addition des valeurs moyennes ............................................................................... 26
2. Addition des valeurs efficaces .................................................................................. 26
VI. CAS DES COURBES NON SINUSOÏDALES ............................................................ 26
1. Formes d’ondes carrés et rectangulaires..................................................................... 27
1.1 Valeur moyenne ................................................................................................... 27
1.2 Valeur efficace ...................................................................................................... 27
2. Forme d’onde en dents de scie ..................................................................................... 28
2.1 Valeur efficace ...................................................................................................... 29
2.2 Valeur moyenne ................................................................................................... 30
VII. PROPRIETES D’UN COURANT PERIODIQUE ..................................................... 30
1. Facteur de forme .......................................................................................................... 30
2. Taux d’ondulation ....................................................................................................... 31
3. Facteur de crête ........................................................................................................... 31
4. Valeur efficace de l’ondulation .................................................................................... 31
VIII. NOTION SUR LE DEVELOPPEMENT EN SERIE DE FOURRIER .................. 31
1. Théorème ..................................................................................................................... 31
2. Relation ........................................................................................................................ 32
3. Cas particulier ............................................................................................................. 32
CHAPITRE I : REDRESSEMENT NON COMMANDE ............................................................. 34
INTRODUCTION : .................................................................................................................... 34
LEÇON I : REDRESSEMENT MONOPHASE DEBIT SUR UNE CHARGE RESISTIVE ....... 35
I. REDRESSEMENT MONOPHASE SIMPLE ALTERNANCE ..................................... 35
1. Schéma ......................................................................................................................... 35
2. Allure des courbes........................................................................................................ 35
3. Etude qualitative .......................................................................................................... 36
4. Etude quantitative ....................................................................................................... 36
4.1. Valeur moyenne ................................................................................................... 36
4.2. Valeur efficace ...................................................................................................... 37
4.3. Tension inverse direct répétitive : TIC ................................................................ 37
4.4. Puissance moyenne fournie à la charge ............................................................... 37
4.5. Facteur de forme .................................................................................................. 38
4.6. Taux d’ondulation ................................................................................................ 38
4.7. Rendement maximal d’un convertisseur AC-DC ................................................ 38
4.8. Facteur de puissance (facteur d’utilisation) ........................................................ 38

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4.9. Valeur efficace de l’ondulation ............................................................................ 38
4.10. Fréquence d’ondulation ................................................................................... 39
II. REDRESSEMENT MONOPHASE DOUBLE ALTERNANCE ............................... 39
II.1. MONTAGE PARALLELE SIMPLE P2 ..................................................................... 39
1. Schéma ......................................................................................................................... 39
2. Etude qualitative .......................................................................................................... 40
3. Allure des courbes........................................................................................................ 41
4. Etude quantitative ....................................................................................................... 42
4.1. Valeurs moyennes ................................................................................................ 42
4.2. Valeur efficace ...................................................................................................... 42
4.3. Tension inverse de crête ....................................................................................... 43
4.4. Facteur de forme .................................................................................................. 44
4.5. Taux d’ondulation ................................................................................................ 44
4.6. Rendement maximal d’un convertisseur AC-DC ................................................ 44
4.7. Facteur de puissance (facteur d’utilisation) ........................................................ 44
4.8. Valeur efficace de l’ondulation ............................................................................ 44
4.9. Fréquence d’ondulation ....................................................................................... 44
II.2. MONTAGE PARALLELE DOUBLE PD2 ................................................................ 45
1. Schéma ......................................................................................................................... 45
2. Etude qualitative .......................................................................................................... 45
3. Allure des courbes........................................................................................................ 46
4. Equations ..................................................................................................................... 47
5. Etude qualitative .......................................................................................................... 47
5.1. Valeurs moyennes ................................................................................................ 47
5.2. Valeurs effaces...................................................................................................... 47
LEÇON 2 : REDRESSEURS MONOPHASES DEBITANT SUR UNE CHARGE
COMPORTANT UNE F.E.M ......................................................................................................... 49
INTRODUCTION....................................................................................................................... 49
I. REDRESSEURS MONOPHASES SIMPLE ALTERNANCE DEBITANT SUR UNE
CHARGE R –E ....................................................................................................................... 49
1. Schéma ......................................................................................................................... 49
2. Allure des courbes........................................................................................................ 49
3. Eude quantitative ......................................................................................................... 50
3.1. Expression du courant ......................................................................................... 50
3.2. Tension aux bornes de la charge .......................................................................... 51

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3.3. Angle et durée de conduction ............................................................................... 51
3.4. Valeurs moyennes ................................................................................................ 52
3.5. Valeurs efficace .................................................................................................... 52
4. Angle et durée de conduction avec un signal cosinusoïdal.......................................... 53
4.1. Allure des courbes ................................................................................................ 54
4.2. Valeur moyenne de la tension de sortie ............................................................... 54
4.3. Temps de charge .................................................................................................. 55
5. Valeur maximale de la TIC supportée par la diode .................................................... 55
6. Puissance utile et rendement ....................................................................................... 55
II. REDRESSEMENT MONOPHASE DOUBLE ALTERNANCE DEBIT SUR UNE
CHARGE R-E ......................................................................................................................... 55
II.1. MONTAGE A DEUX DIODES OU VA ET VIENT .................................................. 55
1. Schéma ......................................................................................................................... 56
2. Etude qualitative .......................................................................................................... 56
2.1. Angle et durée de conduction ............................................................................... 56
3. Allure des courbes........................................................................................................ 57
4. Etude quantitative ....................................................................................................... 57
4.1. Valeur maximale du courant de charge .............................................................. 57
4.2. Valeurs moyennes ................................................................................................ 58
4.3. Valeurs efficaces ................................................................................................... 58
4.4. Valeur efficace de l’ondulation ............................................................................ 60
4.5. Valeur maximale .................................................................................................. 60
II.2. MONTAGE EN PONT DE GRAËTZ OU PD2 .......................................................... 60
1. Etude qualitative .......................................................................................................... 60
2. Allure des courbes........................................................................................................ 60
3. Etude quantitative ....................................................................................................... 61
3.1. Valeurs moyennes ................................................................................................ 61
3.2. Valeurs efficace .................................................................................................... 62
3.3. Courant ................................................................................................................ 63
3.4. Valeur efficace de l’ondulation ............................................................................ 64
3.5. Rendement de la batterie ..................................................................................... 64
III. REDRESSEMENT MONOPHASE DOUBLE ALTERNANCE DEBITANT SUR
UNE CHARGE R-L-E ............................................................................................................ 64
1. Tension appliquée ........................................................................................................ 64
2. Relation des tensions .................................................................................................... 65