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CS Conversion statique d’énergie cours CS-1 Synthèse des convertisseurs
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Synthèse des convertisseurs statiques d’énergie
1- Introduction :
Un convertisseur statique est un montage utilisant des interrupteurs à semi-conducteurs permettant par
une commande convenable de ces derniers de régler un transfert d’énergie entre une source d’entrée et
une source de sortie comme le montre l’exemple ci-dessous :
CS : Convertisseur Statique
Il fait partie de la fonction Distribuer ou Moduler et intervient dans la chaîne d’énergie généralement entre
la source de la fonction Alimenter et le convertisseur électromécanique qui peut aussi être assimilé à une
source de la fonction convertir.
La source d’entrée peut être un générateur ou un récepteur (idem pour la source de sortie). On constate ici
que le transfert de puissance est inversé, on parlera alors de réversibilité des sources et du convertisseur
statique.
La synthèse des convertisseurs est une démarche qui permet de déterminer la structure du convertisseur
statique ainsi que la nature des interrupteurs en fonction de la nature des sources d’entrée et de sortie.
Compétences attendues : Modéliser et Résoudre
o Décrire les évolutions temporelles ou fréquentielles des grandeurs dans les chaînes d’énergie
o Adapter la typologie d’un convertisseur statique à la nature des sources
o Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants, des tensions, des puissances échangées.
C
S
Transfo
MS~
Réducteur
vent
Energie
électrique
Rotation
pales

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Il existe deux types de sources :
- Les sources de tension
- Les sources de courants
2- Définitions des sources de tension et courant :
2-1 Source de tension active :
Une source de tension idéale impose une tension à ses bornes, indépendamment du courant qui la
traverse. Exemple : une batterie, une alimentation stabilisée…
La source de tension sera qualifiée de réversible si la tension à ses bornes peut changer de signe.
2-2 Source de courant active :
Une source de courant idéale débite un courant, indépendamment de la tension à ses bornes. Exemple :
un panneau photovoltaïque.
La source de courant sera qualifiée de réversible si le courant débité peut changer de sens.
2-3 Les sources passives :
Dans les convertisseurs statique, les dipôles (condensateur et inductance) sont associés à des
interrupteurs électroniques (transistor, diode…) qui par commutation modifieront la configuration électrique
à des fréquences élevées.
Un dipôle sera qualifié de source passive de tension si la valeur instantanée de la tension à ses
bornes ne subit pas de discontinuité lors des commutations.
Un condensateur sera considéré comme une source passive de tension.
Un dipôle sera qualifié de source passive de courant si la valeur instantanée du courant qui la traverse
ne subit pas de discontinuité lors des commutations.
Une inductance sera considérée comme une source passive de courant.
A la différence des sources actives, ces sources ne sont pas capables de créer de l’énergie électrique mais
seulement de la stocker.
charge
V
I
V
I
charge
V
I
V
I

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2-4 compositions :
2-5 Règles d’association des sources de courant/tension :
On peut associer directement deux sources de nature différentes, mais jamais deux sources de
même nature.
Une source de tension ne doit jamais être en court-circuit, elle peut se trouver en circuit ouvert.
Une source de courant ne doit jamais se trouver en circuit ouvert, elle peut être en court-circuit.
3-Structure des convertisseurs :
La structure des convertisseurs dépend de :
- La nature des sources d’entrée et de sortie (tension ou courant);
- Le type de sources d’entrée et de sortie (polyphasé).
On parle alors de :
- convertisseurs statiques directs :
Tension → Courant
Courant → Tension
- convertisseurs statiques indirects :
Tension → Tension
Courant → Courant
une
source de tension en série avec
une forte inductance est équivalent à :
une source de courant.
une source de courant en parallèle
avec un fort condensateur est
équivalent à :
une source de tension .
L
C
pour affirmer une source de tension,
on disposera d’un condensateur en
parallèle.
C
L
pour affirmer une source de
courant, on disposera d’une
inductance en série.
C
L

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3-1 Convertisseurs statiques directs :
Convertisseur direct tension-courant
On considère une conversion associant une source de tension à une source de courant. Il existe trois types
de connexions possibles entre ces deux sources :
On notera que ces trois types d’interconnexions sont nécessaires pour permettre tous les échanges et les
réglages d’énergie entre la source de tension et la source de courant.
La solution la plus flexible, est d’utiliser un montage constitué de 4 interrupteurs :
- Lorsque K1 et K3 sont fermés, on retrouve le cas n°1.
- Lorsque K2 et K4 sont fermés, on retrouve le cas n°2.
- Lorsque K1 et K4 sont fermés ou K2 et K3 sont fermés, on retrouve le cas n°3.
On retrouve cette structure de base dans les hacheurs et en partie dans les onduleurs.
Convertisseur direct courant- tension
Ce type de convertisseur correspond au montage redresseur ou commutateur de courant selon les
auteurs. On retrouve la même structure que pour le convertisseur direct tension-courant. On a pour
habitude dans un montage redresseur de disposer la source de courant en sortie et la source de tension en
entrée.
C
S
C
S
C
S
P = Ve.Is (cas 1)
P =
-
Ve.Is (cas 2)
P = 0 (cas 3)
C
S
K1
K2
K3
K4
v
K1
v
K2
v
K4
v
K3
C
S
K1
K2
K3
K4
v
K1
v
K2
v
K4
v
K3

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3-2 Convertisseurs statiques indirects :
Convertisseur indirect tension-tension :
On ne peut connecter entre elles deux sources de même nature, il faut donc convertir une des sources
en source courant ou alors utiliser un élément de stockage inductif qui permet de disposer d’une source de
courant dynamique comme le montre la figure ci-dessous.
Dans ce type de convertisseur les deux sources de tension ne sont jamais connectées simultanément à
l’élément de stockage mais successivement.
- l’inductance stocke l’énergie fournie par la source de tension (K1 ON, K2 K3 K4 K5 OFF)
- l’inductance restitue son énergie à l’autre source de tension (K1 OFF, K2 K4 ON ou
K3 K5 ON).
Convertisseur indirect courant-courant :
Dans ce type de convertisseur les deux sources de courant ne sont jamais connectées simultanément à
l’élément de stockage capacitif mais successivement.
- le condensateur stocke l’énergie fournie par une source de courant (K2 K3 ON, K1 K4 K5 OFF) ;
- le condensateur restitue son énergie à l’autre source de courant soit dans un sens (K1 K2 K4 ON,
K3 K5 OFF), soit dans l’autre (K1 K5 K3 ON, K2 K4 OFF).
Si la source de tension est bidirectionnelle, les interrupteurs devront supporter une tension bidirectionnelle.
De même si la source de courant est bidirectionnelle, les interrupteurs devront supporter un courant
bidirectionnel !
La réversibilité des interrupteurs est liée à la réversibilité des sources en tension pour une source
de tension et en courant pour une source de courant.
C
S
C
S
K2
K3
K4
K5
v
K2
v
K3
v
K5
v
K4
K1
v
K1
L
K2
K3
K4
K5
v
K2
v
K3
v
K5
v
K4
K1
v
K1
C