LIAISON REFERENTIEL Chap E3 §E31 : Fonction en logique

CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Circuits_P_2_B122 Giovanni.delf[email protected] http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
Centre d’intérêt n° 8 : Pilotage, contrôle et comportement d’un système pluritechnologique.
LIAISON REFERENTIEL :
B.121- L’alimentation en énergie
B.122- Les circuits de puissance – Commande par modulation d’énergie
Thèmes : E5 : Liaison entre chaîne d’énergie et chaîne d’information
E6 :La commande modulée de la chaîne d’énergie
I5 :Commande de la chaîne d’énergie
I- PRESENTATION - DEFINITION :
La chaîne d’information reçoit les informations, les traite, élabore des ordres de pilotage adressés
à la chaîne d’énergie, et génère des comptes rendus.
De l’exemple ci-dessus, la fonction qui permet de transmette la puissance est le bloc distribuer. On peut
distribuer l’énergie de deux façons :
- Soit de manière modulée.
- Soit sous forme de tout ou rien (TOR)
II- LA MODULATION D’ENERGIE :
La modulation d’énergie consiste à convertir une source d’énergie (courant ou tension fixes) en
une autre énergie variable. On parle alors de convertisseurs statiques. Ces convertisseurs utilise pour leur
Fonctionnement des interrupteurs statiques tel que :
- Les transistors de puissance (bipolaire, Mos, IGBT, triac, thyristor)
II-1- Les transistors MOS :
Métal Oxyde Semiconductor, les transistors bipolaires présentent l’inconvénient d’avoir
des temps de commutation lents ce qui se traduit pour les composants lors de la commutation par
une puissance dissipée non négligeable. Les transistors Mos contrairement aux bipolaires sont
commandés en tension. (Il n’y a pas de gain). La présence d’une tension sur " grille " rend le
composant passant. Lorsque le transistor MOS est passant il se comporte comme une résistance
quasi nulle (RDSON).
ACQUERIR
TRAITE
R
COMMUNIQUE
R
ALIMENTE
R
CONVERTIR
AGIR
Chaîne d’énergie
Chaîne d’information
Consigne
Compte rendu
Energie
d'entrée
TRANSMETTRE
Ordres
DISTRIBUE
R

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Symbole :
Représenter les tensions caractéristiques
II-2- Les transistors IGBT :
C’est un composant hybride qui allie les avantages des deux technologies précédemment
étudiées
Insulate Gate Bipolar Transistor.
II-3- Les thyristors :
Un thyristor est un semi-conducteur bistable contrôlable par un circuit d’amorçage pour la
mise en conduction, le blocage s’effectuant lors de la disparition du courant direct. Avec des
thyristors il est possible de faire varier la tension de sortie en agissant sur le temps de conduction.
On obtient alors un redressement commandé.
Il existe aussi les thyristors GTO (gate turn off) ou le blocage est assuré par une impulsion
négative sur la gâchette. Ils peuvent aller jusqu'à 400A sous 2500v.
Principe de fonctionnement
AK
G
i
Uak
Ig Ug
AK
G
Uka
Sens passant Sens bloqué
Dans le sens passant il faut pour que le transistor, que la tension Uak soit positive et qu’il y
ait un courant de gâchette Ig suffisant.
Dans le sens bloqué il faut que la tension Uak passe par 0 ou s’inverse pour que le courant dans le
circuit s’annule.
Dés qu’un thyristor est amorcé par le courant de gâchette, ce courant peut être supprimé ;le
thyristor continue à conduire tant que Uak est positif.
G
D
S
G : Représente la grille, c’est là qu’on
applique le signal de commande.
D : Représente le drain, c’est là que se
connecte la charge.
S : Représente la source, c’est là que l’on
place la masse.
G

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Courbes caractéristiques
It
Vth
Ir
Vrrm
Vt
Ih
tension de
claquage en
inverse
tension de
retournement
état bloqué
état passant
Vdrm
Vbo
Protection des thyristors
Contre les surintensités : La protection peut-être assurée par un fusible ultra rapide ou un
système limiteur électronique.(Inductance simple ou saturable).
Contre les amorçages trop rapides di/dt. Une inductance montée en série.
Contre les blocages trop rapides dv/dt. On emploie soit un condensateur, soit un filtre RC pour
limiter le courant.
II-4- Le triac :
Le triac ( Triode Alternatif Current ) est un semi-conducteur bistable bidirectionnel
contrôlable par un circuit d’amorçage pour la mise en conduction, le blocage s’effectuant lors de
la disparition du courant direct. Le triac est équivalent à deux thyristors tête bêche. Il n’existe
qu’une gâchette et deux anodes.
Symbole
Anode 2 Anode 1
It Gachette
Vt
Domaine d’utilisation des Triacs.
Les triacs permettent de remplacer les thyristors dans les gradateurs à trains d’ondes. Ils
peuvent contrôler des courants de 1 à 60A avec des tensions inverses de 700 à 1000v.
Choix d’un Triac
Les critères sont les mêmes que les diodes et les thyristors. La caractéristique nouvelle est
le signe du courant de gâchette.
Caractéristiques techniques : Ce sont les
mêmes données que les diodes avec en
plus :
Le courant de maintien (Ih ), valeur
minimale nécessaire pour maintenir la
conduction.
Le courant d’accrochage (Il ), valeur
minimale à maintenir pendant une durée
bien précise après disparition de
l’impulsion de commande Il> 2Ih.
La tension (Vgt) et le courant (Igt)
d’amorçage

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III- LES HACHEURS :
Les hacheurs sont des convertisseurs statiques qui convertissent une tension fixe continue en une
tension continue variable. Dans cette famille il en existe différents types.
III-1-Hacheur 1 Q « abaisseur » :
Ce convertisseur transforme une tension continue fixe en une tension moyenne plus petite.
Schéma de principe :
A intervalle régulier on ferme k, on définit alors une
Période T qu’on appelle période du hacheur.
A chaque fermeture de k une tension aux bornes de R apparaît. L’instant de fermeture est appelé α
on le nomme rapport cyclique, il est sans unité.
Tracer la tension aux bornes de R
Exprimer la tension aux bornes de R
La résistance peut-elle stocker de l’énergie ?
La puissance est donc toujours positive du point de vue récepteur.
Schéma réel :
Si on remplace la résistance par un moteur
Quel signe a la puissance quand le moteur est alimenté.
Quel signe à la puissance quand le moteur n’est pas alimenté.
L’interrupteur est unidirectionnel que se passe t-il alors
Quelle élément faut-il rajouter.
Cette energie est donc perdue, pour la reccupérer il faut changer de
Structure.
Ue
k
R
Ur
t
t
Uk
Ur
T

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III-2-Hacheur 2 Q « abaisseur » :
Ce convertisseur permet de restituer à la source l’énergie ce que peut fournir un récepteur quand il devient
générateur.
Schéma réel :
Nous sommes sur une pente montante
Il faut fournir de l’énergie pour la
gravir. La puissance réceptrice est donc
positive. En haut de la cote on
redescend l’inertie nous entraîne plus
vite, le moteur devient générateur la
puissance devient négative.
Quel est le paramètre qui a change de
signe ?
Représentation des quadrants
III-3-Hacheur 4 Q « abaisseur » :
Ce convertisseur permet de restituer à la source l’énergie ce que peut fournir un récepteur quand il devient
générateur, mais en plus il peut alimenter le récepteur sous une tension et un courant négatif et restituer
l’énergie quand le courant s’inverse de nouveau.
Schéma réel :
Couple ou courant
Vitesse ou tension
Couple ou courant
Vitesse ou tension
T1
T2
T3
T4
D1
D2
D3
D4