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C637rev.0 2
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
1 – La diode principe de fonctionnement
2 – Redressement simple alternance
3 – Redressement double alternance (pont de Graetz)
4 – Le thyristor principe de fonctionnement
5 – Redressement commandé simple alternance
6 – Redressement commandé double alternance (pont mixte)
7 – Rappels sur le transistor bipolaire
TP1 Redressement simple alternance non commandé
TP2 Redressement double alternance non commandé
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
1 - LA DIODE, PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :
Cette représentation courant - tension est une représentation conventionnelle pour la diode.
La borne 1 est la borne …………………………
La borne 2 est la borne …………………………
La tension aux bornes de la diode est ainsi la tension U…..
i
21
U…..
D
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
La borne 1 s ’appelle l ’Anode (A - positif)
La borne 2 s ’appelle la Cathode (C - négatif)
La tension aux bornes de la diode est donc la tension UAC
La diode peut prendre deux états de fonctionnement : L ’état bloqué ou l ’état passant.
Analyse de l ’état bloqué :
La tension UAC est négative et le courant i est égal à zéro. La diode est équivalente à un interrupteur ouvert.
Analyse de l ’état passant :
Le courant i est positif et la tension UAC est alors égale à environ 0,7V.
Cette tension s ’appelle la tension de seuil de la diode. La diode est équivalente à interrupteur fermé.
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Caractéristique Tension - Courant :
i
UAC
Zone I
La diode est bloquée
Zone II
La diode est passante
UAC = Us = 0,7V
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
2 - REDRESSEMENT SIMPLE ALTERNANCE :
La diode redresse sur une résistance.
La tension U est une tension alternative de Valeur efficace U et de période T.
Déterminons l ’allure de la tension Ur en supposant que Us = 0V ?
Quand U>0, la diode D est passante. UAC = 0V et Ur = U
Quand U<0, la diode D est bloquée. I = 0 et Ur = Rxi = 0
R Ur
i
U
D
UAC
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Expression de la valeur moyenne (valeur continue) du signal Ur :
Ur moy = û /
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
3 - REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE (PONT DE GRAETZ) :
Le pont redresse sur une résistance.
D1 D2
D4 D3
RUUr
i
La tension U est une tension alternative de valeur efficace U et de période T.
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Déterminons l ’allure de la tension Ur en supposant que les 4 diodes ont une tension de seuil de 0V.
2 Cas se présente. U<0 et U>0.
Quand U>0, les diodes D1 et D3 vont être passante, tandis que les 2 autres diodes D2 et D4 vont être bloquées. On obtient alors Ur = U.
Quand U<0, les diodes D1 et D3 se trouvent alors bloquées à leur tour et D2 et D4 sont passantes. On obtient Ur = -U.
Dessinons les graphes des tensions en fonction du temps.
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
U
t
t
Etat diodes
T
û
D1 et D3 PASSANTES
D2 et D4
BLOQUEES
Ur
D2 et D4 PASSANTES
D1 et D3
BLOQUEES
D1 et D3 PASSANTES
D2 et D4
BLOQUEES
D2 et D4 PASSANTES
D1 et D3
BLOQUEES
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Expression de la valeur moyenne (valeur continue) du signal Ur :
Ur moy = 2 x û /
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
4 - LE THYRISTOR, PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :
Cette représentation courant - tension est une représentation conventionnelle pour la diode.
La borne 1 est la borne …………………………
La borne 2 est la borne …………………………
La borne 3 est la borne ………………………….
La tension aux bornes de la diode est ainsi la tension U…..
i
21
U…..
Th
3
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
La borne 1 s ’appelle l ’Anode (A - positif)
La borne 2 s ’appelle la Cathode (C - négatif)
La borne 3 s ’appelle la gâchette (c ’est la commande de notre thyristor pour la fermeture de celui-ci)
La tension aux bornes du thyristor est la tension UAC
Le thyristor peut également prendre deux états de fonctionnement comme la diode :
L ’état bloqué ou l ’état passant. Mais cette fois ci le passage à l ’état passant nécessite une commande (une impulsion de courant) sur la gâchette.
Analyse de l ’état bloqué :
La tension UAC est négative et le courant i est égal à zéro. Le Thyristor est équivalente à un interrupteur ouvert.
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Passage à l ’état passant :
Il faut avoir une double condition ! La tension UAC doit être positive et le thyristor ne sera passant qu ’à partir du moment où une impulsion de courant sera envoyé sur la gâchette.
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
5 - REDRESSEMENT COMMANDE EN SIMPLE ALTERNANCE :
Le thyristor redresse sur une résistance.
La tension U est une tension alternative de Valeur efficace U et de période T.
Déterminons l ’allure de la tension Ur ?
Quand U>0, le thyristor T est passant à partir d ’une impulsion de courant sur la gâchette. UAC = 0V et Ur = U
Quand U<0, le thyristor T est bloquée. I = 0 et Ur = Rxi = 0
R Ur
i
U
T
UAC
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
U
t
t
Etat Thyristor
T
û
Impulsion de courant
Ur
Passant Bloquée Passant Bloquée
t1 t1+T
Le temps t1 s ’appelle le temps de retard à la conduction.
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Expression de la valeur moyenne (valeur continue) du signal Ur :
Ur moy = û x cos(.t1) /
s ’appelle la pulsation (en rad/s) de la tension U. Son expression est :
= 2 x / T
Remarque :
Si t1 = 0, alors cos(0) = 1 et Ur moy = û / identique à l ’expression dans le cas d ’un redressement avec diode.
Si t1 = T/2, alors cos() = 0 et Ur moy = 0 ce qui est normal.
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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6 - REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE COMMANDE (PONT MIXTE) :
Le pont redresse sur une résistance.
T1 T2
D2 D1
RUUr
i
La tension U est une tension alternative de valeur efficace U et de période T.
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
U
t
t
Etat Thyristors
T
û
Impulsion de courant T1
Impulsion de courant T2
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
U
t
t
Etat Thyristors
T
û
Impulsion de courant T1
Impulsion de courant T2
Ur
t1 t1+T/2 t1+T
Le temps t1 est le retard à l ’amorçage
T1 et D1 PASSANTS
T2 et D2
BLOQUES
T1 et D1 PASSANTS
T2 et D2
BLOQUES
T1 et D1 BLOQUES
T2 et D2
PASSANTS
T1 et D1 BLOQUES
T2 et D2
PASSANTS
TOUT
BLOQUE
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Expression de la valeur moyenne (valeur continue) du signal Ur :
Ur moy = 2 x û x cos(.t1) /
s ’appelle la pulsation (en rad/s) de la tension U. Son expression est : = 2 x / T
Remarque :
Si t1 = 0, alors cos(0) = 1 et Ur moy = 2 x û / identique à l ’expression dans le cas d ’un redressement avec 1 pont de Graetz tout diodes.
Si t1 = T/2, alors cos() = 0 et Ur moy = 0 ce qui est normal.
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
7 - RAPPELS SUR LE TRANSISTOR BIPOLAIRE :
Symbole du transistor :
B
E
C
VCE
IB
IE
IC
B s ’appelle …………………………………………
C s ’appelle …………………………………………
E s ’appelle …………………………………………
VCE est la ………………………………………….
Transistor
type NPN
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Symbole du transistor :
B
E
C
VCE
IB
IE
IC
B s ’appelle la Base
C s ’appelle le Collecteur
E s ’appelle l ’Emetteur
VCE est la tension Collecteur - Emetteur
Transistor
type NPN
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
IB est le courant ………………………………………….
IC est le courant ………………………………………….
IE est le courant …………………………………………..
Equation mathématique : IE = …………………………..
Le transistor peut prendre deux états, c ’est la commutation :
Etat 1 : Le transistor est ………………………………….
C ’est un interrupteur ……………………………………..
Etat 2 : Le transistor est ………………………………….
C ’est un interrupteur ……………………………………..
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
IB est le courant de base
IC est le courant de collecteur
IE est le courant d ’émetteur
Equation mathématique : IE = IB + IC
Le transistor peut prendre deux états, c ’est la commutation :
Etat 1 : Le transistor est bloqué
C ’est un interrupteur ouvert entre C et E
Etat 2 : Le transistor est saturé (passant)
C ’est un interrupteur fermé entre C et E
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Fonctionnement du transistor en Amplification :
IC = x IB
Le courant IC est amplifié du gain par rapport à IB
Le gain peut atteindre des valeurs jusqu ’à 200.
IC = 200 x IB
Fonctionnement du transistor en commutation :
C ’est le fonctionnement des transistors dans les ponts onduleurs (UPS)
Il fonctionne alternativement à l ’état bloqué - saturé - bloqué …..
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Circuit émetteur commun :
B
E
C
VCE
IB
IE
IC
e
E
On polarise le transistor de cette façon
Rb
Rc
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Transistor bloqué :
Il est ouvert est C et E. Alors Ic est égal à 0A.
Si Ic = 0, alors VCE = E - Rc x Ic
VCE = E
Transistor saturé :
Il est passant entre C et E. Alors VCE = 0V.
Pour le rendre passant, il est nécessaire de le polariser avec un courant minimum dans la base IBsat. Si ce courant n ’est pas injecter, le transistor ne sera pas complètement passant.
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Ib
t
t
t
Etat du transistor
VCE
Ibsat
Transistor en commutation
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Ib
t
t
t
Etat du transistor
VCE
Ibsat
Saturé Saturé SaturéBloqué Bloqué
E
Transistor en commutation
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
TP1
1 – Compléter le schéma du montage redressement simple alternance non commandé sur une résistance afin de pouvoir visualiser sur l ’oscilloscope la tension ur et la tension d ’entée u.
La tension d ’entrée u provient du petit transformateur.
2 - Reporter les courbes obtenues (tensions u et ur en fonction du temps) en précisant les valeurs efficaces, maxi, la période, …
3 - Ajouter successivement en parallèle sur la résistance un condensateur de 1F, puis un condensateur de 2,2F, puis un condensateur de 10F et enfin un condensateur de 100F. Reporter pour chaque condensateur la nouvelle courbe de la tension ur.
Attention à la polarisation des condensateurs !
4 – Conclure sur les différentes valeurs des condensateurs. Que remarquez vous ?
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
1 – Compléter le schéma du montage redressement simple alternance sur résistance.
230Vac
U
12Vac
R 1K
Oscilloscope
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
2 - Redressement simple alternance sans condensateur
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 1F
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 2,2F
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t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 10F
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
C637rev.0 49
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 100F
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
TP2
1 - Compléter le schéma du montage redressement double alternance non commandé sur une résistance afin de pouvoir visualiser sur l ’oscilloscope la tension ur.
La tension d ’entrée u provient du petit transformateur.
2 - Relever la courbe obtenue (tension ur en fonction du temps) en précisant les valeurs efficaces, maxi, la période, …
3 - Ajouter successivement en parallèle sur la résistance un condensateur de 1F puis un condensateur de 2,2F, puis un condensateur de 10F et enfin un condensateur de 100F. Reporter pour chaque condensateur la nouvelle courbe de la tension ur.
Attention à la polarisation des condensateurs !
4 – Même conclusion que le TP1
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
1 – Compléter le schéma du montage redressement double alternance sur résistance.
230Vac
U
12Vac
R 1K
Oscilloscope
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
t
Calibres oscilloscopes
Ur :
Base de temps :
2 - Redressement double alternance sans condensateur
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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement double alternance avec condensateur 1F
C637rev.0 55
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 2,2F
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
C637rev.0 56
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 10F
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
C637rev.0 57
t
Calibres oscilloscopes
U :
Ur :
Base de temps :
3 - Redressement simple alternance avec condensateur 100F
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
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