Introduction à l`électronique de puissance
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Introduction à l’électronique de puissance INTRODUCTION A L’ ELECTRONIQUE DE PUISSANCE Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu Introduction à l’électronique de puissance Chaînes fonctionnelles AGIR Énergie Électrique Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 ConVertisseur Statique d’énergie CVS Énergie Électrique Introduction à l’électronique de puissance ENPU et ENA ÉlectroNique de PUissance (ENPU) Traitement de l’énergie ÉlectroNique du signal Traitement du signal Échange d’énergie électrique entre au moins deux systèmes Fonction de Conversion de l’énergie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Compatibilité des caractéristiques : Tension Courant Fréquence Fonction de Contrôle de l’énergie Introduction à l’électronique de puissance Gamme de puissance de l’ENPU Indépendant de la puissance (du mW au MW) Montre 10µW Lampes fluorescentes 15W Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Véhicule hybride 35kW Locomotive FRET 4,2MW Introduction à l’électronique de puissance Exemples Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Objectifs de l’ENPU L’électronique de puissance ENPU est la branche de l’électrotechnique qui a pour objet l’étude de la conversion statique de l’énergie électrique. Notamment, les structures, les composants et les interactions avec l’environnement. La conversion statique est réalisée au moyen de convertisseurs statiques. Ce sont des dispositifs qui transforme de l’énergie électrique disponible en une forme appropriée à l’alimentation de la charge. Il peut s’agir de changer le type de source (DC vers AC ou AC vers DC, changement de valeur efficace, moyenne, de fréquence, …) Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Objectifs de l’ENPU Avant, il y a plusieurs dizaines d’années, ces conversions étaient réalisées par l’intermédiaire de machines électriques tournantes. (Exemple : Conversion AC vers DC = Groupe Ward Leonard) Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Recherches actuelles Structures Matériaux utilisés Compatibilité Électromagnétique Fonctionnement haute température Procédés et coûts de fabrication Coûts d’industrialisation Fiabilité Compacité Exemple : intégration en ENPU Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 0,5kW/litre 1 à 2kW/litre Composants monolithiques 4kW/litre Introduction à l’électronique de puissance Composants en l’ENPU Pertes aussi faibles que possible augmentation du rendement minimisation du poids et du coût des dispositifs de refroidissement pertes Pe CVS Composants jouant le rôle d’interrupteurs électroniques Ps Composants passifs non dissipatifs : Inductance Condensateur Transformateur Résistance Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Principe de découpage principe d’amplification linéaire Filtrage Stockage d’énergie Adaptation Introduction à l’électronique de puissance Intégration en ENPU Exemple de convertisseur DC/DC Filtre CEM Transformateur Filtre de sortie Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Intégration en ENPU Structure Passive Intégrée Monolithique But : Obtenir un composant monolithique céramique qui réalise la totalité des fonctions précédentes Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Dipôle actif, dipôle passif i Convention générateur D1 v Convention récepteur D2 Sens de transfert de l’énergie v D1 Générateur Dipôle actif D1 Récepteur Dipôle passif D1 Générateur Dipôle actif Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 0 v i D2 Générateur Dipôle actif D2 Récepteur Dipôle passif 0 D1 Récepteur Dipôle passif D2 Récepteur Dipôle passif Si v*i > 0 Si v*i < 0 D2 Générateur Dipôle actif i Introduction à l’électronique de puissance Exemples de dipôles Convention générateur Convention récepteur v v 0 batterie i 0 i Résistance Machine à courant continu Panneau solaire Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Types de sources Sources statiques (Variation infiniment lente) r0 Source de tension i v imposée i i imposé Source de courant Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 r v v Caractéristique Tension - Courant Introduction à l’électronique de puissance Évolution des sources Nature des sources facilement modifiables : par ajout de composants passifs i C v i v Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Règles d’associations CVS Règle 1 à respecter impérativement : une source de tension ne doit jamais être court-circuitée mais elle peut être ouverte ; Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Règles d’associations CVS Règle 2 à respecter impérativement : le circuit d’une source de courant ne doit jamais être ouvert mais il peut être court-circuité ; Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Règles d’associations CVS Règles 3 à respecter impérativement : il ne faut jamais connecter entre elles deux sources de même nature ; cela revient à dire qu’on ne peut connecter entre elles qu’une source de courant et une source de tension. Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Règles d’associations CVS Règle 4 à respecter impérativement : On ne peut connecter directement entre elles que des sources de nature différentes ; Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 Introduction à l’électronique de puissance Règles d’associations Exemple Convertisseur statique Tension/Courant Source de tension CVS Source de courant K1 K2 K1= 0 K2= 1 Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 K1= 1 K2= 0 Cellule de commutation K1= K2 Introduction à l’électronique de puissance Cas de source monophasée Exemple 1 Hacheur série et hacheur réversible en courant E 0 v Exemple 2 E -E GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 K2 K1=1 v=E v K2=1 v=0 Hacheur quatre quadrants et onduleur monophasé E Sébastien K1=K2 K1 v K1 K3 K2 K4 E K1=K2 K3=K4 K1=K4=1 v=E K2=K3=1 v=-E Introduction à l’électronique de puissance Cas de source polyphasée Exemple 3 Redresseur double alternance v -v Exemple 4 Redresseur triphasé double alternance Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1 K1 K3 K2 K4 v Exemple 5 Onduleur de tension triphasé Introduction à l’électronique de puissance Remarques Ce n’est pas le nom (redresseur, hacheur, onduleur, …) ou la désignation du montage qui est important, mais sa STRUCTURE. E K1 K3 K2 K4 Cette structure peut correspondre aussi bien à un montage redresseur monophasé, un hacheur série 4 quadrants, à un onduleur monophasé. Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu TSI 1
