Conversion statique de l`énergie électrique.

Chapitre 8. Cours
le
SPCL - systèmes et procédés
T STL
Conversion statique de l'énergie électrique.
Les convertisseurs statiques de l'énergie électrique sont des quadripôles permettant d'adapter la source
d'énergie électrique à un récepteur donné.
Exemples :
- On trouve un convertisseur alternatif-continu dans l’alimentation d’appareils électroniques (TV, ordinateurs,
chargeurs de téléphones ...) qui transforment la tension alternative sinusoïdale du réseau électrique national en
tension continue.
- Un onduleur de secours transforme la tension continue des batteries en tension alternative pour alimenter, par
exemple, du matériel informatique.
Ces convertisseurs fonctionnent souvent en utilisant des composants électroniques se comportant comme des
interrupteurs commandés.
I. Le principe de conservation de l'énergie appliqué aux convertisseurs statiques de
l'énergie électrique.
Premier principe de la thermodynamique (principe de conservation de l'énergie) :
Si l'énergie d'un système varie, c'est qu'elle a été reçue de son extérieur ou cédée à son extérieur : l'énergie d'un
système ne peut être ni créée ni détruite mais elle peut être échangée avec son extérieur (on parle de transfert
d'énergie) et il peut y avoir conversion d'une forme d'énergie à une autre.
Dans le cas des convertisseurs statiques de l'énergie électrique, à chaque cycle, le convertisseur revient dans le
même état (lorsque le régime stationnaire est atteint). Son énergie est donc la même qu'au début du cycle (le
convertisseur n'accumule pas d'énergie). Donc, la somme des énergies échangées s'annule :
à chaque cycle, en régime stationnaire, somme des énergies reçues + somme des énergies cédées = 0 .
énergie totale entrant dans le convertisseur = énergie totale sortant du convertisseur.
et donc il en est de même pour les puissances moyennes :
à chaque cycle, en régime stationnaire, Pmoy sortie = Pmoy entrée .
Dans le cas d’un convertisseur idéal, pour lequel il n’y a pas de "perte" d’énergie (par exemple sous forme
thermique par effet Joule) :
énergie électrique entrant dans le convertisseur = énergie électrique sortant du convertisseur
et donc il en est de même pour les puissances électriques moyennes :
Pe moy sortie = Pe moy entrée .
Le rendement de ce convertisseur idéal vaut bien évidemment 1.
Dans le cas des convertisseurs réels, Pe
moy sortie
< Pe
moy entrée
et le rendement est alors inférieur à 1 (mais
généralement assez proche de 1) car il y a des "pertes" d’énergie, essentiellement sous forme thermique (par
effet Joule).
II. Les redresseurs : des exemples de convertisseurs alternatif-continu.
Les redresseurs sont des convertisseurs alternatif-continu.
Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue.
ie
ue
E
~
=
us
is
ue
E
us
us moy
0
-E
T/2
T
t
0
-E
α
T/2
T
t
Chapitre 8. Cours
le
SPCL - systèmes et procédés
T STL
Applications :
- alimentation continue (pour circuits électroniques) à partir du réseau de distribution alternatif ;
- alimentation pour moteur à courant continu ;
- chargeur de batteries ...
III. Les onduleurs : des exemples de convertisseurs continu-alternatif.
Les onduleurs sont des convertisseurs continu-alternatif.
Un convertisseur continu-alternatif permet d’obtenir une tension alternative (éventuellement réglable en
fréquence et en amplitude) à partir d’une source de tension continue.
ie
ue
E
=
E
us
is
us
~
ue
t
0
t
0
-E
Applications :
- alimentation de secours à partir d’une batterie d’accumulateurs ;
- variateur de vitesse pour moteur asynchrone ...
IV. Les gradateurs : des exemples de convertisseurs alternatif-alternatif.
Le gradateur est un montage qui permet de faire varier la valeur de la tension efficace aux bornes d’un récepteur
sans changer la fréquence de la tension alternative de la source.
ie
ue
E
~
~
is
us
ue
0
E
T/2
T
0
t
us
T
α
T/2
t
-E
-E
Applications :
- variateur de lampe halogène ;
- variateur de vitesse pour moteur universel ...
V. Les hacheurs : des exemples de convertisseurs continu-continu.
Le hacheur permet d'alimenter un récepteur sous une tension continue réglable à partir d'une source continue
fixe.
ie
ue
E
=
=
us
ue
E
is
0
Applications :
- alimentation à découpage (ordinateur, mobile …) ;
- alimentation pour moteur à courant continu …
t
us
us moy
0
αT
T
2T
t