GEL –4102 Electronique de Puissance - GEL

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Automne 2014
GEL –4102
Electronique de Puissance
Chapitre 0 : Introduction
Jérôme Cros
2 septembre 2014
Principe de la commutation électronique
Dans le domaine de la puissance, les composants électroniques
fonctionnent généralement comme des interrupteurs (2 états) car
ils ne doivent pas consommer d’énergie ( échauffement)
P(t) = V(t) . i(t) ~ 0
i~0
Interrupteur ouvert :
+
V >> 0
i >> 0
Interrupteur fermé :
+
V~0
2
Pertes en conduction ou pendant le blocage
VS pertes de commutation
Caractéristique statique
P<0
Convention récepteur
i
i
+
Commutation
v
V
-
P > 0  Puissance dissipée
P<0
Pertes en conduction minimales si V ~ 0
Pertes pendant le blocage minimales si i ~ 0
Chaque commutation (amorçage ou blocage) entraîne une
dissipation de puissance. Ces pertes sont proportionnelles au
nombre de commutations par seconde (= fréquence)
3
Les composants de puissance
4
Performances des composants
Puissance commutable
SCR : 24 MVA
GTO : 36 MVA
IGBT : 4.5 MVA
MOSFET : 100 KVA
5
Les convertisseurs d'énergie
6
Exemple : Les blocs d’alimentation : CA → CC
Source de tension continue, régulée avec limitation de courant ajustable (protection)
Possibilité de fonctionnement en source de courant continu
Il existe aussi des sources de tension avec protection par fusible (courant max. limité)
Réglage
du courant
Réglage
de la tension
Transistor
(régulateur)
Filtre capacitif
Transformateur
7
Principe d’une alimentation linéaire
Transformateur
Redresseur
Filtre
Réseau
CA
Le transformateur
permet d’adapter
l'amplitude de la
tension secteur.
Régulateur
Sortie
CC
Le redresseur
convertit la tension
alternative en tension
unidirectionnelle
Le filtre stocke
de l’énergie
pour lisser la
tension
Le régulateur
réduit l'ondulation
résiduelle de
tension
Applications :
Alimentations de faible
puissance < 50W
(rendement faible)
8
Principe d’une alimentation à découpage
(rendement élevé)
Réseau
CA
Redresseur
+ Filtre
Le redresseur
convertit la tension
alternative en tension
unidirectionnelle
Convertisseur
CC → CA
Transfo
HF
Redresseur
+ Filtre
Mesure isolée
Un convertisseur avec
des transistors produit
une tension alternative et
régule la tension par
modulation de largeur
d’impulsion MLI
Applications :
Alimentations de puissance
10 W →100 kW
PC, PC portable, Télévision…
Un transfo HF
(Haute fréquence)
a un volume très
réduit par rapport à
un transfo BF
Sortie
CC
Un filtre HF est
plus compact
qu’un filtre BF
Power supply - PC
9
Comparisons entre les deux types d’alimentation
Découpage
Rendement
Puissance massique
Ondulation
P < 150 W
Marché
150 < P < 500 W
P > 500 W
Linéaire
60 à 90 %
35 à 55 %
30 à 300 W/kg
10 à 30 W/kg
Transfo : P = K . f . B . J . Sfer . Scu
1%
0.1 %
60 %
40 %
75 %
25 %
90 %
10 %
10
Les domaines d’application de l’électronique de
puissance
Le réseau électrique :
- Ligne de transport à courant continu HVDC
- Les compensateurs statiques (d’energie réactive)
- Les convertisseurs de fréquence
- Les interfaces et dispositifs de contrôle pour les
systèmes d’energie renouvelable
Les applications industrielles:
- Alimentations DC ou AC pour l’industrie chimique
- Les entraînements à vitesse variable
La propulsion ou la traction
La domotique et tous les accessoires électroniques
11
Réseau électrique d’Hydro-Quebec
Compensateur statique
SVC (photo ABB)
Thyristor et GTO
12
Ligne de transport d’électricité HVDC
Valves de
Thyristors
(photo ABB)
Poste
d’inversion
600 MW
(photo ABB)
13
Energies renouvelables
Energie photovoltaïque
(source CC)
Energie
éolienne
(Source CA
à fréquence
variable)
14
Turbines fonctionnant à vitesse variable
avec un convertisseur CA-CA indirect
Enercon E112 (4.5-6MW)
3765 A / phase
DC
AC
DC
SG
DC
690V/500kW
AC
AC
DC
AC
E112
15
Industrie minière
Excavatrices
2x200kW
1x240kW
1x895kW
1x635kW
750kVA onduleur PWM
16
Industries métallurgique et chimique
Alimentation CA
Compensateur statique
Filtres harmoniques
Alimentation CC
Redresseur
17
Traction électrique
Transport Ferroviaire TGV
•
•
•
•
1 moteur 1460 kg
300 km/h - 1100 kW
4000 rpm
25kV 50Hz monophasé à
1500V 50Hz.
Convertisseur de fréquence
3ph – 1ph (photo ABB)
18
Propulsion électrique
Transport maritime
14.4 MW
2 hélices
4 moteurs de 3.6MW
0 – 210 rpm
Moteur électrique en nacelle (Pod)
fixés sous la coque
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Traction électrique
Autobus hybride GM
Électrique pur
Parallèle
Mécanique pur
Système de transmission
Fonctionnement suivant la
vitesse
20
Traction électrique
Véhicule électrique hybride
21
Traction et Propulsion
Petits véhicules électriques
BionX international
23
Accessoires automobiles
Suspension active
Direction et freinage
assistés
Allumage
électronique
Commandes de
valves
Actionneurs et
entraînements à
vitesse variable
Alternateurdémarreur
24
Besoins énergétiques dans les automobiles
modernes
25
Accessoires automobiles
Motoventilateur fonctionnant à vitesse variable
SIEMENS
Moteur à 5 phases avec aimants permanents à rotor extérieur
(250 W)
Onduleur à Mosfets (courants unidirectionnels de forme rectangulaire)
26
Asservissements
Aéronautique et Espace
Alimentations et
commandes de moteurs
Robotique
Contrôle de vitesse
ou de position
27
Alimentation de tube LASER
28
Equipements domestiques
Alimentations de télévision,
Magnétoscope, DVD
Four micro-onde
Réfrigérateur
Domotique
Systèmes d’éclairage
Outillage électrique
Alimentation de tube cathodique
(télévision)
Chargeur de batteries
29
Equipements informatiques
Alimentations à découpage pour PC : (Power supply)
30
Alimentation de secours (UPS)
Alimentation parallèle sans coupure
31
Ballast électronique pour lampe fluorescente
32
Lampes fluorescentes à faible consommation
33
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