Partie 11 - Ch.51

Le triac (TRIode for Alternating Current)
Pour obtenir un courant alternatif réglable, la technologie de l’électronique de puissance
nous permettrait d’utiliser deux thyristors montés tête-bêche
(fig. 2) . Cependant, ce montage
nous obligerait à avoir deux commandes de gâchette séparées.
Fig. 1 Symbole du gradateur. Fig. 2 Deux thyristors tête-bêche.
Il est donc plus simple d’employer un triac (fig. 3) qui ne possède qu’une seule gâchette.
Fig. 3 Symbole du triac et grandeurs associées.
Amorçage et blocage
Le triac permet de contrôler le passage d’un courant alternatif à partir des impulsions émises
sur sa gâchette, quel que soit le signe de la tension appliquée entre ses bornes A
1
et A
2
. Le
triac peut donc prendre deux états: passant et bloqué.
Si une tension alternative est appliquée aux bornes du triac:
–sans impulsion sur la gâchette G, le composant n’est pas amorcé;
–durant l’alternance positive, une impulsion positive rend le triac passant;
–une impulsion négative sera nécessaire pour amorcer le triac durant l’alternance négative.
Pour bloquer le triac, il suffit de supprimer les impulsions et de lui appliquer une tension
inverse à celle qui le maintenait en conduction.
PARTIE 11 • FONCTIONS
51
Triac et gradateurs
Pour des applications industrielles telles que la commande des moteurs asyn-
chrones, il est utile de pouvoir contrôler le courant alternatif.À partir d’un cou-
rant alternatif fixe, il y a possibilité d’obtenir un courant alternatif réglable, en
utilisant un convertisseur nommé gradateur.
AVANT DE DÉMARRER…
TH1
TH2
G1
G2
A2 A1
IG
IG
UTR
308 TRIAC ET GRADATEURS

OBSERVONS
•
Sur une charge résistive
À partir d’un montage (fig. 4) , nous pouvons observer l’allure de la tension aux bornes de la charge.
Le circuit est alimenté sous une tension alternative monophasée u. Il comporte un triac T
R
et
une charge résistive R.
Fig. 4 Montage utilisé et découpage de la sinusoïde.
En observant le graphique, on peut remarquer que la tension aux bornes de la charge u
C
est
alternative de fréquence identique à celle de la tension d’alimentation u.
Avant chaque impulsion donnée à chaque demi-période, sur la gâchete du triac, la tension
aux bornes de la charge est nulle.
Après avoir appliqué un courant de gâchette, on peut remarquer que la tension u
C
est iden-
tique à la tension d’alimentation u.
•
Fonctionnement
Cette étude est faite sur une période, de 0 à T (fig. 5) .
IG
TR
I
u ~uC
u(V)
uC(V)
t(s)
t(s)
t1
t2
T
2
Impulsion sur
la gâchette :
amorçage
du triac
R
t1t2
Étude du fonctionnementSchématisationPériode
De 0 à t1
De t1 à T
De t2 à T
De T à t2
2
2
iuC
uiG
TR
R
iuC
uiG
TR
R
iuC
uiG
TR
R
iuC
uiG
TR
R
La tension d’alimentation uest positive.
Le courant de gâchette est nul, le triac n’est pas amorcé.
Le triac est bloqué, aucun courant ne circule:
i= 0 et u
c
= 0.
La tension d’alimentation uest positive.
On amorce le triac en envoyant un courant i
G
sur sa gâchette.
Le triac est équivalent à un interrupteur fermé:
iπ0et u
c
= u.
La tension d’alimentation uest négative.
Le courant de gâchette est nul, le triac n’est donc pas
amorcé.
Le triac est bloqué, aucun courant ne circule:
i= 0et u
c
= 0.
La tension d’alimentation uest négative.
On amorce le triac en envoyant un courant i
G
sur sa gâchette.
Le triac est équivalent à un interrupteur fermé:
iπ0et u
c
= u.
Fig. 5 Les quatre états.
TRIAC ET GRADATEURS 309

310 TRIAC ET GRADATEURS
À partir d’un courant alternatif sinusoïdal (source
EDF par exemple), le courant aux bornes de la
charge doit être alternatif de même fréquence
que la source mais de valeur efficace réglable.
Pour cela, il faut utiliser un gradateur
(fig. 6) .
Il existe deux types de gradateurs qui sont le gradateur à découpage de phase et le gra-
dateur à trains d’ondes.
1. Le gradateur à découpage de phase
a) Le gradateur monophasé
Les gradateurs monophasés sont utilisés pour régler la puissance délivrée dans un dispositif
d’éclairage ou de chauffage. Ils sont aussi employés pour régler la vitesse de rotation des
petits moteurs monophasés.
Leur fonctionnement est identique à celui présenté dans la
figure 4 et nous pouvons calculer
les valeurs efficaces des tensions et courants aux bornes de la charge.
∑Valeur efficace de u
c
L’amorçage du triac est effectué à l’instant où l’on donne une impulsion sur la gâchette. Ce
retard à l’amorçage détermine un angle noté aa et égal à aa= wwt
1
.
Dans le cas d’une charge résistive, la valeur efficace de la tension u
C
dépend de aet se calcule
par la formule:
a sin 2 a
U
C
= U
÷
———
1 – —
———
+ ———
––
p 2 p
∑Valeur efficace de i
C
u
C
U
α sin 2 α
La tension aux bornes de la charge est u
C
= Ri
C
⇔i
C
= —– d’où: I
C
= —
√
———
1– —
———
+ ———
RR
π 2 π
∑Puissance aux bornes de la charge PU
C2
U
2
α
sin 2
α
La puissance fournie au récepteur est P= U
C
×I
C
= —— d’où: P= —— (1– — + ——— ).
RR
π 2 π
b) Le gradateur triphasé
Ce gradateur est composé de trois grada-
teurs monophasés
(fig. 7) .
Chaque phase de l’alimentation comporte
un gradateur monophasé.
Les commandes des trois gradateurs sont
T
décalées de —afin d’obtenir un fonctionne-
3
ment équilibré de la charge.
Les gradateurs triphasés sont souvent utilisés
pour le démarrage progressif des moteurs
asynchrones triphasés.
PARTIE 11 • FONCTIONS
À SAVOIR
u ~Gradateur uC
i
Fig. 6.
L2
L1
L3
M
3 ~
Fig. 7 Gradateur triphasé à six thyristors.

2. Le gradateur à trains d’ondes
Le gradateur d’énergie à trains d’ondes est utilisé en électrothermie. C’est un convertisseur
permettant le réglage de l’énergie par trains d’ondes entières, généralement utilisé sur des
charges résistives. Nous allons expliquer le fonctionnement d’un gradateur à trains d’ondes.
a) Principe
∑Le gradateur d’énergie par trains d’ondes est un interrupteur électronique qui s’ouvre et se
ferme à la période T
1
= nT (fig. 8) .
Fig. 8 Des sinusoïdes manquent à la charge.
Le gradateur par trains d’ondes permet une variation de la puissance
moyenne dans la charge en réglant le nombre de sinusoïdes de période T
durant un temps T
1
.
∑La conduction est commandée pour un nombre entier de périodes par cycle. Pour un cycle
T
1
0,2
T
1
de 200 ms, il y aura n= —– = —— = 10 sinusoïdes entières (fig. 9) .
T0,02
b) Fonctionnement
Un signal de commande est envoyé sur la gâchette du triac. Ce signal est de même fré-
quence que la tension u.
Le triac est amorcé pour chaque alternance. Il est équivalent à un interrupteur fermé et ali-
mente la charge sous une tension sinusoïdale pendant t
1
= 120 ms.
Au moment où le signal de commande est supprimé, le triac est bloqué et la charge n’est plus
alimentée. De 120 ms à T
1
, le courant ne circule plus dans la charge.
c) Rapport cyclique : a
En réglant le signal de commande, il y a possibilité de faire varier l’intervalle de temps durant
lequel on envoie des impulsions sur la gâchette du triac. Ce réglage permet de modifier la
valeur moyenne de la puissance aux bornes de la charge.
Ce rapport cyclique se calcule ainsi:
Rapport cyclique Temps de conduction du triac
(pas d’unités) Période du gradateur à trains d’ondes
TRIAC ET GRADATEURS 311
t
TT1TT1
u
t
uC
Générateur
230 V / 50 Hz Gradateur
d’énergie
par trains d’ondes
Charge
t
T1
u
t
t
1
u
C
Fig. 9 La charge reçoit 6 sinusoïdes toutes les 200 ms, le temps de conduction est de 120 ms.
t
1
a = —–
T
1

312 TRIAC ET GRADATEURS
d) Puissance moyenne
La puissance moyenne varie avec le temps de conduction du triac, selon la relation:
t
1
Avec a= —–, on peut déduire que:
T
1
P
moyenne
= a P
max
t
1
P
moyenne
= P
max
——.
T
1
PARTIE 11 • FONCTIONS
TESTEZ VOS CONNAISSANCES
Un gradateur à découpage de phase sous tension
sinusoïdale 230 V/50 Hz alimente un résistor de
valeur R= 80 Ω. Donner la valeur de l’intensité effi-
cace pour un angle d’amorçage de 120°.
Un gradateur d’énergie à train d’ondes alimente, sous
une tension sinusoïdale U= 230 V et de fréquence
f = 50 Hz, la résistance d’un four de valeur R= 20 Ω.
La commande possède une période T
1
(base de
temps) de 2 secondes.
Cette commande alimente la résistance durant un
temps t
1
égal à 1,5 seconde.
1) Calculer le rapport cyclique a.
2) Calculer la puissance nominale de chauffe du four.
3) Calculer la puissance moyenne de chauffe obte-
nue.
Un gradateur à trains d’ondes alimente un four
industriel d’une puissance nominale P= 3 kW.
Le temps de conduction est de 3 s avec une durée du
cycle de 18 s. Calculer la puissance moyenne du four.
Une tension de 230 V/50 Hz est appliquée à une
résistance chauffante R= 20 Ωà travers un grada-
teur monophasé à découpage de phase.
L’angle de retard d’amorçage des thyristors est 75°.
1) Calculer la tension efficace U
C
.
2) Calculer l’intensité efficace du courant I
C
.
3) Calculer la puissance fournie aux bornes de la
charge.
Le gradateur d’énergie à trains d’ondes est souvent
utilisé pour le réglage de la puissance de chauffe.
La gâchette du triac reçoit des signaux durant la
période t
1
de conduction.
Suivant le graphique de la
figure 10 , on vous demande
de répondre aux questions ci-dessous :
Fig. 10.
1. Quelle est la valeur de la période (T
1
) de ce grada-
teur ?
2. Quelle est la valeur du temps de conduction (t
1
)
de ce gradateur ?
3. En sachant que la tension d’alimentation du grada-
teur a une fréquence de 50 Hz, calculer le nombre
de sinusoïdes que reçoit la charge durant T
1
.
4. Calculer le rapport cyclique a.
5. La charge est un résistor de résistance 100 Ω.
Calculer la puissance obtenue sachant que la ten-
sion d’alimentation est 230 V.
t
t
ug
t1
t1
T1
T1
uC
0
0
200 V
1 S