REALISATION D`UN REDRESSEUR TRIPHASE COMMANDE PAR

‫الجمـهوريــة الجزائريــة الديمقراطيــة الشعبيــة‬
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
‫وزارة التعليــم العالــي و البحــث العلم ـي‬
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA
RECHERCHE SCIENTIFIQUE
1 ‫جامعـــــــة قسنطينـــــــــة‬
UNIVERSITE CONSTANTINE I
‫كلـيــة علوم التكنولوجيا‬
FACULTE DES SCIENCES DE LA
TECHNOLOGIE
DEPARTEMENT : ELECTROTECHNIQUE
‫الكتروتقني‬: ‫قسم‬
……………………………………………………………………….………………………………………………………………
N° d’ordre : ….
Série : ….
Mémoire
Présenté en vue de l’obtention du
Diplôme de Master en Electrotechnique
Option
Electrotechnique
Thème
REALISATION D’UN REDRESSEUR TRIPHASE
COMMANDE PAR LA CARTE ARDUINO
Présenté par:
TALBI AMAR
Encadreur:
DR. LOUZ LAMRI
Promotion 2013/2014
Dédicace
Ce qui sont les plus chers au monde, mes parents :
A mon père, pour m'avoir soutenu moralement, matériellement et
financier jusqu'à ce jour. Père, ce travail est le tien.
A ma mère, voici l'aboutissement de tes nombreuses nuits de prières de
ta sagesse et ta générosité pour votre petit fils. Chère mère, ce travail est le
fruit de tes efforts.
A mon frère Samir le chemin est dur et encore long, il faudrait du
courage et beaucoup de chance, que dieu te garde.
J e n’oublie jamais la générosité illimitée de mes sœurs : Hayet ,Leila et
Hassiba
Leurs soutien moral et financier, sans lesquels je n’aurais pu continuer
mes études dans de bonnes conditions, tous simplement je voudrais leurs dire
je les aime de tout mon cœur. … … . . .
A mes neveux et nièces : Boutout Mohamed Louai et ses jumeaux
Rayen, Raid Je vous souhaite beaucoup de chance. J’espère que vous allez
suivre le pas de votre tante, que Dieu vous protège.
A mes oncles, Mes tantes.mes cousins
A tous mes collègues .Hamza, Samir, Salah, Badis, Adlene, Farid,
Walid, Amine, Issam, Riyad, Djamel, Bilal, Hicham, Tiyeb, Zinou,
Oussama, seifou, Adel, Yasser…
AMAR
Remerciement
Je tiens tous d’abord à remercier Dieu le tout puissant et miséricordieux, qui m’a donné la
force et la patience d’accomplir ce travail.
Ce mémoire n'aurait pu voir le jour sans la participation de nombreuses personnes, je veux
m’essayer à trouver les mots justes pour exprimer spécifiquement nos reconnaissances à tous ceux
qui ont contribués de près ou de loin à ce travail.
En seconde lieu, je tiens à remercier mon encadreur LOUZ Lamri, Pour ses nombreux
conseils et sa compréhension, sa grande disponibilité qui a rendu ce travail enrichissant sur le plan
scientifique.
On ‘exprime nos plus vifs remerciements à professeure Abdelmalek KHAZZAR et son
groupe, pour son aide.
mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à
mon recherche en acceptant d’examiner mon travail et l’enrichir par leurs propositions malgré leurs
multiples charges et préoccupations.
Mes sentiments de reconnaissance et mes remerciements vont également à tous mes amis du
laboratoire pour les sympathiques moments qu’on a passé ensemble.
Enfin, je tiens également à remercier gracieusement toute personne qui a contribuée de près
ou de loin à la réalisation de ce travail.
Liste des figures
CHAPITRE I GENERALITE SUR LE THYRISTOR
FIG.I. 1. Évolution de l'électronique de puissance ................................................................................. 3
FIG.I. 2. Zones approximatives (Puissance/Fréquence) d’utilisationdes principaux semi-conducteurs
de puissance ........................................................................................................................................... 5
FIG.I. 3. semi-conducteur extrinsèque de type ( N )............................................................................. 5
FIG.I. 4. semi-conducteur extrinsèque de type (P) ................................................................................ 6
FIG.I. 5. La jonction (PN) ...................................................................................................................... 6
FIG.I. 6. (a) Symbole (b) quelques types de boitiers .............................................................................. 6
FIG.I. 7. La caractéristique statique d’une diode (idéale, réelle) ............................................................ 7
FIG.I. 8. Conception de thyristor............................................................................................................ 7
FIG.I. 9. Quelques types de boitiers. ...................................................................................................... 8
FIG.I. 10. Chronogrammes d’une commutation naturelle ...................................................................... 8
FIG.I. 11. blocage par commutation forcée ............................................................................................ 9
FIG.I. 12. Caractéristiques statique d’un thyristor .................................................................................. 9
FIG.I. 13. Aperçu du redresseur et de sa commande ............................................................................ 10
FIG.I. 14. Commande par TI. ............................................................................................................... 11
FIG.I. 15. Isolement galvanique par opto-coupleur .............................................................................. 11
CHAPITRE II LES REDRESSEURS
FIG.II. 1. Modulateurs d’énergie .......................................................................................................... 14
FIG.II. 2. Redresseurs triphasés. (a) P3. (b) PD3. (c) S3. ..................................................................... 15
FIG.II. 3.redresseurs simple alternance charge résistive....................................................................... 16
FIG.II. 4. redresseurs simple alternance charge inductive .................................................................... 17
FIG.II.5.redresseurs simple alternance charge résistive avec source de tension continue E…………..17
FIG.II. 6. redresseurs simple alternance charge RLE .......................................................................... 18
FIG.II. 7 .Taux d’ondulation ................................................................................................................ 25
FIG.II. 8. Filtrage et lissage .................................................................................................................. 25
FIG.II. 9 .Filtrage et lissage pont de Graëtz triphasé PD 3. .................................................................. 25
CHAPITRE III DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
FIG.III. 1 . Quelques types de boitiers ................................................................................................. 29
FIG.III. 2 .Présentation de la carte arduino.......................................................................................... 30
FIG.III. 3 .Representation micro controleur (atmega328) ................................................................. 31
FIG.III. 4 .Explication de l’enter faces du logicielle arduino ............................................................... 32
CHAPITRE IV REALISATION PRATIQUE ET SIMULATION
D’UN REDRESSEUR TRIPHSE
FIG.IV. 1.Schéma principe de commande ............................................................................................ 35
FIG.IV. 2 .circuit de synchrones au réseau ........................................................................................... 36
FIG.IV. 3 .simulation du circuit par logiciel ISIS ................................................................................. 36
FIG.IV. 4 .Circuit imprimé à la forme PDF........................................................................................ 37
FIG.IV. 5 .Circuit imprimé ................................................................................................................... 37
FIG.IV. 6 .placement les composants sur le Circuit imprimé .............................................................. 37
FIG.IV. 7 .circuit d’alimentation et synchronisation ............................................................................ 38
FIG.IV. 8 .La bibliothèque Arduino IO sur de MATLAB .................................................................... 38
FIG.IV. 9 .simulation sur MATLAB .................................................................................................... 38
FIG.IV. 10 .Résultat sur scope de MATLAB ....................................................................................... 39
FIG.IV. 11.les essais sur logiciel ISIS .................................................................................................. 39
FIG.IV. 12 .Le résultat sur les scopes ................................................................................................... 39
FIG.IV. 13 .le circuit amplification et isolement galvanique ................................................................ 40
FIG.IV. 14 .Transformateur d’impulsion ............................................................................................. 40
FIG.IV. 15 .La forme de sortie d’un Transformateur d’impulsion ...................................................... 41
FIG.IV. 16 .Le circuit de commande .................................................................................................... 41
FIG.IV. 17 .circuit de puissance ........................................................................................................... 41
FIG.IV. 18 Redresseuse Triphasé ......................................................................................................... 42
FIG.IV. 19 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 0°) ....................... 43
FIG.IV. 20 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 30°) ..................... 43
Liste des tableaux
CHAPITER I
TAB.I. 1 Applications de l'électronique de puissance [Claude Chevassu] ........................................ 4
CHAPITER I I
TAB.II. 1. les grandeurs quantitatives ............................................................................................. 19
TAB.II. 2 .Redressement mono alternance ...................................................................................... 20
TAB.II. 3 Pont de Graëtz monophasé PD 2..................................................................................... 21
TAB.II. 4 . Redressement triphasé simple alternance P3 ................................................................ 22
TAB.II. 5 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3- ................................................ 23
TAB.II. 6 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3- ................................................ 24
TAB.II. 7.variation de FP en fonction de p- Montage parallèle- ..................................................... 26
TAB.II. 8 . variation de FP en fonction de p - Montage parallèle double- ....................................... 27
CHAPITER III
TAB.III. 1 caractéristiques de la carte arduino uno ......................................................................... 30
TAB.III. 2. structure d’un programme ............................................................................................ 33
Sommaire
CHAPITRE I GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.1.INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 3
I.2.CLASSIFICATION DE L’ELECTRONIQUE ........................................................................................... 3
I.3.ÉVOLUTION DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ......................................................................... 3
I.4.DOMAINES D'APPLICATION DES INTERRUPTEURS ELECTRONIQUES ....................................... 4
I.5.ZONES APPROXIMATIVES (PUISSANCE/FREQUENCE) D’UTILISATION DES PRINCIPAUX
SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE .................................................................................................... 4
I.6.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE (N) ....................................................................................................... 5
I.7.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE ( P ) ..................................................................................................... 5
I.8.LA JONCTION (PN): ................................................................................................................................. 6
I.9.LA DIODE .................................................................................................................................................. 6
I.9.1.Symbole ..................................................................................................................................... 6
I.9.2.CARACTERISTIQUES STATIQUES : .................................................................................... 7
I.10.LE THYRISTOR ...................................................................................................................................... 7
I.10.1.PRESENTATION : .................................................................................................................. 7
I.10.2.SYMBOLE: ............................................................................................................................. 7
I.10.3.QUELQUES TYPES DE BOITIERS : .................................................................................... 8
I.10.4.PROTECTION D’UN THYRISTOR ....................................................................................... 8
I.10.5.LES CONDITIONS D’AMORCAGE...................................................................................... 8
I.10.6.MODE DE BLOCAGE DE THYRISTOR............................................................................... 8
I.10.6.1.BLOCAGE PAR COMMUTATION NATURELLE ........................................................ 8
I.10.6.2.BLOCAGE PAR COMMUTATION FORCEE .................................................................... 9
I.10.7.CARACTERISTIQUES DE THYRISTOR ............................................................................. 9
I.10.8.CIRCUIT DE COMMANDE DE GACHETTE ................................................................................... 10
I.10.7.1.MODELISATION ET COMMANDE DE LA GACHETTE .......................................... 10
I.10.8.2.EXPLICATION DE LA COMMANDE.......................................................................... 10
I.10.8.3.MODE DE COMMANDE .............................................................................................. 10
I.11.CONCLUSION ....................................................................................................................................... 12
CHAPITRE II LES REDRESSEURS
II.1.INTRODUCTION ................................................................................................................................... 14
II.2.LES MODULATEURS D’ENERGIE ..................................................................................................... 14
II.3.LES TROIS TYPES DE MONTAGES REDRESSEURS ....................................................................... 14
II.4.PRINCIPE DE L'ETUDE D'UN MONTAGE ......................................................................................... 15
II.5.REDRESSEMENT NON COMMANDE (DIODES) .............................................................................. 16
II.5.1.ANALYSE DE FONCTIONNEMENT D'UN SYSTEME SIMPLE…………………………...16
II.5.1.1.DEBIT SUR CHARGE RESISTIVE ............................................................................... 16
II.5.1.2.DEBIT SUR CHARGE INDUCTIVE ............................................................................. 16
II.5.1.3.DEBIT SUR CHARGE AVEC F.C.E.M. ........................................................................ 17
II.5.1.4.DEBIT SUR CHARGE RLE RESISTIVE ET INDUCTIVE…………………………...18
II.5.2.FONCTIONNEMENT DES REDRESSEURS SIMPLE ALTERNANCE : MONTAGE P3 . 18
II.5.3.REDRESSEMENT PARALLELE DOUBLE OU EN PONT : MONTAGE PD3 .................. 19
II.6.LES REDRESSEURS COMMANDES .................................................................................................. 19
II.7.TAUX D’ONDULATION ....................................................................................................................... 24
II.8.FILTRAGE ET LISSAGE ....................................................................................................................... 25
II.9.FACTEUR DE PUISSANCE SECONDAIRE ........................................................................................ 26
II.9.1.MONTAGE PARALLELE ..................................................................................................... 26
II.9.2.MONTAGE PARALLELE DOUBLE .................................................................................... 26
II.10.CONCLUSION ..................................................................................................................................... 27
CHAPITRE III DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
III.1.INTRODUCTIO ..................................................................................................................................... 29
III.2.PRESENTATION .................................................................................................................................. 29
III.3.LE BUT ET L'UTILITE ......................................................................................................................... 29
III.4.QUELQUES TYPES DE BOITIERS : ................................................................................................... 30
III.5.CARACTERISTIQUES DE LA CARTE ARDUINO UNO : ................................................................ 30
III.6.MATERIELLE ....................................................................................................................................... 30
III.6.1.REPRESENTATION MICRO CONTROLEUR (ATMEGA328) ...................................... 31
III.7.LOGICIEL ............................................................................................................................................. 32
III.7.1.LES CONDITIONS D'UN PROGRAMMATION ARDUINO: ............................................ 32
III.7.3.STRUCTURE D’UN PROGRAMME : ................................................................................ 33
III.8.CONCLUSION ...................................................................................................................................... 33
CHAPITRE IV REALISATION PRATIQUE ET SIMULATION
D’UN REDRESSEUR TRIPHSE
IV.1.INTRODUCTION.................................................................................................................................. 35
IV.2.MODELE GENERALE : ....................................................................................................................... 35
IV.3.DETECTE LE DEBUT D’UNE DEMI-PERIODE (FRONT-MONTANT) .......................................... 35
IV.3.1.COMPOSANTS DE CIRCUIT DE SYNCHRONES AU RESEAU…….…………………….35
IV.4.FABRICATION DU CIRCUIT D'ALIMENTAION ET SYNCHRONISATION………………….….36
IV.4.1.COMPOSANTS DE LA CARTE D’ALIMENTATION : .................................................... 36
IV.4.2.LES ETAPES ........................................................................................................................ 36
IV.5. PARTIE DE LA COMMANDE ............................................................................................................ 38
IV.5.1. CARTE ARDUINO ............................................................................................................. 38
IV.5.1.1.CARTE ARDUINO DEVIENT UN PERIPHERIQUE D'ENTREE SORTIE ............... 38
IV.5.1.2. ESSAIS SUR LOGICIEL ISIS ...................................................................................... 39
IV.6. CIRCUIT D’AMPLIFICATION ET L’ISOLEMENT GALVANIQUE ............................................... 40
IV.6.1.TRANSFORMATEUR D’IMPULSION ............................................................................... 40
IV.7.LE CIRCUIT DE PUISSANCE ............................................................................................................. 41
IV.8. RESULTATS EXPERIMENTALE....................................................................................................... 42
IV.9.CONCLUSION ...................................................................................................................................... 43
INTRODUCTION GENERALE
Ce projet a été réalisé dans le cadre de la formation Master 2 recherche, option
électrotechnique, au sein du laboratoire d'électrotechnique de Constantine (LEC). L'objectif de ce
projet est la réalisation de redresseur triphasé (PD3) et de manipuler leur commande.
Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de
l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu. Alimentés par
une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courant
continu le récepteur branché à leur sortie.
Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pas de faire varier le rapport
entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont
irréversibles, c'est-à-dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu.
Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent, pour une tension alternative
d'entrée fixée, de faire varier la tension continue de sortie. Ils sont de plus réversibles ; lorsqu'ils
assurent le transfert de puissance du côté continu vers le côté alternatif, on dit qu'ils fonctionnent en
onduleurs non autonomes.
Ce mémoire contient quatre chapitres, organisés comme suit:

Dans le premier chapitre nous allons faire présenter des notions générales sur les semiconducteurs et l’étude de leurs caractéristiques statiques. Aussi, le fonctionnement des
semi-conducteurs commandés par un courant de gâchette (thyristor).

Dans le deuxième chapitre nous exposerons quelques généralités sur les redresseurs non
commandés (diode), commandés (thyristor)

Dans le troisième chapitre, nous allons d'abord discuter la description de la carte Arduino
et parler leur coté logiciel.

Dans le quatrième chapitre nous allons décrire la fabrication et simulation de redresseur
triphasé et la comparaison entre eux.

Enfin, dans la dernière partie, nous présentons les conclusions de cette étude ainsi que les
perspectives envisageables pour la poursuite de ce travail.
CHAPITRE I
GENERALITE SUR LE
THYRISTOR
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.1.INTRODUCTION
Dans ce chapitre nous allons présenter des notions générales sur les semi-conducteurs de
commutation naturelle (diode) et leurs caractéristiques statiques. Aussi, le fonctionnement des semiconducteurs commandés par un courant de gâchette (thyristor), pour l’évolution des différents
modes de commande et les performances relatives des composants en fonction des tensions
d’alimentation et des fréquences dans les convertisseurs AC/DC commandés l'électronique de
puissance.
I.2.CLASSIFICATION DE L’ELECTRONIQUE
L’électronique prise dans sa globalité comporte deux grandes familles :
 l’électronique des courants faibles, qui comporte-t-elle - même deux sous catégories :
 l’électronique analogique, dont la principale fonction consiste à amplifier et filtrer les
signaux, et dont les principales caractéristiques s’expriment sous forme de gains et les
constantes de temps.
 l’électronique numérique, dont la principale fonction consiste à réaliser des fonctions
combinatoires et séquentielles, allant delà porte logique au microprocesseur le plus
évolué.
 l’électronique de puissance ou électronique des courants forts, dont la principale fonction
est une transformation de la présentation de l’énergie électrique entre une source et un
récepteur, et dont la principale caractéristique est le rendement de la conversion de
puissance recherchée.
I.3.ÉVOLUTION DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
FIG.I. 1. Évolution de l'électronique de puissance
3
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.4.DOMAINES D'APPLICATION DES INTERRUPTEURS
ELECTRONIQUES
TAB.I. 1 Applications de l'électronique de puissance
Réseaux
électriques
Alimentation
électrique
Applications
résidentielles
Applications
spatiales
Autres
Transport à courant continu (HTCC)
Systèmes FACTS
Compensateurs statiques
Filtres harmoniques
Qualité de l'onde
Énergies renouvelables
Stockage d'énergie
Télécommunication
Ordinateurs
Équipements de bureau
Instruments électroniques
Équipements électroniques mobiles
Éclairage
Chauffage
Climatisation
Réfrigération
Équipements de cuisine
Laveuse, sécheuse
Équipements de divertissement
Réseaux embarqués (vaisseau, satellite)
Systèmes d'alimentation
Commande de réacteur nucléaire
Alimentation pour accélérateur de particules
Ingénierie de l'environnement
I.5.ZONES APPROXIMATIVES (PUISSANCE/FREQUENCE)
D’UTILISATION DES PRINCIPAUX SEMI-CONDUCTEURS DE
PUISSANCE
Lorsque l’on étudie les performances relatives des composants en fonction des tensions
d’alimentation et des fréquences auxquelles le composant est capable de fonctionner, on peut tracer
le domaine suivant :
4
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
FIG.I. 2. Zones approximatives (Puissance/Fréquence) d’utilisationdes
principaux semi-conducteurs de puissance
I.6.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE (N)
C'est le cas d’ajouter au semi-conducteur des atomes ou des impuretés possèdent 5 électrons
périphérique comme (phosphore) …, on se retrouve alors avec un électron supplémentaire, donc
LIBRE et qui a la propriété de se déplacer dans le cristal. Nous parlons de porteurs de charge
mobiles.
Les porteurs des charges majoritaires sont alors de polarisation négative. Le cristal dans ce cas est
dit dopée N.
FIG.I. 3. semi-conducteur extrinsèque de type ( N )
I.7.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE ( P )
Ici, les atomes d'impureté sont des accepteurs (bore, aluminium, gallium, indium), ils ont
seulement trois électrons sur la couche de valence. Si on les introduit dans un cristal intrinsèque, ils
mettent en commun leurs 3 électrons avec les 4 atomes du semi-conducteur qui les entourent pour
former les liaisons de valence. Donc le semi-conducteur doit fournir un électron ce qui
résulte que le nombre de trou dans le cristal augmente donc les porteur majoritaire son des
trous (+), alors le matériau est dit dopé P.
5
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
FIG.I. 4. semi-conducteur extrinsèque de type (P)
I.8.LA JONCTION (PN):
Il résulte d’une jonction PN deux zones, une zone polarisé positivement P et une zone
polarisé négativement N, les deux zones sont séparés par un isolant alors jonction PN non alimentée
est à l'image d'un condensateur appeler la diode.
FIG.I. 5. La jonction (PN)
- la zone frontière entre la région p et la région n est appelée métallurgique.
- si on trouve le même matériau dans les deux zones dopée , cette jonction est appelée homojonction.
I.9.LA DIODE
La diode est l’élément de base utilisé dans les convertisseurs AC/DC non commandés, (ni à la
fermeture ni à l’ouverture). Elle n’est pas réversible en tension et ne supporte qu’une tension
anode-cathode négative (VAK < 0) à l’état bloqué. Elle n’est pas réversible en courant et ne
supporte qu’un courant dans le sens anode-cathode positif à l’état passant (IAK > 0).
I.9.1.Symbole
(a)
(b)
FIG.I. 6. (a) Symbole (b) quelques types de boitiers
6
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.9.2.CARACTERISTIQUES STATIQUES :
FIG.I. 7. La caractéristique statique d’une diode (idéale, réelle)
Les critères principaux de choix d’une diode sont :
 I0 le courant direct moyen.
 VRRM la tension inverse de crête répétitive.
 Le type de boîtier.
I.10.LE THYRISTOR
I.10.1.PRESENTATION :
Le thyristor est un interrupteur statique, unidirectionnel en courant, bidirectionnel en tension, à l'état
solide constitué de quatre couches, alternativement dopées N et P, commandé à la ouverture.
I.10.2.SYMBOLE:
Le thyristor est un dispositif semi-conducteur formé de quatre couches de dopages alternés:
 La couche de cathode de type N, elle est reliée par métallisation à l'électrode de cathode.
 La couche de commande de type P, elle est reliée à l'électrode de gâchette G.
 La couche de blocage de type N.
 La couche d'anode de type P, elle est reliée par métallisation à l'électrode d'anode A
FIG.I. 8. Conception de thyristor
7
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.10.3.QUELQUES TYPES DE BOITIERS :
FIG.I. 9. Quelques types de boitiers.
I.10.4.PROTECTION D’UN THYRISTOR
I.10.5.LES CONDITIONS D’AMORCAGE

Tension entre l’anode et la cathode positive et supérieure au seuil minimum.

Courant de gâchette Ig supérieur à la valeur minimale requise.
I.10.6.MODE DE BLOCAGE DE THYRISTOR
I.10.6.1.BLOCAGE PAR COMMUTATION NATURELLE
Ce blocage intervient par extinction naturelle du courant anode-cathode, le montage suivant fournit
un exemple de commutation naturelle qui se traduit par la figure :
FIG.I. 10. Chronogrammes d’une commutation naturelle
8
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.10.6.2.BLOCAGE PAR COMMUTATION FORCEE
Ce blocage est imposé par la mise en conduction d’un autre composant (circuit d’extinction),
qui applique une tension négative aux bornes du thyristor, provoquant donc son extinction. Les
deux thyristors sont initialement bloqués. Dès que ThP est amorcé, il conduit et assure le courant
iP dans la charge.
Dès l’amorçage de ThE, la tension VAK = –uC est donc négative et bloque ThP.
FIG.I. 11. blocage par commutation forcée
I.10.7.CARACTERISTIQUES DE THYRISTOR
FIG.I. 12 Caractéristiques statique d’un thyristor
Les critères principaux de choix d’un thyristor sont :

I0 le courant direct moyen à l’état passant

IT (RMS) le courant efficace à l’état passant

VRRM la tension inverse de crête répétitive

VDRM la tension directe de crête répétitive à l’état bloqué

Les temps d’amorçage et de désamorçage
9
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.10.8.CIRCUIT DE COMMANDE DE GACHETTE
I.10.7.1.MODELISATION ET COMMANDE DE LA GACHETTE
La gâchette peut être assimilée à une diode de grande résistance dynamique : tension de seuil
VGK0 et résistance RGK. Pour provoquer l’amorçage, on doit établir dans la gâchette un courant
iG de quelques centaines de mA tant que le courant d’anode n’a pas atteint Ih.
I.10.8.2.EXPLICATION DE LA COMMANDE
 L’énergie à contrôler provient souvent d’un réseau sinusoïdal. Il faut donc que le
commutateur soit mis en conduction de manière synchrone du réseau. Pour cela on
détecte le début d’une demi-période (front-montant) qui sert de référence.
 L’amorçage du thyristor est alors retardé par rapport à cet instant.
 De plus, les signaux de commande opèrent à des niveaux de puissance faibles. Pour
assurer un courant suffisant dans la gâchette, un étage amplificateur adapte les signaux
issus de la commande.
 D’autre part, les niveaux de tension de la partie puissance sont élevés : la séparation par
un isolement galvanique s’impose.
Toutes ces fonctions s’intègrent dans l’ensemble entre la commande et les gâchettes (avant la
puissance) pour constituer le circuit d’interface entre la commande et la puissance (FIG.I.13)
FIG.I. 13 Aperçu du redresseur et de sa commande
I.10.8.3.MODE DE COMMANDE
I.10.8.3.1.ISOLEMENT GALVANIQUE MAGNETIQUE PAR TRANSFORMATEUR
D’IMPULSIONS
Un transformateur d’impulsions possède un circuit magnétique en ferrite pour minimiser les
pertes fer. Son rapport de transformation est généralement unitaire <FIG.I.15>.Son utilisation
10
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
normale a lieu dans la zone linéaire du matériau magnétique. Là, les relations qui s’appliquent
sont :
𝑈1 = 𝑈1 = 𝑁
𝑑∅
𝑑𝑡
( Faraday )
Pendant l’application d’une impulsion de commande à la base de T, la tension u2 = u1 = E
apparaît au secondaire du TI pour créer le courant d’amorçage iG : c’est la phase de
magnétisation. Au blocage de T, les diodes D et Dz sont transitoirement passantes pour
imposer une tension négative au primaire du TI. Ceci provoque la décroissance puis l’annulation
du flux : c’est la phase de démagnétisation.
FIG.I. 14. Commande par TI.
I.10.8.3.2.ISOLEMENT GALVANIQUE OPTIQUE PAR OPTO-COUPLEUR ET/OU FIBRE
OPTIQUE
L’isolement galvanique de l’impulsion de gâchette peut être obtenu par un intermédiaire optique
(opto-coupleur), Sur la <FIG.I.16>, le transistor de sortie du composant est saturé lorsque la diode
émissive envoie une énergie lumineuse suffisante. Il est bloqué sinon.
L’inconvénient majeur de cette solution est la nécessité d’une alimentation isolée E2 référencée par
rapport à la cathode du thyristor Th pour fournir l’énergie nécessaire au déblocage (donc une
alimentation par composant si les cathodes ne sont pas communes).
Par contre, ce système possède l’avantage de pouvoir transmettre des impulsions longues, et il est
insensible aux perturbations électromagnétiques.
FIG.I. 15 Isolement galvanique par opto-coupleur
11
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR
I.11.CONCLUSION
Dans ce chapitre nous avons présenté des notions générales sur les interrupteurs électriques, leurs
principes de commande.
Le chois d’un thyristor nous permet de joué sur la valeur moyen d’une tension redressée par l’ongle
d’amorçage d’un thyristor. Dans le chapitre suivant nous allons utiliser ce composent pour la
conversion AC/DC.
12
CHAPITRE II
LES REDRESSEURS
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
II.1.INTRODUCTION
Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de
l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu, alimentés par
une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courant
continu le récepteur branché à leur sortie.
Dans ce chapitre nous allons étudier le principe de fonctionnement de redresseur non commandé et
commandé et calculée les grandeurs quantitatif.
II.2.LES MODULATEURS D’ENERGIE
La « mission » de l’électronique de puissance est de convertir une énergie électrique de départ en une énergie
électrique de tension, fréquence ou type de courant (~ ou =) différents, de valeur variable ou fixe.
FIG.II. 1 Modulateurs d’énergie
II.3.LES TROIS TYPES DE MONTAGES REDRESSEURS
Pour obtenir une tension continue, on redresse un ensemble de q tensions alternatives, d'ordinaire
supposées sinusoïdales et formant un système polyphasé équilibré (nombre de phases q). Ces
tensions peuvent être les tensions aux bornes d'un alternateur, généralement, elles sont fournies par
le réseau monophasé ou plus souvent par le réseau triphasé, d'ordinaire par l'intermédiaire d'un
transformateur. On distingue trois types de montages :
 Pq : montages avec source en étoile et un seul commutateur ou redresseur "simple
alternance".
14
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
 PDq : montages avec source en étoile et deux commutateurs ou redresseurs "en pont" avec
source étoilée.
 Sq : montages avec source en polygone et deux commutateurs ou redresseurs "en pont" avec
source polygonale.
La figure II.2 donne le schéma électrique des montages P3, PD3 et S3. Ces trois montages sont le
plus communément utilisés pour le redressement de tensions triphasées.
FIG.II. 2 Redresseurs triphasés. (a) P3. (b) PD3. (c) S3.
II.4.PRINCIPE DE L'ETUDE D'UN MONTAGE
L'étude d'un montage doit servir, pour le concepteur, à déterminer les caractéristiques de chaque
élément constitutif (transformateur, diodes, thyristors,...). Elle doit également permettre de calculer
et définir les protections contre des échauffements dus à des surtensions ou sur courants (dus à des
courts-circuits) éventuels.
On procède en général en quatre étapes :
 ETUDE DES TENSIONS (de l'entrée vers la sortie) En partant des tensions
alternatives à l'entrée, on calcule la tension redressée à vide et la tension maximale aux
bornes des semi-conducteurs. Pour cette étude on suppose négligeables les impédances
de la source et des éléments du montage, ce qui est réaliste compte tenu des faibles
chutes de tension qu'elles occasionnent.
 ETUDE DES COURANTS (de la sortie vers l'entrée) A partir du courant débité
supposé continu, on calcule la valeur du courant dans les semi-conducteurs ainsi que
dans les enroulements secondaires et primaires du transformateur. Les chutes de
tension dues aux impédances citées précédemment sont négligées.
 ETUDE DES CHUTES DE TENSION A l'aide des courants ainsi déterminés, on
peut maintenant calculer les diminutions de la tension redressée dues aux résistances,
aux inductances et à la chute de tension interne des semi-conducteurs.
15
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
 ETUDE DU FONCTIONNEMENT EN COURT-CIRCUIT
II.5.REDRESSEMENT NON COMMANDE (DIODES)
II.5.1.ANALYSE DU FONCTIONNEMENT D’UN SYSTEME SIMPLE

1er principe : la loi des branches (ou la loi des mailles) se vérifie à chaque instant
V~ entrée = Vdiode + Vcharge

2ème principe : quand la diode est passante Vdiode ≈ 0

3ème principe : quand la diode est bloquée Vdiode ≈ pleine tension

4ème principe : la tension RI aux bornes d’un résistor est "l’image" du courant I.
Idiode = 0
II.5.1.1.DEBIT SUR CHARGE RESISTIVE
Pendant 10 ms, la diode est passante, Vdiode est nulle, toute la tension d’entrée est aux bornes de
la charge. Le courant a la même forme que la tension Vcharge (Vcharge = RI).
Pendant alternance négative, la diode se bloque. C’est une coupure donc
"reste" plus rien pour la charge, donc Vcharge = 0
et bien sûr, I = 0
Vdiode = Ventrée , il ne
FIG.II. 3 redresseurs simple alternance charge résistive
II.5.1.2.DEBIT SUR CHARGE INDUCTIVE
Un relais est fait de fil de résistance R ; ce fil est bobiné, il a donc une inductance L. On dira que le
schéma équivalent d’un relais est un circuit RL série.
On sait déjà qu’une bobine retarde l’établissement du courant et qu’elle s’oppose à sa disparition
(Loi de Lenz).
On peut l’expliquer en disant qu’elle emmagasine de l’énergie, avant de la restituer. Elle crée une
f.é.m. éphémère e = - L.di/dt
16
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
FIG.II. 4 redresseurs simple alternance charge inductive
II.5.1.3.DEBIT SUR CHARGE AVEC F.C.E.M.
Pendant l’alternance positive, la diode reste bloquée tant que la tension ne dépasse pas la f.c.é.m. de
la charge.
Le courant a la même forme que la tension Vcharge (Vcharge = E’ + RI) mais décalé vers l’axe des
abscisses. Pendant l’alternance négative et quand Ventrée < E’, la diode se bloque. C’est une
coupure donc Vdiode = Ventrée , il ne "reste" plus rien pour la charge, donc Vcharge = 0 et
bien sûr, I = 0
FIG.II. 5 redresseurs simple alternance Charge résistive avec source de tension continue E
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CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
II.5.1.4.DEBIT SUR CHARGE RLE RESISTIVE ET INDUCTIVE A F.C.E.M.
Un moteur est fait de fil de résistance R ; ce fil est bobiné, il a donc une inductance L. Avec la
vitesse, on voit apparaître une f.c.é.m. E’ = nNΦ. On dira que le schéma équivalent d’un moteur est
un circuit RLE série.
La f.c.é.m. empêche le courant de passer tant que Ventrée n’est pas supérieure à E’.
L’inductance crée une tension induite négative pour "prolonger" le courant dans le moteur, retarder
sa disparition.
Si on place en parallèle une diode de roue libre (DRL), les caractéristiques Vcharge et Vdiode sont
les mêmes que pour un récepteur à f.c.é.m. car au-delà de 10 ms, c’est la DRL qui devient passante
et comme elle est en parallèle avec la charge Vcharge devient nulle donc Vdiode = Ventrée
FIG.II. 6 redresseurs simple alternance charge RLE
II.5.2.FONCTIONNEMENT DES REDRESSEURS SIMPLE ALTERNANCE :
MONTAGE P3
Dans le cas général, les q phases, sièges des q tensions alternatives à redresser, sont couplées en
étoile. Grâce à q diodes formant par exemple un commutateur "plus positif", à chaque instant, la
borne M est reliée à la plus positive des bornes 1, 2, ....., q. La tension redressée ud est recueillie
entre M et le point neutre N.
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CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
Dans ce type de redresseur, les diodes effectuent un seul choix. Nous utilisons l'adjectif "parallèle"
(P) pour ce type de montage car entre les deux bornes de sortie, on trouve en parallèle les q voies
formées chacune par un enroulement et une diode.
II.5.3.REDRESSEMENT PARALLELE DOUBLE OU EN PONT : MONTAGE PD3
Dans le cas général, les q enroulements, sièges des q tensions alternatives v1 ,v2 ,......, vq , sont
encore couplés en étoile, mais on utilise 2q diodes.
Le premier groupe, D1, D2, ..., Dq , forme un commutateur "plus positif" et réunit M à la plus
positive des bornes 1, 2, ..., q. Le second groupe, D1' , D2' , ..., Dq' , forme un commutateur "plus
négatif" et relie N à la plus négative des bornes 1, 2, ..., q. Cet ensemble de 2q diodes est
couramment appelé pont de diodes. La tension redressée ud, recueillie entre M et N, est égale, à
chaque instant, à la plus grande différence entre les tensions d'entrée. Le montage effectue donc un
double choix, d'où le sigle PD (parallèle double) utilisé.
TAB.II. 1. les grandeurs quantitatives
Pp
P3
PD3
Montage
Udmoy
Udeff
F =
=
=
𝑈𝑑𝑚
𝑈𝑑𝑚
2
𝜋
sin( )
𝑝
𝜋/𝑝
2𝜋
sin 𝑝
1+
2𝜋
𝑝
1
sin 2𝜋/𝑝
1 + 2𝜋/𝑝
2
sin 2𝜋/𝑝
𝜋/𝑝
𝑈𝑑𝑚
𝜋
sin( )
3 = 0.83𝑈
𝑑𝑚
𝜋/3
2𝜋
sin 3
1+
2𝜋
2
3
= 0.84𝑈𝑑𝑚
𝑈𝑑𝑚
1
sin 2𝜋/3
1 + 2𝜋/3
2
= 1.02
sin 2𝜋/3
𝜋/3
𝑈𝑑𝑚
𝜋
sin( )
6 = 0.95𝑈
𝑑𝑚
𝜋/6
2𝜋
sin 6
1+
2𝜋
2
6
= 0.94𝑈𝑑𝑚
𝑈𝑑𝑚
1
sin 2𝜋/3
1 + 2𝜋/3
2
sin 2𝜋/3
𝜋/3
= 1.0009
II.6.LES REDRESSEURS COMMANDES
Après l’étude que on à fait des redresseur non commandé, en passe a une résumé des différant
configurations des montages de redresseur commandé ainsi les courbes et les relations liées.
19
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
TAB.II. 2 .Redressement mono alternance
𝑈𝑑 =
1
2𝜋
𝜋
2𝑈2
(1 + cos 𝛼)
2𝜋
𝑈𝑑 =
Charge résistive
2 𝑈2 sin 𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡
𝛼
I𝑑
𝑅
2𝑈2
sin(𝛼 − 𝜑)𝑒 −𝑤𝑙 (𝑤𝑡 −𝛼)
𝑧
2𝑈2
+
sin(𝑤𝑡 − 𝜑)
𝑧
=
Charge inductive
𝑈𝑑 =
Charge inductive
avec diode de
roue libre
1
2𝜋
𝜋
2 𝑈2 sin 𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡
𝛼
𝑈𝑑 =
IVT =
2𝑈2
(1 + cos 𝛼)
2𝜋
1
2𝜋
IVT =
Transformateur à
point milieu
𝑈𝑑 =
𝜋
𝛼
𝐼𝑑𝜋 𝑑 𝑤𝑡
𝜋−𝛼
𝐼
2𝜋 𝑑
2 2𝑈2
cos 𝛼
𝜋
20
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
TAB.II. 3 Pont de Graëtz monophasé PD 2
1 𝜋
2𝑈2 sin 𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡
𝜋 𝛼
2 2𝑈2 1 + cos 𝛼
1 + cos 𝛼
=
= 0.9𝑈2
𝜋
2
2
𝑈𝑑 =
Charge
résistive
𝑈𝑑
1 𝜋
=
2𝑈2 sin 𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡
𝑅
𝑅𝜋 𝛼
2 2𝑈2 1 + cos 𝛼
𝑈2 1 + cos 𝛼
=
= 0.9
𝑅𝜋
2
𝑅
2
𝐼𝑑 =
1
𝑈2 1 + cos 𝛼
𝐼𝑑𝑉𝑇 = 𝐼𝑑 = 0.45
2
𝑅
2
Charge
inductive
𝑈𝑑 =
𝜋
1
𝜋
2 2𝑈2
cos 𝛼
𝜋
= 0.9𝑈2 cos 𝛼
=
𝐼𝑉𝑇 =
Charge
inductive
avec diode
de roue
libre
Charge
résistive
avec source
de tension
continue E
2𝑈2 sin 𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡
𝛼
1
2𝜋
𝜋
(
𝛼
2𝑈2
sin 𝑤𝑡)2 𝑑 𝑤𝑡
𝑅
1 𝜋
2𝑈2 sin 𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡
𝜋 𝛼
2 2𝑈2 1 + cos 𝛼
1 + cos 𝛼
=
= 0.9𝑈2
𝜋
2
2
𝑈𝑑 =
𝑈𝑑 =
1
𝜋
𝜋
𝛼
( 2𝑈2 sin 𝑤𝑡 – 𝐸)𝑑 𝑤𝑡
21
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
TAB.II. 4 . Redressement triphasé simple alternance P3
Charge
résistive
𝛼=0
Charge
résistive
𝛼 = 30
Charge
résistive
𝛼 = 60
Charge
inductive
𝐿≫
22
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
TAB.II. 5 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3-
Charge
résistive
𝛼=0
Charge
résistive
𝛼 = 30
Charge
résistive
𝛼 = 60
Charge
résistive
𝛼 = 90
23
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
TAB.II. 6 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3-
Charge
inductive
𝐿≫
𝛼=0
Charge
inductive
𝐿≫
𝛼 = 30
Le fonctionnement du
montage est réversible
dépend de la valeur de α :
0<α<90°:
Le montage fonctionne en
redresseur
90°<α<180°:
Le montage fonctionne en
onduleur
Charge
inductive
𝐿≫
𝛼 = 90
II.7.TAUX D’ONDULATION
Noté parfois η ou encore β, il est de 0 % pour un courant continu et devient d’autant plus grand
que le signal est mauvais :
η=
U0 eff
Vd moy
24
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
FIG.II. 7 Taux d’ondulation
II.8.FILTRAGE ET LISSAGE
Pour améliorer le taux d’ondulation, on peut "filtrer" la tension de sortie en plaçant un condensateur
en parallèle et/ou la "lisser" à l’aide d’une self (bobine) de lissage placée en série avec le récepteur.
Le condensateur est d’autant plus efficace que l’intensité c’est à dire la charge est faible alors que la
self n’agit que s’il y a du courant (comme toute bobine, elle s’oppose aux variations du flux créées
par les variations du courant).
Effets du condensateur seul sur la tension de sortie
Effets de la bobine seule sur la tension de sortie
FIG.II. 8 Filtrage et lissage
Exemple de récepteur à courant continu alimenté par un pont de Graëtz triphasé PD 3 avec
condensateur de filtrage et bobine de lissage
FIG.II. 9 Filtrage et lissage pont de Graëtz triphasé PD 3.
25
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
II.9.FACTEUR DE PUISSANCE SECONDAIRE
Par extension de la définition donnée en régime sinusoïdal, on nommera facteur de puissance du
primaire ou du secondaire (du transformateur) le rapport de la puissance active disponible en sortie
du montage et de la puissance apparente développée dans les enroulements du transformateur
𝐹𝑝 =
P
S
II.9.1.MONTAGE PARALLELE
On a p = q enroulements secondaires fournissant des tensions sinusoïdales de valeur efficace V et
parcourus par des courants d’intensité efficace Isieff ; d’où la puissance apparente développée par le
secondaire :
S = q. V. Isieff
Id
Isieff =
q
≫ ≫ S = q. V.
Id
q
=
q. V. Id
On a vu au :
Pa =
p
π
. sin( ) 2. V. Id
π
p
Pa
FP =
S
≫ ≫ FP =
2. p
π
sin( )
π .
p
Le TAB.II.8 donne les valeurs de FP obtenues pour quelques valeurs de p.
TAB.II. 7.variation de FP en fonction de p- Montage parallèle-
p
FP
2
0.636
3
0.675
4
0.636
5
0.592
6
0.55
II.9.2.MONTAGE PARALLELE DOUBLE
On a q enroulements secondaires fournissant des tensions sinusoïdales de valeur efficace V et
parcourus par des courants d’intensité efficace Isieff ; d’où la puissance apparente développée par le
secondaire :
S = q. V. Isieff
Isieff =
Pa =
2
I
q d
p
π
. sin( ). V. Id
π
p
Pa
FP =
S
≫ ≫S=
≫ ≫ FP =
2q. V. Id
p
π Udm
sin( )
p V
π 2q.
26
CHAPITRE II : LES REDRESSEURS
LEC-UMC 13/14
Quelque soit la valeur de p, on peut montrer que l’on obtient alors :
FP =
2
π
q . sin( )
π
q
Le TAB.II 1 donne les valeurs de FP obtenues pour quelques valeurs de p.
TAB.II. 8 . variation de FP en fonction de p - Montage parallèle double-
p
q
FP
PD2
2
2
0.900
PD3
6
3
0.955
PD4
4
4
0.900
PD5
6
6
0.780
II.10.CONCLUSION
Le facteur de puissance est maximum en triphasé. A puissance active disponible pour l’utilisateur
Pa et amplitude de la tension redressée UdM données.
Le facteur de puissance des montages parallèle double est meilleur que celui des montages parallèle
simple.
On peut donc conclure que le montage PD3 est le plus efficace des montages parallèles par ce que
concerne la rentabilité du transformateur. Il est clair cependant que ce montage nécessite 6 diodes
au lieu de 3 pour le montage P3.
Dans le prochaine chapitre en veut discuter les moyens pour maintenir une commande de
redresseur triphasé et on a choisit la carte arduino UNO.
27
CHAPITRE III
DESCRIPTION DE LA
CARTE ARDUINO
CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
LEC-UMC 13/14
III.1.INTRODUCTION
L’évolution amène de plus en plus souvent les concepteurs, à remplacer la commande câblée,
généralement à base de nombreux circuits intégrés, par un seul et unique circuit programmable,
capable à lui seul de remplir toutes les fonctions exigées par le système. Parmi les circuits qui font
partie de cette famille, on cite les : PLD, CPLD, FPLD, les microcontrôleurs.
Un microcontrôleur peut être assimilé à un circuit logique complexe exécutant une à une des ordres
(instructions) enregistrés dans une mémoire de programme externe.
Le grand avantage de cette logique programmation est que la modification d’une fonction ou d’une
tache ne nécessite pas de câblage supplémentaire, mais uniquement un nouveau programme à loger
en mémoire.
L’année 1970 a connu la fabrication du 1er microcontrôleur 4004 par Intel : essor de la logique
programmé. Un microcontrôleur est un microprocesseur auquel on a intégré les périphériques tels
que RAM, ROM, les entrées-sorties dans le même circuit. [1] Dans ce chapitre nous allons
étudier les Principe et technologie d’une carte arduino ….
III.2.PRESENTATION
C'est un circuit imprimé comportant tous les composants électroniques nécessaires pour faire
fonctionner un microcontrôleur (Atmega 328) associé à une interface USB lui permettant de
communiquer avec un ordinateur.
III.3.LE BUT ET L'UTILITE
Le système Arduino, nous donne la possibilité d'allier les performances de la programmation à
celles de l'électronique. Plus précisément, nous allons programmer des systèmes électroniques. Le
gros avantage de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie grandement les schémas
électroniques et par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi la charge de travail à la
conception d'une carte électronique. L'utilité est sans doute quelque chose que l'on perçoit mal
lorsque l'on débute, mais une fois que vous serez rentré dans le monde de l'Arduino.
FIG.III. 1 Quelques types de boitiers
29
CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
LEC-UMC 13/14
III.4.QUELQUES TYPES DE BOITIERS :
III.5.CARACTERISTIQUES DE LA CARTE ARDUINO UNO :
TAB.III. 1 caractéristiques de la carte arduino uno
Micro contrôleur
Tension de fonctionnement
Tension d'alimentation recommandée
Tension d'alimentation limite
Entrées/sorties numériques
Entrées analogiques
Courant max par broches E/S
Courant max sur sortie 3,3 V générée
par le régulateur interne
Mémoire Flash
Mémoire SRAM
Mémoire EEPROM
Fréquence horloge
Dimensions
ATmega328
5V
7 à 12V
6 à 20 V
14 dont 6 disposent d'une sortie PWM
6 (ATTENTION : le niveau max en entrée
doit être de 5 volts)
40 mA (ATTENTION : 200 mA cumulé pour
l'ensemble des broches E/S)
50 mA
32 KB dont 0.5 KB utilisée par le bootloader
2 KB
1 KB
16 MHz
68.6mm / 53.3
III.6.MATERIELLE
FIG.III. 2 .Présentation de la carte arduino
Le microcontrôleur exécute en permanence un programme qui a été copié dans sa mémoire flash
(EEPROM de 32 kO) depuis un ordinateur via le port USB (interface série).
Ce programme est initialisé à la mise sous tension de la carte ARDUINO ou lorsqu'on actionne le
bouton poussoir "reset" sur la carte.
30
CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
LEC-UMC 13/14
La carte "ARDUNO uno" que nous allons utiliser dispose de 14 broches ("pin" en anglais,
numérotées de 0 à 13) qui peuvent être configurées en "entrées digitales" ou en "sorties digitales"
susceptibles de délivrer une intensité maximale de 40mA sous une tension égale à 0V ou 5V.
Certaines de ces broches peuvent être configurées en "sorties PWM" (Pulse Width Modulation ou
modulation de largeur d'impulsion).
Elle possède également 6 entrées analogiques (notées A0 à A5) permettant de mesurer des tensions
comprises entre 0V et 5V grâce à un convertisseur A/N à 10 bits.
Les broches pin0 et pin1 ne sont pas disponibles pour l'utilisateur de la carte car elles sont utilisées
pour communiquer avec l'ordinateur via le port USB, et sont notées RX (réception) et TX
(transmission) sur la carte. Le port USB de la carte ARDUINO est géré par l'ordinateur comme un
port série virtuel (COMx) et il est nécessaire d'installer les drivers correspondants avant d'établir la
liaison ordinateur-Arduino.
III.6.1.REPRESENTATION MICRO CONTROLEUR (ATMEGA328)
Dans la FIG.III.3 qui représente linter face dans la carte arduino et la connections entre les pin de
micro contrôleur et selle de la carte.
FIG.III. 3 .REPRESENTATION MICRO CONTROLEUR (ATMEGA328)
31
CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
LEC-UMC 13/14
III.7.LOGICIEL
III.7.1.LES CONDITIONS D'UN PROGRAMMATION ARDUINO:
Le langage de programmation Arduino dérive du langage C++ et il en respecte les règles de
syntaxe:
 Une ligne qui commence par "//" est considérée comme un commentaire
 Un paragraphe qui commence par "/*" et qui se termine par "*/" est considéré comme un
commentaire
 Toute ligne d'instruction de code doit se terminer par un point virgule ";"
 Un bloc d'instructions (définition d'une fonction, boucle "while" ou "if"/"else"...) doit être
délimité par des accolades ouvrantes "{" puis fermantes "}".
 Toutes les variables doivent être déclarées, ainsi que leur type (int,float,...) avant d'être
utilisées.
Un programme (ou "sketch") Arduino est constitué de 2 fonctions distinctes:
 La fonction de configuration "void setup" exécutée une seule fois au lancement du
programme.
 La fonction "void loop" qui est ensuite exécutée indéfiniment en boucle.
Remarque: On peut relancer le programme en actionnant le bouton poussoir "reset" sur la carte.
FIG.III. 4 .Explication de l’enter faces du logicielle arduino
32
CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO
LEC-UMC 13/14
III.7.3.STRUCTURE D’UN PROGRAMME :
TAB.III. 2. structure d’un programme
En tête : déclaration des variables, des constantes, indication
de l'utilisation de bibliothèques etc...
la partie initialisation et configuration des entrées/sorties
la partie principale qui s'exécute en boucle
En plus de cette structure, on peut ajouter :
 des « sous-programmes » qui peuvent être appelées à tous moments dans la boucle,
très pratiqué pour réaliser des morceaux de codes répétitifs.
 Des « callbacks », ce sont des fonctions qui sont rappelées automatiquement depuis
une bibliothèque.
III.8.CONCLUSION
La simplicité d’utilisation de l’arduino nous poussé à l’utiliser pour la commande des redresseurs
pour se la, on dois programmé une carte arduino pour obtenir un train d’impulsion (PWM) pour
amorcé les thyristors de redresseur commandé.
33
CHAPITRE IV
REALISATION
PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN
REDRESSEUSE
TRIPHASE
CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
IV.1.INTRODUCTION
L’étude théorique qui on à fait précédent mènent donne à nous une possibilité de réaliser deux
circuits qui constitue le redresseur triphasé. Le premier circuit concerne la commande des bras des
interrupteurs. Le deuxième circuit représente la partie puissance de redresseur.
La commande se réalise par la carte Arduino qui générée six impulsion pour la commande des
thyristors.
IV.2.MODELE GENERALE :
La « fig.4.1 » définit les étapes successives pour obtenir les impulsions d’amorçage de redresseur.
USB
Synchrones Au Réseau
Réseau
Alimentation
15V
5V
GND
-15V
Carte Arduino
Uno
Circuit De
Puissance
Circuit De
Commande
FIG.IV. 1.Schéma principe de commande
IV.3.DETECTE LE DEBUT D’UNE DEMI-PERIODE (FRONT-MONTANT)
 L’énergie à contrôler provient souvent d’un réseau sinusoïdal. Il faut donc que le
commutateur soit mis en conduction de manière synchrone du réseau. Pour cela on
détecte le début d’une demi-période (front-montant) qui sert de référence.
IV.3.1.COMPOSANTS DE CIRCUIT DE SYNCHRONES AU RESEAU
- Comparateur LM324 : pour comparé le signale sinusoïdal avec zéro, le résulta signale [-15 15]
- Diode 2N2219 : pour négligiez la partie négative, le résulta signale [0 15]
- Opto-coupleur 4N 35 : fixation le signale enter [0 5] Pour injecter dans le pin 2 de la carte Arduino
35
CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
FIG.IV. 2 .circuit de synchrones au réseau
IV.4.FABRICATION DU CIRCUIT D’ALIMENTATION ET
SYNCHRONISATION
IV.4.1.COMPOSANTS DE LA CARTE D’ALIMENTATION :
- Un transformateur à point milieu (220V/50Hz, S=3VA, +12V,-12V).
- Pont de diode afin de redresser la tension obtenue à la sortie du circuit secondaire du
transformateur.
- Deux condensateurs 2200µF/50V pour filtrer la tension continue redressée.
- Six condensateurs céramiques de 0.1 µF/100V .
- Trois régulateurs pour délivrer les tensions voulues (7815/7915/7805).
- Trois condensateurs de 47 µF/60 V.
IV.4.2.LES ETAPES
 simulation du circuit par logiciel ISIS :
FIG.IV. 3 .simulation du circuit par logiciel ISIS
36
CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
 placement les composants dans logiciel ARES et enregistrement dans la forme de PDF
 imprimé le circuit sur papier cuivre .
FIG.IV. 4 .Circuit imprimé à la forme PDF
FIG.IV. 5 .Circuit imprimé
 circuit finale
FIG.IV. 6 .placement les composants sur le Circuit imprimé
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CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
FIG.IV. 7 .circuit d’alimentation et synchronisation
IV.5. PARTIE DE LA COMMANDE
IV.5.1. CARTE ARDUINO
Objectif de la carte Arduino c’est pour générée six impulsion pour la commande des thyristors, c-àdire devient comme générateur d’impulsion
IV.5.1.1.CARTE ARDUINO DEVIENT UN PERIPHERIQUE D'ENTREE SORTIE
 installation du La bibliothèque Arduino IO sur MATLAB
FIG.IV. 8 .La bibliothèque Arduino IO sur de MATLAB
 simulé sur MATLAB
FIG.IV. 9 .simulation sur MATLAB
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CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
FIG.IV. 10 .Résultat sur scope de MATLAB
IV.5.1.2. ESSAIS SUR LOGICIEL ISIS
FIG.IV. 11.les essais sur logiciel ISIS
FIG.IV. 12 .Le résultat sur les scopes
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CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
IV.6. CIRCUIT D’AMPLIFICATION ET L’ISOLEMENT GALVANIQUE
FIG.IV. 13 .le circuit amplification et isolement galvanique
 La carte Arduino fournit le signal Ecom .
 le transistor bipolaire est un amplificateur de courant.
 le transformateur d'impulsions Tr réalise l'isolement galvanique entre le circuit de
commande, le circuit de puissance et éventuellement l'adaptation en tension.
 La résistance Rg fixe le courant de gâchette
 la diode D2 protège la jonction Jk en inverse et négligé la partie négatif
 la résistance R'g ferme le circuit de gâchette lorsque D2 est bloquée pour éviter les amorçages
parasites.
 Les diodes D1 et Dz servent à démagnétiser Tr après transmission de l'impulsion.
IV.6.1.TRANSFORMATEUR D’IMPULSION
Transformateur de rapport m = 1 utilisé pour l’isolation galvanique entre deux parties d’une
installation électrique. Il n’y a aucun contact électrique entre le circuit primaire et le circuit
secondaire.
FIG.IV. 14 .Transformateur d’impulsion
Utilisé pour la commande de gâchette des thyristors, il transforme un signal carré en signal
impulsionnel.
entrie
sortie
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CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
FIG.IV. 15 .La forme de sortie d’un Transformateur d’impulsion
LM324
Zone de la carte Arduino
Le circuit amplification
et isolement galvanique
FIG.IV. 16 .Le circuit de commande
IV.7.LE CIRCUIT DE PUISSANCE
FIG.IV. 17 .circuit de puissance
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CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
Zone de la carte
Arduino
Le circuit amplification et
isolement galvanique
LEC-UMC 13/14
Circuit de puissance
FIG.IV. 18 Redresseuse Triphasé
IV.8. RESULTATS EXPERIMENTALE
La figure (19) présente le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 0°) et
(20) présente le signale redressé l’angle d’amorçage (𝛼 = 30°)
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CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET
SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE
LEC-UMC 13/14
FIG.IV. 19 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 0°)
FIG.IV. 20 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 30°)
Les résultats de simulation (TAB.II. 1 .) et expérimentale sont semblables.
IV.9.CONCLUSION
Dans ce chapitre nous somme simulés le modèle qui constitué : circuit d’alimentation et
synchronisation, circuit de puissance et circuit de commande sous logiciel ISIS. Ensuite, nous
somme programmés la carte Arduino par langage de programmation C ++.
Après en passe à la partie expérimentale en commence réalisé le circuit d’alimentation et
synchronisation, circuit de puissance et circuit de commande et obtenus le signale redressé.
43
CONCLUSION GENERALE
Dans le cadre de la préparation d’un Master en Electrotechnique, Spécialité
Electrotechnique, ce travail vise à présenter une étude théorique , de simulation et réalisation d’un
redresseur triphasé commandé.
Le circuit de commande c’est le circuit très important sur le redresseur triphasé commandé.
Le premier chapitre a été dédié à la présentation du principe de fonctionnement des semiconducteurs non- commandé et commandé (diode, thyristors) et leurs caractéristiques statique.
Ensuite dans le deuxième chapitre j’ai exposé quelque généralité sur les redresseurs non
commandés (diode) et commandés (thyristor).
Dans le troisième chapitre, j’ai d'abord discuté la description de la carte Arduino et expliquer
leur coté logiciel.
En fin dans le quatrième chapitre j’ai décrit la réalisation (fabrication) et simulation de
redresseur triphasé et la comparaison entre eux.
Perspectives
 Je voudrai ajouter un circuit de protection.
 Je voudrai Injecter un système pour diagnostiquer et détecter les défauts.
 Placera un potention-mètre sur le circuit de commande et le connectera avec la carte
Arduino pour varier l’angle d’amorçage.
 développera le programme pour améliorer la commande.
RESUME
L'objectif de ce projet est la réalisation de redresseur triphasé (PD3) et de manipuler leur commande.
Théoriquement :
On a présenté les caractéristiques statiques de semi-conducteurs –les interrupteurs électriques - et leurs
fonctions.et a résumé les types de redresseur. J’ai discuté la description de la carte Arduino et parlé leur coté logiciel.
Pratiquement :
-
On a smillé redresseur monophasé par logiciel ISIS.
-
On a testé l’amorçage de thyristor par plaque d’essaie.
-
On a ajouté la bibliothèque de l’Arduino avec le programme ISIS qui permet l’essaie.
-
On a écrit le programme par C++ pour transférer à la carte Arduino.
-
On a réalisé le circuit de commande et le circuit de puissance.
-
ABSTRACT
The objective of this project is the realization of three-phase rectifier (PD3) and manipulate their controle.
theoretically:
We presented the static characteristics of semiconductors (electrical switches) and their functions and
summarized the types of rectifier. I discussed the description of the Arduino board and told them about side software.
practically:
- We Smilated monophase rectifier with ISIS software.
- Was tested by priming thyristor by plate tries.
- Added the Arduino library with the ISIS program that allow trying.
- We wrote the program in C + + for transfer to the Arduino board.
- We performed the control circuit and the power circuit.
‫ملخص‬
.‫انهذف ين هزا انًششوع هى إنجاص يقىو رو ثالث أطىاس نهذصىل ػهى اشاسة يستًشة‬
:‫ين انناديت اننظشيت‬
.‫وصف بطاقت اسدوينى ين انناديت انبشيجيت‬
‫نا‬
‫قذينا خصائص أشباه انًىصالث (انًفاتيخ انكهشبائيت) ووظائفها ونخصنا أنىاع انى قىياث كًا‬
:‫تجشيبيا‬
. ISIS ‫ قًنا بًذاكاة انًقىو وديذ انطىس ببشنايج‬.‫ تى اختباس انًقىو بهىدت انتجاسب‬. ‫ نهسًاح بانًذاونت‬ISIS ‫ أضفنا يكتبت اسدوينى يغ بشنايج‬.‫ لتذىيهها إنى بطاقت اسدوينى‬C+ + ‫ كتبنا انبشنايج في‬.‫ قًنا بتشغيم دائشة انتذكى ودائشة القذسة‬-