Cours Ond Trous

. L’ONDULEUR AUTONOME

ONDULEUR À DEUX INTERRUPTEURS ÉLECTRONIQUES

. I Définition

A partir d'une tension continue, nous devons alimenter une charge en courant alternatif.

Un onduleur est donc un convertisseur statique CONTINU - ALTERNATIF.

Principe de l’onduleur

Un onduleur est assisté si la fréquence et la tension sont imposées par le réseau, dans le cas présent nous pourrons régler la fréquence et la tension, l'onduleur sera donc autonome. Son emploi est varié, il peut est utilisé pour alimenter un moteur asynchrone, la fréquence est alors de quelques dizaines de Hertz. Il intervient également en cas de micro coupures sur les ordinateurs, en tant qu’alimentation de secours, on le retrouve aussi fonctionnant à quelques centaines de Hertz dans le chauffage par induction.

. II Charge résistive

. a Principe

Deux alimentations délivrant deux tensions, continues et égales, alimentent une charge résistive par l’intermédiaire de deux interrupteurs K1 et K2. Ces deux interrupteurs peuvent être des transistors ou des thyristors, composants électroniques unidirectionnels commandés. Ils sont tels que si le premier est ouvert, l'autre est nécessairement fermé et inversement. Le basculement des interrupteurs est pratiquement instantané. Le montage est donné sur la figure suivante.

Ond – Cours à trous - 1/13

Vo

ic (t)

uc (t)uc (t)

E

K1

CHARGE ic (t)

Charge résistive

Les flèches sur les interrupteurs indiquent le sens passant de ces derniers. Il est important de noter que le courant ne peut circuler que dans ce sens.

. b Etude de la tension aux bornes de la charge

La tension uc ne peut donc prendre que les deux valeurs suivantes :

K1 fermé K2 ouvert uc (t) = ?____ ?

K1 ouvert K2 fermé uc (t) = ?____ ?

Représentation de la tension aux bornes de la charge

La valeur moyenne de uc (t), en volts [V], est donc : = ?____ ?

La valeur efficace de uc (t), en volts [V], est donc : Uc = ?____ ?

La fréquence f, en Hertz [Hz], f =?____ ?

La fréquence est réglée par le dispositif de commande des interrupteurs.

. c Etude du courant dans la charge résistive

La charge résistive ne modifie pas l’image du courant, la représentation est donc la suivante :


uc (t)

EK2

E

t [ms]0

-E

T

uc (t) [V]

K2 fermé K1 ferméK1 fermé

ic (t) [A]

Représentation du courant dans une charge résistive

La valeur moyenne de ic (t), en ampères [A], est donc : = ?____ ?

La valeur efficace de ic (t), en ampères [A], est donc : Ic =?____ ?

La fréquence f, en Hertz [Hz], f =?____ ?

La fréquence est réglée par le dispositif de commande des interrupteurs.

. d Conversion continu - alternatif

A partir de deux tensions continues fixes, nous avons maintenant un courant alternatif de fréquence réglable.


E/R

t [ms]0 T


- E/R

. III Charge inductive

. a Principe

La charge est maintenant composée d’une résistance associée à un élément fortement inductif. Ce nouveau composant oblige l’adjonction de deux diodes montées en antiparallèle sur les interrupteurs. Elles permettent ainsi à la bobine, de restituer l’énergie emmagasinée, lors de l’ouverture des interrupteurs, permettant au courant de ne pas subir de discontinuité ainsi qu’aux interrupteurs électroniques de ne pas être le siège de surtensions.

Charge inductive

. b Etude de la tension aux bornes de la charge

La tension uc (t) ne peut donc prendre que les deux valeurs suivantes :

K1 fermé K2 ouvert uc (t) = ?____ ?

K1 ouvert K2 fermé uc (t) = ?____ ?

La représentation de la tension uc (t) ne change pas avec la charge, les calculs des valeurs moyenne et efficace s’effectuent comme précédemment.

Les diodes D1 et D2 ne jouent aucun rôle dans la représentation de la tension qui reste la suivante.


E

uc (t) [V]

iD2 (t)

E1 = E

K1

CHARGE R-L

uc (t)E2 = EK2

ic (t)

D1

D2

iK1 (t)

iD1 (t)

iK2 (t)

i1 (t)

i2 (t)

Représentation de la tension aux bornes de la charge

. c Etude du courant dans la charge inductive

La charge est maintenant inductive, le courant ic (t) n’est plus la réplique de la tension, les courbes obtenues sont représentées ci-après :

Représentation du courant dans une charge inductive

L’intensité du courant dans la charge peut être positive alors que la tension à ses bornes est tantôt positive et tantôt négative, il en est de même lorsque l’intensité du courant ic (t) est négative, les diodes sont donc essentielles dans l’étude de la circulation du courant.

. d Etude des séquences de conduction

1 Remplacer les interrupteurs électroniques K1, et K2 par des fils lorsqu’ils sont fermés, attention un interrupteur commandé fermé n’est pas synonyme d’un composant passant, autrement dit, le courant ne passe pas forcement par ce composant. La position de l’interrupteur donne la valeur de uc (t).

2 Connaissant le signe du courant, voir la figure ci-dessus, placer une flèche pour traduire le sens réel du courant dans la charge.

3 Un seul cas permet au courant ic (t) de circuler comme l’indique la flèche sur le schéma, et qui vérifie que la tension aux bornes de la charge uc (t) est bien égale à l’expression donnée précédemment E ou - E.


t [ms]0

-E

T



t [ms]0

t2 t1+Tt1

ic (t) [A]

T2T

2T

3

4 Repasser d’un trait de couleur le chemin emprunté par le courant.

5 Donner le ou les éléments passants.

t1 < t <

1 L’interrupteur K1 est ?__ ? Donc uc (t) = ?__ ?

2 L’intensité du courant ic (t) est ?__ ?

3 Le seul cas qui permet au courant de circuler comme l’indique la flèche ci-dessus et qui vérifie la valeur uc (t) = ?__ ? est représenté ci-contre.

4 Les éléments passants sont visualisés par un trait de couleur

5 Le composant passant est ?__ ? Donc iK1 (t) = ?__ ?


EK1

uc (t)K2

ic (t)

D1

D2

E

EK1

uc (t)K2

ic (t)

D1

D2

E

< t < t2





5 Le composant passant est ?__ ? Donc iD2 (t) = ?__ ?

t2 < t < T



3 Le seul cas qui permet au courant de circuler comme l’indique la flèche ci-dessus et qui vérifie la valeur uc (t) = ?__ ?est représenté ci-contre.


5 Le composant passant est ?__ ?donc iK2 (t) = ?__ ?


EK1

uc (t)K2

ic (t)

D1

D2

E

D1

EK1

uc (t)

ic (t)

K2

D2

E

EK1

ic (t)

D1

D2

uc (t)K2E

D1

EK1

ic (t)

E K2

T < t < T + t1 ou 0 < t < t1





5 Le composant passant est ?__ ?donc iD1 (t) = ?__ ?

Toutes ces données sont contenues dans le tableau suivant :

Temps Courant ic

(t)Tension uc (t) iK1 (t) iK2 (t) iD1 (t) iD2 (t)

0 < t < t1

t1 < t <

< t < t2

t2 < t < T

- e – Etude du fonctionnement :

Etude de la charge :

La convention utilisée pour la charge est une Convention Récepteur, comme l’indique le schéma ci-dessous.


EK1

uc (t)K2

ic (t)

D1

D2

E

EK1

ic (t)

D1

D2

uc (t)K2E

D1

uc (t)

ic (t)

La convention utilisée pour la charge portant sur uc (t) et ic (t) est celle d'un récepteur :

Lorsque le produit pc (t) = uc (t).ic (t) est positif : la charge reçoit de l'énergie électrique, cette phase tout à fait classique voit la source électrique alimenter la charge.

Lorsque le produit pc (t) = uc (t).ic (t) est négatif : la charge restitue de l'énergie électrique à l'une des deux sources, nécessairement réversibles. C’est une phase de récupération.

Etude des alimentations :

La convention utilisée pour les alimentations est une Convention Générateur, comme l’indique le schéma ci-dessous.

La convention utilisée pour les alimentations portant sur E et i (t) est celle d'un générateur :

Lorsque le produit p (t) = E.i (t) est positif : l’une des deux alimentations donne de l'énergie électrique, cette phase tout à fait classique voit une source électrique alimenter la charge.

Lorsque le produit p (t) = E.i (t) est négatif : l’une des deux alimentations reçoit de l'énergie électrique de la charge, nécessairement inductive. C’est une phase de récupération.

Etude des alimentations associée à la charge :

Le fonctionnement de la charge et des alimentations est complémentaire, lorsqu’un élément reçoit de l’énergie, il est indispensable que l’autre lui donne cette énergie.

Etude des différentes séquences de conduction :

t1 < t <

La tension uc (t) = E est ?__ ?

L'intensité ic (t) est ?__ ?

E

i (t)


E1

uc (t)

ic (t)

i1 (t)

Sens réel du courant

La puissance pc (t) est ?__ ?

La tension E1 est ?__ ?

L'intensité i1 (t) = ic (t) est ?__ ?

La puissance p (t) est ?__ ? Donc : La charge fonctionne en ?__ ?

L’alimentation E1 fonctionne en ?__ ?

Phase ?__ ?

< t <

La tension uc (t) est ?__ ?




L'intensité i2 (t) = - ic (t) est ?__ ?



Phase ?__ ?


E2

uc (t)

ic (t)

i2 (t)

Sens réel du courant

t2 < t <





L'intensité i2 (t) = - ic (t) est ?__ ?



Phase ?__ ?

T < t < T + t1 ou 0 < t < t1





L'intensité i1 (t) = ic (t) est ?__ ?



Phase ?__ ?

Les chronogrammes des courants dans chaque composant sont représentés ci-après :


E2

i2 (t)uc (t)

ic (t)Sens réel du courant

i1 (t)E1

uc (t)

ic (t)Sens réel du courant

E

uc [V]ic [A]

L’étude des alimentations permet de donner es chronogrammes des courants ci-après :


t [ms]0

-E

Tt2 t1+Tt1

t [ms]

0

iK1 (A)

t [ms]

0

t [ms]

0

t [ms]

iD2 (A)

iK2 (A)

iD1 (A)

0

t [ms]

E

0

-E

Tt2 t1+Tt1

uc [V]ic [A]

t [ms]0

i1 (t) [A] t [ms]0

i2 (t) [A]


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