Centre d`intérêt n° 8

CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Centre d’intérêt n° 8 :
Circuit_P_B122
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
Compte rendu
Chaîne d’information
ACQUERIR
TRAITE
R
COMMUNIQUE
R
Ordres
Consigne
Chaîne d’énergie
Energie
d'entrée
ALIMENTE
R
DISTRIBUE
R
CONVERTIR
AGIR
TRANSMETTRE
I- PRESENTATION :
Le joystick Side Winder de chez MICROSOFT est un équipement de jeux qui dans un mode de
fonctionnement permet d’avoir un retour de force.
II- PROBLEMATIQUE :
Fournir une énergie électrique suffisante permettant d’obtenir une force de réaction sur le
manche.
III- IDENTIFICATION DES ENERGIES :
Le joystick possède deux connecteurs :
- Un USB :Universal Sérial Bus.
- Un cordon secteur.
Type A
Type B
L'alimentation par le port USB.
On définit une unité de puissance correspondant à 100mA (500mW plus exactement). Par défaut un
appareil est en basse puissance et consomme une unité au maximum jusqu'à sa configuration; par
programmation il peut ensuite monter jusqu'à 5
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Caractéristiques moteurs:
Réducteur:
Roue dentée
Secteur denté
Module
Pignon moteur
Roue
Nombre de dents
30
0,5 mm
Roue
100
Pignon
21
Pignon
0,6 mm
Secteur denté
Moteur
20 / 120 dents
Pignon moteur
CONCLUSION :
Si on fait une analyse des puissances, on s’aperçoit que les moteurs ont une puissance de 11.4W
utile ( Pa=12 x 1.3 = 15.6 W) chacun.
Il faut une alimentation auxiliaire, d’où la prise secteur.
IV- CHOIX DU CONVERTISSEUR :
Il faut donc pouvoir convertir une énergie alternative en une énergie continue capable de fournir
la puissance nécessaire aux moteurs.
C’est le rôle de l’association Transformateur Diode Condensateur.
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
V- LA CONVERSION ALTERNATIF/CONTINU FIXE:
Ces convertisseurs permettent la conversion d’une énergie alternative en une énergie continue.
Si la tension de sorite est fixe on utilise des diodes (pont fixe), si l’on souhaite moduler cette énergie on
utilisera une association de diodes et thyristors (pont mixte) ou encore que des thyristors (pont complet).
Dans le laboratoire :
- Alimentation
- Chargeur du sécateur
- Le joystick
Hors du laboratoire :
- Les ascenseurs
- Les escalators
- L’informatique
V-1- Redressement mono alternance :
Dans ce montage la source alternative est convertie au moyen d’une seule diode.
Structure d’un redressement mono alternance :
Flécher les tensions et le courant sur la
XSC1
maille électrique.
G
A
B
T
Ecrire la maille électrique.
Analyser le fonctionnement pour les
deux cas de la tension d’entrée.
D1
V1
1BH62
10V 10Hz 0Deg
R1
330ohm
XSC2
G
A
B
T
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Remarque : Nous venons de créer une tension unidirectionnelle, mais ce qu’on souhaite c’est d’avoir
une tension continue.
Quel composant permet de stoker de l’énergie et de la restituer : LE CONDENSATEUR
On remarque que la tension tend à être continue mais il existe encore une grande ondulation.
V-2- Redressement bi alternance :
Dans ce montage la source alternative est convertie au moyen de 4 diodes.
Structure d’un redresseur 4 diodes (pont PD2 ou de Graetz) :
Flécher les tensions et le courant sur la
maille électrique.
Ecrire les mailles électriques.
Analyser le fonctionnement pour les
deux cas de la tension d’entrée.
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Remarque : La tension est toujours unidirectionnelle mais sur le même temps elle a une valeur
moyenne deux fois plus grande.
Si on place à présent un condensateur.
On obtient à présent une tension continue. Notre convertisseur est bien un convertisseur
alternatif/continu.
Si maintenant on diminue la charge le courant croit, le signal s’écroule car la source alternative et le
condensateur ne sont plus en mesure de fournir le courant nécessaire.
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Circuit_P_B122
Commande par modulation d’énergie
VI- STRUCTURE REELLE :
D21
R21 1kΩ
L12
Fu
D14
C11 22µF 275v
D15
D12
-
D22
230 v
D16
C14 68µF 400v
R11220kΩ
D17
L13
L21
C211000µF 25v
230 v
R12220kΩ
L11
R13 4.7kΩ
D11
C12 33nF
D13
T1
C17 47µF 25v
En réalité l’alimentation du joystick est faite de deux parties.
- Une conversion alternative/continue.
- Une conversion continue/continue (Hacheur – Alimentation à découpage
FORWARD)
VI- LA CONVERSION ALTERNATIVE/CONTINUE VARIABLE (redressement commandé):
VI-1- Nécessité :
Nous avons vue que nous pouvions convertir une tension sinusoïdale en une tension continue en utilisant
un redresseur à diode. Si l’on souhaite faire varier cette tension continue on utilise un convertisseur
continu/continu type hacheur, cela nous fait donc utiliser deux structures à interrupteurs statiques.
Quel est l’autre moyen ? Utiliser un redresseur commandé à thyristors
VI-2- Redressement commandé mono-alternance :
Dans cette structure on utilise un seul thyristor à l’image de ce qu’on a vu précédemment
Circuits_P_2_B122
[email protected]
+
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Représentation des tensions :
Angle de retard à l’amorçage de 135°
Tension moyenne
aux bornes de la
charge
Aux bornes de la charge
Aux bornes du thyristor
Angle de retard à l’amorçage de 45°
Tension moyenne
aux bornes de la
charge
Aux bornes de la charge
Aux bornes du thyristor
Conclusion : En déplaçant l’ordre de commande (retard à l’amorçage) on fait varier la tension moyenne
aux bornes de la charge. Cependant on perd une partie du signal nous sommes en mono-alternance.
Pour augmenter la tension moyenne nous pouvons ajouter un condensateur de filtrage :
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Angle de retard à l’amorçage de 45°
Tension moyenne
aux bornes de la
charge
Aux bornes de la charge
Aux bornes du thyristor
VI-3- Redressement commandé bi-alternance :
Dans cette structure on utilise un quatre thyristors à l’image de ce qu’on a vu précédemment
On a remplacé les 4 thyristors par
leur équivalent symbolique.
L’électronique de commande n’est
pas à étudier dans notre cas
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
Angle de retard à l’amorçage de 45°
Angle de retard à l’amorçage de 135°
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Circuit_P_B122
VII- SYNTHESE : DOCUMENT A COMPLETER :
Type de
conversion
Schéma
Allure des tensions
Valeur moyenne aux bornes de R
Valeur efficace aux bornes de R
U
t
D1
T
Redressement
Monoalternance
2
1 
 U R 
U sin wt.dt
T

UR
0
t
 U R 
UD
t
U
t
D1
Redressement
Mono alternance
avec filtrage
capacitif
UR
t
UD
t
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
T
2
1 2 2

U sin wt.dt
T
0

U
UR 
2
U R2

CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Redressement
Bi-alternance
Circuit_P_B122
T
2

1
 U R 
U sin wt.dt
T
2 0

U
D1
D2
1BH62
1BH62
T
U R2
2

1

U 2 sin 2 wt.dt
T
2 0
t
D1-D3
D2-D4
V1
 U R 
R1
10V 10Hz 0Deg
7.5kohm
UR
t
D4
D3
1BH62
1BH62
UD1-3
UD2-4
t
Redressement
Bi-alternance
avec filtrage
capacitif
D1
D2
1BH62
1BH62
U
t
V1
R1
10V 10Hz 0Deg
7.5kohm
D1-D3
D2-D4
UR
D4
D3
1BH62
1BH62
t
UD1-3
UD2-4
t
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
UR 


U
2
CIRCUITS DE PUISSANCE
Commande par modulation d’énergie
Redressement
Monoalternance
commandé
Circuit_P_B122
T
U
1
 U R 
T
D1
2N1599
2



U sin wt.dt
T
U R2
T
1

T
2
2
U

sin 2 wt.dt
T
t
Th1
V1
V2
100V 50Hz 0Deg
0V 5V 50Hz 3.0kohm

U
 U R 
(1  cos )
2
R1
UR
UR 

U
2 2
2  2  sin 2 )
t
UTh1
t
T
2

1
 U R 
U sin wt.dt
T
2 T

U
t
Th1-Th3
Th2-Th4
 U R 
UR
Redressement
Bi-alternance
commandé
t
Uth1-3
Uth2-4
t
Circuits_P_2_B122
[email protected]
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/

U

(1  cos )
T
U R2
2

1

U 2 sin 2 wt.dt
T
2 T
UR 


U
2 
2
(2  2  sin 2 )
CIRCUITS DE PUISSANCE
Circuit_P_B122
Commande par modulation d’énergie
R1
Valeur moyenne aux bornes de R
Vk
1kohm
V1
Hacheur 1
quadrant
M1
12V
MOS_3TDN_VIRTUAL
t
T
Ur1
1
<U>=
t
T2
T1
E
T3
Hacheur 4
quadrants
αT
T1-4
T2-3
VR
T4
Vc
Vc
T
VR
h+E
t
Vc
αT
VR
h
αT
T
t
t
T
αT
VR
h
αT
T
t
αT T
-E
<U>
<U>
<U>
<U>
Remarque : pour obtenir le fonctionnement onduleur, il faut garder  à 0.5 et faire varier la fréquence si on veut faire varier la vitesse
d’une machine à asynchrone.
Circuits_P_2_B122
[email protected]
t
T
http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
t