Chapitre 8 _ onduleur

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Cours 8
Terminale GET
Chapitre 8 : Onduleur autonome de tension
I / préambule : interrupteurs en électronique de puissance
1. diode à jonction
2. transistor bipolaire
II / principes des onduleurs autonomes
1. définition
2. symbole
3. remarque
III / onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
1. principe de fonctionnement sur charge résistive
2. fonctionnement sur charge inductive
3. exercice
IV / onduleur de tension monophasé en pont ( 4 interrupteurs )
1.
2.
3.
4.
montage
principe
fonctionnement
exercice
V / Etude de l’onduleur à commande décalée
M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95)
http://maphysiqueappliquee.free.fr
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I ⁄ Préambule : interrupteurs en électronique de puissance
1. Diode à jonction
Ud
K
A
Id
•
•
•
•
La diode est un dipôle passif réalisé en semi conducteur (silicium + impureté).
C’est un composant polarisé : il ne fonctionne pas de la même façon dans un sens que dans
l’autre.
La borne A s’appelle l’anode.
La borne K est la cathode, symbolisée par un trait vertical.
•
Idéalisation
Etat bloqué
Id
Etat passant
Interrupteur
ouvert
Interrupteur
fermé
Ud
2. le transistor bipolaire
Un transistor bipolaire est un semi-conducteur comportant deux jonctions PN.
Il existe deux types de transistors : les NPN et les PNP.
Le transistor bipolaire comporte donc 3 parties :
• Deux zones N séparées par une zone P pour le transistor NPN ;
• Deux zones P séparées par une zone N pour le transistor PNP.
Transistor PNP
Transistor NPN
IC
B
C
IB
VBE
IC
VCE
IE
B
C
IB
VCE
E
La flèche donne le sens passant (de P vers N)
VBE
IE
E
Toutes les grandeurs sont négatives.
On a toujours IE = IC + IB
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Transistor en régime linéaire.
Pour un fonctionnement linéaire du transistor il faut que l’intensité I B du courant de base soit
comprise entre 0 et IBSAT.
Le transistor fonctionne en amplificateur de courant : I C = β × I B
avec une amplification β .
Transistor bloqué.
Un transistor est bloqué si : les courants IB et IC sont nuls et la tension VCE est maximale.
Le transistor est équivalent à un interrupteur ouvert entre le collecteur
et l’émetteur.
C IC = 0
E
VCE
Transistor saturé.
Le courant I C reste constant même si le courant I B varie
le courant IC est au maximum et la tension VCE est nulle.
Le transistor est équivalent à un interrupteur fermé entre le collecteur
et l’émetteur.
C ICSAT
E
VCE =0
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II / principes des onduleurs autonomes
1. définition
un onduleur de tension est un convertisseur statique qui permet une conversion de la grandeur
d’entrée continue, en grandeur de sortie alternative.
2. symbole
3. remarque
l’onduleur est autonome si sa fréquence est indépendante de la sortie.
III / Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
1. principe de fonctionnement sur charge résistive
a) schéma
K1
E
Charge
ic
uc
K2
E
b) principe
•
lorsque K1 est fermé et K2 ouvert : uc = E
E1
Charge
uc
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•
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lorsque K2 est fermé et K1 ouvert : uc = -E
Charge
uc
E
uc
E
t
-E
ic
E/R
t
-E/R
K1
K2
K1
K2
K1
Interrupteurs
fermés
2. fonctionnement sur charge inductive
a) interrupteurs
•
avec une charge inductive, courant et tension sont déphasés
donc l’annulation du courant i et celle de la tension u ne sont pas simultanées.
•
Quand uc>0 (uc = E ) (K1 fermé) i sera tantôt négatif, tantôt positif.
Donc K1 doit accepter un courant dans les deux sens.
•
Idem pour K2.
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•
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Il faut donc que les interrupteurs soient bidirectionnels.
ic
T1
D1
T2
D2
PNP
NPN
K2
K1
ic
ic > 0 : D2 conduit
ic < 0 : T2 conduit
ic > 0 : T1 conduit
ic < 0 : D1 conduit
b) Fonctionnement
D1
E
L
R
ic
uc
E
K1
T1
D2
K2
T2
Interrupteurs fermés
uc
E
t
T/2
T
-E
ic
D1
t
t2
t1
T1
D2
T2
Eléments passants
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0 à T/2 : lorsque K1 est fermé : K2 est ouvert , uc = E
ic < 0 : D1 conduit (0 à t1)
ic > 0 : T1 conduit (t1 à T/2)
0 à T/2 : lorsque K1 est fermé : K2 est ouvert , uc = E
ic < 0 : D1 conduit (0 à t1)
ic > 0 : T1 conduit (t1 à T/2)
c) remarques
la période T de u (ie f=1/T) est imposée par la commande des interrupteurs K1 et K2.
La valeur efficace de u est U = E.
Pendant les durées de conduction de D1 et D2, la charge fournit de l’énergie à la source de
tension (p<0) : ce sont des phases de récupération.
3. Exercice
On étudie le convertisseur représenté par le schéma ci dessous :
D1
E
L
R
u
E
i
T1
K1
iT1
K2
D2
iD2
K1
iD1
K2
iT2
T2
u
E
t
T/2
T
-E
i
t2 (95)
M. Dedieu
t1 ; Lycée J.Perrin
t
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1/ Préciser les éléments passants
2/ Tracer iT1 , iD1 , iD2 , iT2.
3/ Préciser pour les différents intervalles de temps, dans quel sens a lieu le transfert
d’énergie.
IV / onduleur de tension monophasé en pont
(4 interrupteurs)
1. montage
K1
T1
NPN
T2
D2
D1
i
E
K4
PNP
T4
NPN
L
R
u
D4
K2
D3
PNP K3
T3
Pendant que K1 et K3 sont fermés, K2 et K4 sont ouverts et inversement.
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2. principe
K1 K3
K2 K4
u
E
t
T/2
T
-E
i
D1
D3
t
t2
t1
T1
T3
D2
D4
T2
T4
Eléments passants
3. fonctionnement
de 0 à T/2 :
K1 et K3 fermés ; K2 et K4 ouverts
donc u = E
→ de 0 à t1 : i<0 donc D1 et D3 conduisent ; p<0
→ de t1 à T/2 : i>0 donc T1 et T3 conduisent ; p>0
de T/2 à T :
K2 et K4 fermés ; K1 et K3 ouverts
donc u = - E
→ de T/2 à t2 : i>0 donc D2 et D4 conduisent ; p<0
→ de t1 à T/2 : i<0 donc T2 et T4 conduisent ; p>0
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4. exercice
on réalise le montage ci-contre en utilisant 4 interrupteurs fonctionnant deux par deux.
On a E = 24V et R = 100Ω.
Le fonctionnement des interrupteurs est résumé sur le diagramme ci dessous.
iS
iK1
K1
E
K2
i
K2
u
K3
1/ représenter en fonction du temps les allures de u ; i ; iK1 ; iS.
2/ déterminer les valeurs moyenne et efficace de iC.
V / Etude de l’onduleur à commande décalée.
Voir devoir à la maison : planche 8 bis.
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I ⁄ Préambule : interrupteurs en électronique de puissance
1. Diode à jonction
Ud
K
A
Id
•
•
•
•
La diode est un dipôle ……… réalisé en ………………. (silicium + impureté).
C’est un composant …………. : il ne fonctionne pas de la même façon dans un sens que dans
l’autre.
La borne A s’appelle …………….
La borne K est la ……………….., symbolisée par un trait vertical.
•
Idéalisation
Etat bloqué
Id
Etat passant
Interrupteur
ouvert
Interrupteur
fermé
Ud
2. le transistor bipolaire
Un transistor bipolaire est un ……………………. comportant deux jonctions PN.
Il existe deux types de transistors : les ………. et les ………….
Le transistor bipolaire comporte donc 3 parties :
• Deux zones N séparées par une zone P pour le transistor NPN ;
• Deux zones P séparées par une zone N pour le transistor PNP.
Transistor PNP
Transistor NPN
IC
B
VBE
IC
C
IB
VCE
IE
B
C
IB
VCE
E
VBE
IE
E
Toutes les grandeurs sont négatives.
On a toujours …………………..
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Transistor en régime linéaire.
Pour un fonctionnement linéaire du transistor il faut que l’intensité I B du courant de base soit
comprise entre 0 et IBSAT.
Le transistor fonctionne en amplificateur de courant : I C = β × I B
avec une amplification β .
Transistor bloqué.
Un transistor est bloqué si : les courants IB et IC sont nuls et la tension VCE est maximale.
Le transistor est équivalent à un interrupteur ouvert entre le collecteur
et l’émetteur.
C IC = 0
E
VCE
Transistor saturé.
Le courant I C reste constant même si le courant I B varie
le courant IC est au maximum et la tension VCE est nulle.
Le transistor est équivalent à un interrupteur fermé entre le collecteur
et l’émetteur.
C ICSAT
E
VCE =0
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