Cours électronique applications des convertisseurs statiques

Cours électronique applications des convertisseurs statiques, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Applications des convertisseurs statiques

Applications domestiques:
Alimentation des appareils électroniques (TV, PC, magnétoscopes, …).- Électroménager (aspirateur, réfrigérateur, lave-linge, lave-vaisselle, robots culinaires, …).- Éclairage. – Chauffage.-Appareil électroportatif (perceuse, …).- Actionneurs domotiques (volets roulants, stores électriques, …).
L’utilisation de l’électronique de puissance prend de plus en plus d’importance pour deux raisons principales:
– Les coûts de fabrication diminuent (facteur primordial dans les domaines de la grande série),
– les contraintes sur les niveaux de perturbations et le rendement augmentent.

Applications industrielles:

Pompes, compresseurs. -Variation de vitesse. -Chariots électriques. -Chauffage par induction.
– Fours (à arcs, à résistance).- Appareils de soudage.- Électrolyse.- Onduleurs de secours.

Transport:
– Réseaux de bord d’avion, commande électrique.
– Traction électrique (trains, métros, voitures électriques, …).
– Propulsion électrique des navires, génération d’électricité à bord des navires.
– Génération de l’énergie électrique par des cellules photovoltaïques, les stations spatiales.

Production et Distribution de l’électricité:
– Compensateur de puissance réactive et filtrage actif (augmenter le facteur de puissance d’une installation et limiter les harmoniques de courant sur le réseau).
– Dispositif de stockage de l’énergie.
Les applications les plus puissantes des convertisseurs statiques concernent le transport courant continu – haute tension (CC-HT).

Constitution des convertisseurs statiques:
Une conversion d’énergie doit être faite avec le meilleur rendement, pour les raisons suivantes:
– difficulté d’évacuer (dissiper) les pertes si elles sont trop importantes,
– le coût des dispositifs dissipateur de chaleur est important,
– la fiabilité d’un composant (d’un système) diminue quand sa température augmente,
– il faut assurer une autonomie suffisante des appareils fonctionnant sur piles ou batteries,
– il est nécessaire de conserver un bilan économique satisfaisant.
Dans le cas où les semi-conducteurs de puissance peuvent être considérés comme des interrupteurs parfaits, l’analyse du principe de fonctionnement des convertisseurs de puissance est évidemment grandement facilitée.

Les interrupteurs semi conducteurs:
Dans ce chapitre, nous allons décrire simplement les principales caractéristiques externes des composants. Ils peuvent être classés en trois groupes :

Diodes. États fermé ou ouvert contrôlés par le circuit de puissance.
Thyristors. Fermé par un signal de commande, mais doit être ouvert par le circuit de puissance.
Interrupteurs commandables à l’ouverture et à la fermeture. Ouverts et fermés par un signal de

La catégorie des interrupteurs commandables inclut de nombreux types de composants :

Transistors Bipolaires à Jonctions (Bipolar Junction Transistors – BJTs);
Transistors à effet de champ Metal-Oxyde-Semi conducteur (MOSFETs);
Thyristors commandés à l’ouverture (Gate-Turn-Off Thyristors – GTO Thyristors);
Transistors bipolaires à grille isolée (Insulated Gate Bipolar Transistors – IGBTs);
Thyristors MOS Commandés (MOS-Controlled Thyristors – MCTs).

Diodes
La figure ci dessous décrit les différentes diodes existantes, le symbole de la diode et sa caractéristique statique i_D= f(V_D). Lorsque la diode est polarisée en direct, elle commence à conduire à partir d’une faible tension de seuil V_seuil directe de l’ordre de 1V. Lorsque la diode est polarisée en inverse, seul un faible courant de fuite négligeable (quelques mA) circule jusqu’à atteindre la tension d’avalanche. En fonctionnement normal, la tension inverse ne doit pas atteindre la tension d’avalanche.

Thyristors
La figure 4 décrit le symbole du thyristor et sa caractéristique statique i_A=f(V_K). Le courant principal circule de l’anode (A) vers la cathode (K). En polarisation directe, le thyristor possède deux caractéristiques selon qu’il est commandé ou non. Il peut supporter une tension directe positive sans conduire comme décrit sur la figure 4 (état off).
Lorsque le thyristor est polarisé en direct, il peut être placé dans l’état on en appliquant une impulsion de courant positive sur la gâchette (G). La caractéristique i_A=f(V_K) résultante est décrite sur la figure 4 (état on).
Lorsque le thyristor commence à conduire, le courant de gâchette peut être annulé. Le thyristor ne peut alors plus être placé à l’état off par la gâchette et se comporte comme une diode. Il se bloque seulement au moment où le courant i_A s’annule.
En polarisation inverse, à des niveaux de tension inférieurs à la tension d’avalanche inverse, seul un courant de fuite négligeable circule dans le thyristor.

Transistor MOSFET
Le transistor MOSFET est un interrupteur unidirectionnel en tension et bidirectionnel en courant.
A l’avantage d’une commande relativement simple qui nécessite peu de puissance. En électronique de puissance, il est utilisé comme élément de commutation et par conséquent présente deux états distincts.