projet sur onduleur.docx

8/17/2019 projet sur onduleur.docx

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TANWEER JADHAKHAN ET SHEIKH NAYIM ALLIBACUS

Université Des

MascareignesETUDE ET REALISATION DONDULEURMONO!HAS"E#Date de soumission

LT $EII !ROMO %&''(%&') T*te*r M+ns M#DEMKHA


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Université Des Mascareignes

Remerciements :

Au terme de ce travail effectué, on tien à exprimer notre profonde gratitude et nossincères remerciements à notre tuteur Mons M.DEMKAH pour tout le temps quil nous aconsacré, son directive précieuses, et pour la qualité de son suivi durant toute lapériode de notre rapport.

!n tien aussi à remercier vivement le "#ef du département Mons D.$%&H!!.

!n voudrait remercier également Mons '. Kis#to , Mons E. Henriette et A#mad(ad#a)#an pour leur support.

!age %


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SommairePage

1. Introduction. 1-6

2. Cahier des charges. 6-8

1.1 Descriptions générales des onduleurs. 8- 10

1.2 L’onduleur autonome 10- 11

1.3 L’onduleur onde rectangulaire 11- 12

1.! "rincipe de #onctionnement "g 13

1.$ L’onduleur créneau %aria&le "g 1!

1.6 "rincipe de 'onctionnement "g 1$

1.( L’onduleur pulsation modulaire "g 1$

1.8 Di##érence entre onduleur de tension et onduleur de courant "g 16

1.) *chéma #onctionnel d’un onduleur a onde rectangulaire. "g1(

2.0 Dé#inition de la &atterie "g 18

2.1 'onctionnement d’une &atterie. "g 18

2.2 +ésistance interne de la &atterie "g 1)

2.3 Capacité d’une &atterie "g 1)

2.! Diodes. "g 20

2.$ Caractéristi,ue d’une diode "g 21

2.6 pplication de la diode "g 21

2.( Le diode ener "g22

2.8 pplication de la diode /ener "g 22

2.) Circuit de protection contre l’in%ersement de polarité "g 23

!age ,


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3.0 Le régulateur. "g 23

3.1 Le régulateur d’une tension #ie "g 2!

3.2 +le du con%ertisseur "g 2!

3.3 Description des oscillateurs. "g 2!

3.! Les di##érents tpes d’oscillateurs . "g 2!

3.$ Les oscillateurs sinusodau. "g 2!

3.6 L’oscillateur &asse #ré,uence. "g 2$

3.( L’oscillateur haute #ré,uence. "g 2$ 3.8 Les multi%i&rateurs. "g 26

3.) Les di##érentes propriétés des multi%i&rateurs "g 26

!.0 +éalisation asta&le &ase des transistors "g 2(

!.1 "rincipe d’un multi%i&rateur. "g 28

!.2 Les Circuits intégrés 445$$$77. "g 30

!.3 Le #onctionnement du 445$$$77 en mode monosta&le. "g32

!.! Le #onctionnement du 445$$$7 en mode asta&le. "g 32

!.$ +apport ccli,ue. "g 32

!.6 Choi des autres composants "g 3!

!.( éri#ication sur le logiciel449or: &ench77 "g 3$

!.8 Les circuits intégrés 44!01377 "g 36

!.) ;ranchement du circuit 44!01377 "g 3(

$.0 nalse des harmoni,ues. "g 38

$.1 Les #iltres passe-&as. "g 3)

$.2 Cicuit serie +C "g 3)

!age -


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$.3 'onction de trans#ert "g 3)

$.! Dimensionnement du #iltre passe-&as. "g 3)

$.$ Le transistor. "g !1

$.6 *'< "g !3

$.) *tructure du canal 5 "g !!

6.0 "rincipe de #onctionnement du canal 5 "g !!6.1 L’I?;< "g !6

6.2 *tructure de l’I?;< "g !6

6.3 "rincipe de #onctionnement "g !6

6.! Caractéristi,ue "g !(

6.$ Comparaison entre les di##érents interrupteurs "g !8

6.6 Le =>*'< I+' $30 "g !)

6.( Le trans#ormateur "g $0

6.8 "rincipe de #onctionnement. "g $1

6.) +éalisation du con%ertisseur. "g $2

(.0 ssai de l’appareil %ide. "g $3

(.1 ssai de l’appareil en charge. "g $3

(.2 Conclusion. "g $$

55@* "g $6

;i&liographie "g $)

!age .


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1. Introduction

Dans le cadre de notre formation du quatrième semestre, nous allons réaliser un

pro*et sur la conception et réalisation dun onduleur monop#asé. Des différentséléments doivent +tre rassemlés pour la constituer. "est un pro*et qui concerneprincipalement lélectronique de puissance. -e ut de ce pro*et est de mettre enuvre nos compétences sur la conception et la réalisation dun s/stèmeélectronique et électrotec#nique. -o*ectif de notre t#ème c#oisi est de réaliser une maquette à ut pédagogique, qui pourrait +tre utilisées dans les classespour illustrer aux élèves les notions sur un onduleur monop#asé. -onduleur monop#asé est inclut dans le plan de troisième année du département &énie0lectrique et 1nformatique 1ndustrielle. -onduleur à un r2le primordial dans lac#aine électrique. "eci ne protège non seulement contre les coupures decourant non sou#aité. 1l encourage aussi le monde à contriuer plus verslénergie verte 3panneaux solaire et éolienne4. "est le cas, car le prix du pétrolesélève de plus en plus et le degré de pollution est devenu très inquiétant.

%ne maquette doit +tre réalisée pour en connaitre les différents composantsélectroniques dun onduleur. 'ous allons déuter par étalir un ca#ier desc#arges ainsi quun planning prévisionnel de létude de ce pro*et. -étude est

composée de deux parties 5 la première tranc#e simpose sur le onfonctionnement dun onduleur, c6est7à7dire soutirer une tension alternative par une tension continue. -a deuxième partie de cette étude implique un élévateur transformateur. "eci ascule une tension de 89: à 9;


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-e ut de ce pro*et est de réaliser une alimentation de 9;nduleur


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Planning révisionnel !

SEMAINESRECHERCHE DU

SUJET' % , -

Et*0e 0e 12+n0*1e*r

Et*0e 0es c+34+sants

é1ectr+ni5*es

As4ects 0es séc*rités

Réa1isati+ns 0es cartes

Ana16ses 0es cartes

Ré0acti+n 0* 0+ssier

Description de L’onduleur

!age 7


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1.1 Description :

"eci est décrit comme un convertisseur continu7alternatif, qui permet de produireune source de tension alternative 39;


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alimente alors le réseau alternatif


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1.% L’onduleur & onde rectangulaire :

!age ''

'igure 1

- 'nduleur & onde rectangulaire

'igure 2

- 'nduleur & créneau de largeur varia!le

- 'nduleurs & modulation d’impulsion

'igure 3


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our concevoir un s/stème qui remet des ondes rectangulaires, on utilise le plussouvent londuleur en pont.

1.( Principe de #onctionnement :

-a structure de principe est représentée ci7dessous =

"e t/pe donduleur comporte quatre diodes montés en antiparallèles sur quatre

transistors qui agissent comme des interrupteurs électroniques unidirectionnels commelindique dans la figure ci7dessus.

-es interrupteurs électroniques sont commandés alternativement et de faConcomplémentaire sur une période >. K8 et K; sont fermés simultanément pendant lamoitié de la période >. -e reste de la période > voit la fermeture des interrupteurs K 9 etK. 'otons quau moment oI K9 et K se ferment, K8 et K; doivent +tre impérativementouverts.

!age '%

Illustration 1


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-efonctionnement est illustré par le c#ronogramme suivant =

Avantages :

1. Jacile à réaliser.11. 'écessite très peu de composants électroniques.

111. Moins couteaux.1:. "onvient parfaitement à des c#arges de faile puissance.:. :ariétés de composants électroniques disponiles

Inconvénients :

1. Du au mauvais rendement on ne pourra pas alimenter des c#arges à #autepuissance ex 5 des moteurs as/nc#rones, la raison pour laquelle cette mét#odenest pas sop#istiquée.

11. -a tension de sortie est ric#e en #armoniques. Afin de réduire ces parasites, desfiltres tels que des condensateurs et des inductances doivent saccroc#er aucircuit.

1.) L’onduleur & créneau de largeur varia!le :

!age ',

emps >ension % 3:4 1nterrupteur "ommandé

0lémentassants

t8tt

2

%L< H8 et H; fermés H8 et H; passants

t

2 tt9%< H9 et H fermés D8 et D passants

t9t> %< H9 et H fermés H9 et H passants


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-onde de sortie est constituée par des créneaux rectangulaires alternatifs etséparés par une Fone morte à tension nulle. -a tension de sortie varie enagissant sur la durée des créneaux comme dans la deuxième illustration à lapage cinq.

1.* Principe de #onctionnement :

"e procédé permet de modifier les caractéristiques de la tension de sortie. -esintervalles de commande restent égaux à une demi7période, mais sont décaléscomme on a indiqué dans la figure trois de la page cinq. -e principe defonctionnement est le m+me comme on a décrit précédemment. 1l suffit demodifier les intervalles de commandes des interrupteurs.

Avantages:

1. -a commande décalée permet déliminer en partie les #armoniques etaméliore donc le convertisseur.

11. "onception sop#istiqué.111. -otention vers un signal sinuso?dal est plus approc#ante.

Inconvénients :

1. -e filtrage d#armonique, reste tou*ours un prolème en asse fréquence.11. -amélioration du rendement est très minime.

1.+ 'nduleurs & modulation d’impulsion 3M4 :

!age '-


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-a modulation de largeur dimpulsion M-1, est une mét#ode qui consiste àintroduire des commutations supplémentaires à fréquence plus élevées que lafréquence du fondamental, transformant la tension en une suite de créneauxdamplitude fixe et de largeur variales.

"ette mét#ode a de nomreuses avantages, car =8. Elle repousse vers les fréquences les plus élevées les #armoniques de la

tension de sortie, ce qui facilite le filtrage.9. Elle permet de faire varier la valeur de la tension de sortie comme elle

permet de se rapproc#er du signal sinuso?dal désiré.

-onde de sortie est formée de trains dimpulsions positifs et négatifs, de largeur et despacement variale. -a résultante de la forme de sortie se rapproc#e dunesinuso?de. -a coure dans lillustration N représente la sortie donde dunonduleur à modulation dimpulsion. -a commande à M-1 présente une

neutralisation efficace des #armoniques permettant ainsi de se rapproc#er dusignal sinuso?dal désiré.

Illustration 3

Inconvénients :

!age '.


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1. -es variations rapides de la tension génèrent des perturationsélectromagnétiques conduites ou ra/onnées et accélèrent le vieillissement desisolants.

11. 'écessite eaucoup des composants électroniques, alors ce t/pe de montage

est onéreux à réaliser.111. Difficile à concevoir.1:. Difficile de varier lamplitude.:. "ertains composants électroniques ne sont pas disponiles dans le marc#é.

,onclusion =

-o*ectif de ce c#apitre est de fournir un état sur les trois t/pes donduler un signalcontinu. -a tec#nologie des composants utilisés ne cessent dévoluer = facilité de

contr2le, puissance commutée élevées.

!n distingue plusieurs familles de convertisseurs statiques. -es convertisseursstatiques doivent donc permettre de transformer le spectre du signal 3amplitudes,fréquences, p#ases4. "ette transformation est, à l#eure actuelle, effectuée par dess/stèmes complexes réalisés à partir de composants électroniques utilisés commeinterrupteurs.

Dans ce t#ème, on a décidé de réaliser un onduleur à onde rectangulaire car cest lastratégie la plus simple et le moins couteau à mettre en uvre.

1.- Di##érence entre onduleur de tension et onduleur de courant :

%n onduleur de tension est alimenté par un générateur à courant continu du t/pesource de tension, 1déalement, la tension à son entrée à une valeur constante A qui estindépendante du courant i que l6onduleur asore. Ouant à un onduleur de courant doit+tre alimenté un générateur de tension continu du t/pe source de courant. En t#éorie,un onduleur de courant doit déiter un courant fixe, quel que soit la tension entre sesornes. Dans notre su*et on va réaliser un onduleur de tension, cela implique le tension

doit +tre maintenu, quel que soit le courant asorer aux sorties de celle7ci.

1. Sc/éma #onctionnel de l’onduleur & onde rectangulaire

!age ')


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!age '/

9!

*ortie

230 acB$0 / 9!.


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".0 Dé#initions de la !atterie :

-a atterie dune automoile est une source de tension continue. Alors dans tous lescas, elle doit maintenir la m+me tension 389:4 entre ses ornes quelque soit le courant

quil déite.

".1Principe de #onctionnement d’une !atterie :

"onsidérons un électrol/te composé dun acide mélangé avec de leau. -acide sedissocie en ions positifs et négatifs. Bi lon plonge deux électrodes différentes danscette solution, on constate que lune delle tend à capter les ions positifs alors quelautre tend à attirer les ions négatifs. Jinalement si on raccorde une résistance entreles électrodes, un courant électrique sétalit et les ions positifs de la solution se dirigentvers lélectrode positive tandis que les ions négatifs vont vers lélectrode négative. "estgrce à cette réaction c#imique que lénergie électrique est liérée.

-e sc#éma démontre le principe de fonctionnement dune atterie. -orsque lune desplaques est entièrement transformée, le courant cesse de circuler et la f.e.m disparaPt.

!age '7

Illustration !


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"." Résistance interne :

Au moment une résistance extérieure est appliquée aux ornes dune atterie, onconstate que la différence de potentiel diminue. "e résultat provient du fait que la

atterie possède une résistance interne provoquant une c#ute de tension à lintérieur.

-a résistance interne dépend de la capacité de la atterie, de son état de c#arge et desa température.

".% ,apacité d’une !atterie =

-a capacité dune atterie est la quantité délectricité quelle peut déiter. "ette capacitésexprime généralement en ampères7#eures 3A#4. !n a décidé de sen servir une

atterie de 89:, A# comme alimentation. Alors une atterie a/ant une capacité deA# peut déiter donc un courant de 8 A pendant #eures, ou m+me 8Q8< dampèrependant < #eures. "ependant la atterie ne pourra pas déiter un courant de 8< Apendant , #eures, car la polarisation de la atterie serait excessive, et la tensionc#uterait rusquement. -a capacité dune atterie nest donc pas constante, maisdépend de lintensité du courant. lus le courant est intense, plus la capacité enampères #eures diminue.

!age '8


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".( La diode :

-a diode est une valve électronique possédant deux ornes appeléesanode 3A4 et cat#ode 3K4 illustrée dans la figure ci7dessous =

Rien que la diode ne possède aucune partie moile, elle agit effectivement comme uninterrupteur automatique ultra7rapide dont les contacts souvre et se ferment selon lesrègles suivantes =

1. -orsquelle nest soumise sous aucune tension, la diode se comporte comme uninterrupteur ouvert.

11. Ouand une tension est appliqué aux ornes de telle sorte quelle est polarisée endirecte, la diode alors agit comme un interrupteur fermé et un courant 1commence à circuler de lanode vers la cat#ode. En pratique, la tension requise

pour déclenc#er la fermeture est lordre de


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".) ,aractéristi$ues principales d’une diode :


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Dans cette partie, on a décidé de sélectionner la diode 1'


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". ,ircuit de protection contre l’inversement de la polarité :

1l nous est tous arrivé de ranc#er une alimentation à lenvers. "ette expérience peutavoir des effets néfastes si ce circuit na pas été conCu pour se protéger contre une

tension négative. !n a pu mettre en uvre une tec#nique qui fonctionne m+me si lapolarité est inversée.

"e circuit est simple, économe et efficace. -e montage consiste de quatre diodes, quisont interconnectés comme dans les sc#émas ci7dessous. -es flèc#es nous indiquentla direction du courant 1 3A4.

Buite aux arrangements des diodes, le sc#éma démontrant m+me si la polarité àlentrée est inversée, le point A sera tou*ours positive par rapport au point R.

!age %,

:

!+int B

!+int A

(

(

*chéma 1

(

!+int B

!+int

(

: I

*chéma 2

:


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Rc;

IN'

OUT %

$ND

,

LM/7&.C

&


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R2le d’un convertisseur

%." Le convertisseur :

%n convertisseur est un dispositif capale de transformer un courant continustoc)é dans une ou des atteries sous une tension de 89:, 9: ou X: encourant alternatif de tension 9;


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%.+ L’oscillateur & /aute #ré$uence :

-a fréquence de ces oscillateurs est supérieure à quelques MHF, le quadrip2lede réaction est construit autour dun circuit résonant -" série ou parallèle, les

variantes étant nomreuses comme loscillateur Hartle/, "lapp et "ollpits.

%.- Les multivi!rateurs :

-es multivirateurs sont des montages qui permettent de générer en sortie unetension rectangulaire donc les niveaux #auts et as sont plus ou moins stales.En fonction de cette stailité, on distingue=

• -es multivirateurs astales.

• -es multivirateurs monostales.

• -es multivirateurs istales

%. Les di##érentes propriétés des multivi!rateurs :

-es astales sont des autos7oscillateurs, car ils ne reCoivent aucune impulsionde l6extérieur alors que les monostales et les istales sont les oscillateurs dedéclanc#ement.

!age %)


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(.0 Réalisation d’un multivi!rateur asta!le & !ase destransistors :

our concevoir ce t/pe doscillateur on va sen servir deux transistors '' 3>8,>94, deux condensateurs 3"8 et "94, et finalement quatre résistances 3$87 $4,organisés de faCon s/métrique. -es collecteurs de >8 et >9 sont des sorties quifournissent des signaux d6ondes carrées. -es valeurs des condensateurs et desrésistances sont calculés afin dotenir la fréquence sou#aitée 3


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(.1 Principe d’un multivi!rateur asta!le & !ase des transistors :

our un transistor '', le collecteur et la ase sont positif. Mais le collecteur est pluspositif que la ase. Alors pour le fonctionnement du transistor '' le collecteur doit+tre plus positif que lémetteur. !n circule un courant de ase et lémetteur du transistor est raccordé à la masse. our commencer, lorsquune tension est appliquée,t#éoriquement >8 et >9 doivent sallumer puisque leurs ases sont connectées par desrésistances 3$9 et $84, toutefois en raison des petites différences dans leurs propriétésélectriques, l6un des deux sactive légèrement plus t2t que l6autre. Bupposons >9sallume en premier. ar conséquence, la *onction du collecteur de >9 commence à sepolariser et peut +tre considéré comme T court7circuité U à la masse. 'otons que laorne droite de "9 est connectée au du collecteur >9, et comme "9 na accumulé

aucune c#arge, alors il n/ pas de courant de ase qui circule dans le transistor >8."eci éteint immédiatement >8, qui se représente comme un circuit ouvert. "omme "8est reliée à la ase de >9, alors on a un courant de ase 1R circule dans le transistor. -etransistor >9 agit comme un interrupteur fermé.

endant cette période, on aura des signaux rectangulaires qui se produisent à

lextrémité d!9. -e temps de fonctionnement du transistor dépend $; [ "9. Au m+memoment, "8 c#arge également, à travers $8, une petite résistance 3par exemple 8


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"omme "9 continue à se rec#arger, il / aura un courant de ase dans le transistor >8.uisque :cc est reliée au collecteur du transistor >8 et la ase est positive celle7ci

sactivera. -émetteur de >8 est relié à la masse et la orne du collecteur est plus positif que celle de la ase, transistor >8 commence à fonctionner. Maintenant que "8 estcomplètement c#argée, 1l n/ pas de courant de ase 1 qui circule dans le transistor >9.>ransistor 9 est éteint par mét#ode, le circuit nous dirige à l6équivalent suivant=

endant cette intervalle, il n/ aucune signale à la sortie !9. Alors !9 va rapidementmonter à :cc. Dans le m+me temps, on a un courant 1 qui va circuler a travers $9 etau ase du transistor >9. -e temps de fonctionnement du transistor >9 estdéterminé par les valeurs de la résistance $9 et la valeur de la capacitance "8. -esdeux transistors se fonctionnent de faCon contradictoire. -e m+me c/cle se répète eton a un signal rectangulaire avec une fréquence soit à la orne de


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,/apitre % : Le 56))) :

(." Le circuit intégré de t3pe 7 56))) 8 :

-e 'E est un circuit intégré créé en 8ZS8 par Hans "amenFind. "est un circuitextr+mement utilisé puisque lindustrie électronique en consomme environ unmilliard par an. "est un composant très simple dutilisation, qui peut servir comme#orloge générateur dimpulsions ou encore doscillateur. -a puce contient vingt cinqtransistors, deux diodes and quinFe résistances pour former un pont diviseur detension, deux amplificateurs opérationnels de t/pe comparateur, une porte logiquede t/pe inverseur et une ascule BE>7$EBE>.

-a 'E est un circuit de #uit roc#es, sa tension d6alimentation varie entre : à8N:. 1l est donc compatile avec les >>- et les "M!B. 1l peut fournir un courant

allant *usqu6à 9$1& &c#ette, amorce la temporisation

; !%> Bignal de sortie $EBE> $emise à Féro, interruption de la temporisation "!'> Accès a la référence interneN >H$EB Bignal la fin de la temporisationS D1B"H Rorne servant à déc#arger le condensateur de

temporisationX :"" >ension dalimentation généralement entre \ 8 :

!age ,&


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(.% 9onctionnement du 56))) en mode monosta!le :

-6utilisation du 'E en configuration monostale permet de générer une impulsiond6une durée définie seulement à l6aide d6une résistance et d6un condensateur comme

nommer dans le lillustration X. %ne impulsion est conCue suite à l6application d6un frontdescendant à l6entrée du circuit 3>$1&4.

ILLA*


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(.( 9onctionnement du 56))) en mode asta!le :-a configuration astale permet d6utiliser le 'E comme oscillateur . Deux résistanceset un condensateur permettent de modifier la fréquence d6oscillations ainsi que lerapport c/clique. -6arrangement des composants est tel que présenté par lillustration

neuf. Dans cette configuration, la ascule est réinitialisée automatiquement à c#aquec/cle générant un train d6impulsion perpétuelle comme ci7dessous.

Illustration 10

%ne oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se c#arge de 8Q; de :cc *usqu6à 9Q; de :cc. -ors de la c#arge, les résistances $a et $ sont en série avec le

condensateur, mais la déc#arge s6effectue à travers de $ seulement. "6est de cettefaCon que le rapport c/clique peut +tre modifié.

(.) Rapport c3cli$ue :

-e rapport c/clique pour un signal rectangulaire est défini comme étant le rapportexistant entre la durée du temps #aut 3t4 du signal et sa période 3>4, comme danslillustration ci7dessous =

t

S Tl Th

T

!age ,%

Illustration 11

http://fr.wikipedia.org/wiki/Astablehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Oscillateurhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rapport_cycliquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Astablehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Oscillateurhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rapport_cyclique


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Dans le cas de lillustration 8< =

• -e rapport c3cli$ue est =

T

Thr =

• %n #ront montant est le passage quasi instantané du niveau as au niveau#aut.

• %n #ront descendant est le passage quasi instantané du niveau #aut auniveau as.

• %ne impulsion positive est la succession d6un front montant suivi d6un frontdescendant.

• %ne impulsion négative est la succession d6un front descendant suivi d6unfront montant.

-e circuit intégré 'E permet de réaliser les fonctions astale et monostale delongue durée qui permettent la réalisation de temporisation allant de quelquesmicrosecondes à quelques #eures. Bes performances et ses facilités demploi lui ontouvert des domaines réservés pendant longtemps à lélectronique. -e 'E, sont lesplus utilisées pour la génération de signaux rectangulaires. Dans notre cas on va utiliser le 'E en montage astale, pour réaliser une temporisation de quelquesmillisecondes. !n a décidé dutiliser cette puce en raison de son coGt et sa stailité.

"omme la puce 'E a une seule sortie, et dans notre cas on aura esoin de deuxsorties qui vont +tre reliés au transformateur alors, on va utiliser une ascule. "estainsi, car cest très difficile de s/nc#roniser deux circuits intégrés.

>out daord on va calculer le dimensionnent des composants électroniques, afin quonpuisse avoir une fréquence de sortie de 8


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(.* ,/oi des autres composants : our calculer, la valeur des résistances et des condensateurs autour du circuit intégré

'E, on va utiliser le logiciel >imer pro.

Buite à ce logiciel, les valeurs des résistances et condensateurs, sont calculées afindotenir la fréquence et le rapport c/clique désirés.

!age ,-

*chéma 3


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!age ,.


36/60


(.+ éri#ication sur le logiciel 7 6lectronic ;or

"i7dessus, on peut constater que la fréquence de loscillateur est de 8


37/60


(.- ==Les circuits intégrés (01%>>:

-e circuit intégré


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(. ?ranc/ement du ==circuit intégré (01%>> :

-es entrées sont=

] DA>A= cette entrée peut +tre a l6état as 3-!4 ou #aut 3H1&H4

] "-!"K= l6entrée d6#orloge doit recevoir des signaux à pentes dite ien raides .> ?-a ascule D


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).0 Anal3se des @armoni$ues :

1l arrive souvent que les tensions et les courants à la sortie dun onduleur naient pasune forme sinuso?dale. Ainsi, la figure 8 montre un courant alternatif qui est fortementdéformé. "ette distorsion peut +tre causée par la saturation de flux dans le no/au dutransformateur, par la commutation des t#/ristors.

-es tensions distorsionnées affectent la qualité de la puissance. "ela peut avoir deseffets néfastes sur plusieurs appareils tels que les moteurs. our ces raisons, uneconnaissance des #armoniques sont devenues essentielle.

!age ,8

'igure (


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).1 Les #iltres passe!as :

Dans cette partie on suscitera par anal/ser les deux différents filtres passe7as, soit lefiltre $- série et $" série. -implantation dun filtre passe7as demeure important afindéliminer tout autre fréquence que


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H3s4 ^

1

RC

s+ 1

RC

).( Dimensionnement du #iltre passe!as :

Afin déliminer certains #armoniques dans notre signal de sortie, on utilise un filtrepasse7as de cellule $" à une fréquence de coupure de < HF.

-a formule de Jc est représentée ci7dessous =

Jc^ 8

"omme les résistances sont plus accessiles dans le marc#é, alors on va un valeur fixepour le condensateur.

"8 ^ 8


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).) Le transistor :

-e transistor est un composant utilisé =

1. "omme interrupteur dans les circuits logiques 511. "omme amplificateur de signal 5111. our stailiser une tension ainsi que de nomreuses autres utilisations.

%n transistor est un dispositif semi7conducteur à trois électrodes, qui permet decontr2ler un courant 3ou une tension4 sur une de ses électrode dentrée. "omme lestransistors peuvent fonctionner dans des diverses comportements, dans cette étude onva se concentrer sur lutilisation du transistor comme interrupteur dans le montage.

).* Le transistor !ipolaire :

-e transistor ipolaire est un semi7conducteur comportant trois régions 3lémetteur E, laase R, le collecteur "4. Belon le sens de montage 5 on otient deux t/pes detransistors =

1. '11. ''

-a figure ci7dessous nous démontre les deux t/pes de transistors =

!age -%


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-e R(> possède trios ornes appelées respectivement collecteur ", émetteur E et aseR. -e courant 1c circulant un faile courant 1R dans la ase. -orsque le R(> est utiliséecomme interrupteur, le courant de ase doit +tre suffisamment élevé pour que le R(>reste à létat saturé. "e t/pe dinterrupteur est commandale à louverture et à la

fermeture. -a commutation se fait par une action électronique dun courant de ase 1 R.

).+ ,aractéristi$ues d’un transistor !ipolaire :

-es caractéristiques des R(> à létat passant et à létat loqué sont montrées à lafigureb -es limites approximatives de la tension collecteur7émetteur E"E de 8


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Avantage des ?BT :

1. Moins couteau 5

11. >rès rapide comme interrupteur.

Inconvénients :

1. etite impédance dentrée alors la consommation du courant est elevée 511. Jaile amplification de puissance 5

111. 'e sadapte pas en parallèle.

).- Le C'S96T :

-e M!B7JE> est un semi7conducteur à trois ornes qui sappellent drain D, source B, etgrille &. -e transistor M!B7JE> est un transistor à effet de c#amp. 1l est construit àpartir dune tec#nologie métal ox/de et semi7conducteur. "ontrairement à un transistor R(> qui est ipolaire, le M!B7JE> est unipolaire.

lusieurs t/pes de M!B existent =

1. -e mos à canal p à enric#issement 511. -e mos à canal n à enric#issement 5111. -e mos à canal n à appauvrissement ou à déplétion.

-e sc#éma ci7dessous démontre le s/mole du transistor M!BJE> =

!age --

'igure )


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). Structure et du C'S & canal 5 :

%n transistor M!B est constitué d6un sustrat semi7conducteur recouvert d6une couc#ed6ox/de sur laquelle est déposée une électrode métallique appelée porte ou grille 3gate4.Deux inclusions dont le dopage est opposé à celui du sustrat sont diffusées aux deuxextrémités de cette grille, elles constituent deux ornes du composant appelées sourceet drain. 3Jigure ci7dessous4.

*.0 Principe de #onctionnement :

Boit le montage suivant =

!age -.

*chéma 6

'igure 10


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Bi :&B est nulle ou négative, aucun courant ne circule entre drain et source, car toutesles *onctions pn sont polarisées en inverse. En appliquant une tension positive, lec#amp électrique attire les électrons et repousse les trous à la surface du sustrat . Bi:&B est supérieur à une tension de seuil :>, il / a une inversion de polarité créant ainsiune Fone mince ou canal dopé ' qui met en relation, à travers une résistance $ D, ledrain et la source. %n courant 1D prend naissance, et il augmente *usquà 1D satdépendant de :&B. -e sc#éma ci7dessous démontre les caractéristiques du M!B decanal '.

Avantages du C'S96T :

1. -e circuit de commande est très simple 511. $apide comme interrupteur 5

111. -impédance dentrée est très élevée, donc la consommation du courant estfaile 5

!age -)

'igure 11

'igure 12


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1:. -e M!B supporte très ien la mise en parallèle 5:. &rce à son coefficient de température, elle sauto régle.

Inconvénients :1. >rès sensile à la contamination 5

11. Bensile aux déc#arges électrostatiques 5

*.1 L’I?T :

-e transistor ipolaire à grille isolée comine un transistor ipolaire ' et unM!BJE>, profitant ainsi partiellement des avantages de c#acun. -es 1&R>

peuvent supporter des courants 1c ien supérieur aux courants 1D des M!BJE>.ar conséquent, ils peuvent commander des puissances plus importantes.

*." Structure de l’I?T :

%n 1&R> t/pe '' possède comme un transistor ipolaire, un collecteur et unémetteur, mais la ase est remplacée par une électrode #aute impédance qui estla grille dun M!B. 1l est constitué par un transistor ipolaire ' de puissancede faile gain associé à un M!B canal n qui fournit le courant de ase. -astructure interne est représentée sur la figure ci7dessous =

!age -/


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*.% Principe de #onctionnement :

En terme simple, on peut dire que l61&R> a été développé pour travailler de manièresimilaire au transistor M!BJE> avec l6avantage de pouvoir modulé la conductivité de laFone failement dopée 'W par in*ection de porteurs minoritaires grce à la couc#eadditionnelle W insérée entre la Fone '7, et le contact de collecteur. "ette in*ection deporteurs minoritaires permet de réduire de manière significative la c#ute de tension àl6état passant pour une tenue en tension inverse donnée tels que dans lillustration ci7dessus.

*.(,aractéristi$ues de l’IT?T :

-es caractéristiques donnant le courant 1c en fonction de la tension :"E pour diversesvaleurs de la tension de commande :&E sont représentées à la Jigure ci7dessous =

!age -7

Illustration 12


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Mais, comme le courant 1" doit traverser la *onction (8, il faut que la valeur de : "Ecompense la arrière de potentiel qui existe au sein de cette *onction pour que lecourant 1" puisse atteindre des valeurs importantes. "e nest donc que pour des valeursde :"E supérieurs au volt quon oserve une rapide croissance d1" avec :"E.

-orsque :"E a dépassé cette valeur, les caractéristiques 1" ont une pente eaucoup plusforte que celle du M!BJE> en raison de la forte diminution de la résistance de la Fone'7 grce à lin*ection de porteurs minoritaires depuis la Fone W c2té collecteur. "ommepour le M!BJE>, il existe une tension de pincement au7delà de laquelle le transistor

entre en Fone de saturation, c6est7à7dire oI le courant 1" devient pratiquementindépendant de :"E, sa valeur étant fixée par celle de la tension :&E.

Avantages de l’I?T :

1. "ommande en tension 511. &rande densité de courant.

Inconvénients :

1. Augmentation des pertes avec la température 511. "ommutation plus lente que le transistor M!B

111. ertes importantes.

!age -8

'igure 13


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-1&R> conserve la simplicité de commande en tension du M!BJE>. Bon régimetransitoire est proc#e de celui du M!BJE>, augmenté deffets daccumulation de c#argedue à la composante de courant des porteurs minoritaires.

*.) ,omparaisons entre les di##érents interrupteurs :

-e taleau suivant représente les caractéristiques des différents interrupteurs =

1nterrupteur uissance dutilisation $apidité de commutation

R(> Jaile >rès $apide

M!BJE> Mo/en $apide

1&R> Jort -ent

Buite au taleau ci7dessus, on a décidé dutiliser le transistor M!BJE> car pu avoir unefréquence de


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-a figure 111.8< représente les limites de dissipation t#ermique dun M!B de puissancet/pe 1$J;


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Illustration 1! H circuit magnéti,ue d’un trans#ormateur.

Afin de réaliser londuleur, on va mettre en uvre un transformateur à point milieu.

-e oinage primaire de '8spires est constitué de deux demi oinages identiques. -e oinage secondaire comporte '9 spires. Dans notre étude on a décidé de sélecter letransformateur 897


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Daprès la figure ci7dessus le point milieu du transformateur est raccordé à la ornepositive de la atterie 389: D"4. -es deux autres entrées sont connectées au drain destransistors qui agissent comme interrupteur. -e fait que les paires de transistor travaillent en complémentaire, alors on aura une variation de tension entrées dutransformateur. "eci crée un flux magnétique dans le no/au. Belon la loi de Jarada/,ces flux créent des forces électromotrices dans les oines. Ainsi on a une tension de99


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_ laide du logiciel Electronic or)enc#LL, on a pu démontrer comment se ferai laconnexion entre les différents composants électroniques. our la réalisation des cartes,on va utiliser le verooard.

"ontrairement à un circuit imprimé standard que l6on doit insoler au %:, graver avec del6acide et percer, le verooard dispose de pastilles de cuivre ou de andes de cuivre, etest prépercé avec des trous régulièrement espacés. Avec ce genre de circuit imprimé, ilsuffit de placer le composant dans les trous qui vont ien. "e t/pe de circuit estp#/sique pour l6assemlage de composants électroniques. >oute fois cette mét#odedemeure plus difficile que le circuit imprimé standard, car la plaque à ande nécessite

des découpes sur certaines parties de andes, pour isoler des parties de circuit qui nevont pas +tres reliés.

!age .-

'igure 1$ H Illustrant le %ero&oard


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-es composants électroniques fut montées et placée comme dans limage suivant =

!n a utilisé le fil plein Etain plom


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+.1 6ssai de l’appareil en c/arge :

Dans ce cas on place une c#arge 3lampe économique de puissance 8X @4 a été

raccorder en parallèle avec notre appareil, sac#ant que la puissance de notre appareilest limité par une puissance de N< :A car la valeur de transformateur disponile est deN< :A 3qui équivalent de N< 4 à une c#arge purement résistif. "e circuit peut +tre plusperformant si on utilise un transformateur plus puissant. "est ainsi, car nous avonsutilisé les transistors M!BJE> en pont. !n constate que la tension diminue par apportla tension à vide, ceci est égale à 8Z


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-e travail présenté dans ce pro*et a pour o*et de réaliser un convertisseur 89: D"Q99< ac. Buite à une faut dinstallation de logiciel 1B1B, on na pas put détailler clairementle sc#éma du convertisseur. Mais toutefois, on a réussi à réaliser londuleur, avec trèspeu de difficulté. -es roc#es 'E, et le D7flip flop *ouent un r2le important dans cetteréalisation. -e transistor agit est comme un interrupteur électronique.

-a tac#e ac#evée, on sest asés principalement sur létude dun s/stème donduleur et sur sa réalisation. Buite à une manque de temps, on na pas pu de se consacrer sur des s/stèmes tels que lunité de commande et laffic#age de fréquence.

"est un pro*et enric#issant qui nous a permis dapprofondir nos connaissances dans ledomaine électronique ainsi que son application dans notre vie quotidienne.

-e dispositif réalisé a des avantages très intéressants, en comparaison à dautresappareils semlales dont on peut citer =

1. 1l est unipolaire 3m+me si la polarité est renversée, londuleur marc#e àmerveille4.11. uisque dans notre montage on a utilisé quatre transistors en pont, alors le

rendement gloal devient élevé.111. -es composants électroniques dans ce montage sont disponiles sur le marc#é.

Dans cet ouvrage il reste comme perspective à traiter les points suivant =

1. !n otient un signal sinuso?dal pur avec lutilisation dun filtre i 3"-"4 à lasortie, mes par un calcule ien déterminé sur les valeurs de oine et les deuxcondensateurs.

11. our un circuit plus souple et plus puissant, on peut sopter pour un T uffer U aulieu de la roc#e D Jlip7Jlop


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Rs!

"ircuit intégré 'E 8 9 9Rascule D HEJ A'"E S9K 9 8 9$#éostat 8K 8< <

Diode 1'8X 8 9 9Diode 1'


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E>%DE DEB HA$M!'1O%EB $édaction du dossier Dimensionnement des filtres $éalisation des cartes

Difficulté rencontrée =

Jaute dinstallation du logiciel 1B1B -a atterie que nous utilisons ne retienne son c#arge

Semaine ( :

Jait durant cette scène =

Anal/se des cartes

$édaction du rapport

-es essais de londuleur a vide et en c#arge

Difficultés rencontré =

rolème de court7circuit du transistor M!B.

?i!liograp/ie :

;tt4a*t+3ate(4r+#1+gs4+t#c+3%&',&%1es(+n0*1e*rs(a*t+n+3es(c+*rs#;t31

!age .8

http://automate-pro.blogspot.com/2013/02/les-onduleurs-autonomes-cours.htmlhttp://automate-pro.blogspot.com/2013/02/les-onduleurs-autonomes-cours.html


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;tt4#c0er#00+n1+a0Art'%(-F%#40G

;tt4get(c+*gna1#4ages4ers+(+range#Grc+*rsc+*rsF4;6si5*eONDULEUR#40G

;tt4e1ectr+ni5*e'#1+gs4+t#c+3%&''&'+n0*1e*r(3+0*1ati+n(0e(1arge*r#;t31

;tt4#e1ectr+nics(t*t+ria1s#saveG+r3sasta1e#;t31

;tt4iring1+g#1+gs4+t#c+3%&'-&8)&(inverter(*sing(transist+rs#;t31

;tt4#net#grcirc*its'%

Documents

projet sur onduleur.docx