Cours Les onduleurs autonomes - Le site de Fabrice Sincère

Cours de Physique appliquée
Conversion Continu Alternatif
Onduleur autonome
Terminale STI Génie Electrotechnique
© Fabrice Sincère ; version 1.0.6
1

Sommaire
1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre
interrupteurs)
2.1. Commande symétrique
2.2. Commande décalée
2

1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs
E
charge
E u C
E est une source de tension continue, réversible en courant.
K 1 et K 2 sont deux interrupteurs électroniques, commandés
de manière périodique :
0 < t < T/2 : K 1 est fermé et K 2 est ouvert : u C = +E (> 0 V)
T/2 < t < T : K 1 est ouvert et K 2 est fermé : u C = - E (< 0 V)
La tension u C est alternative
Le courant i C est alternatif
i C
K 1
K 2
Fig. 1
3

• Chronogramme de la tension u C
interrupteur
conducteur
u C
+E
0
-E
K 1
Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz
Valeur efficace :
UCeff C
U Ceff
U Ceff
u ( t)²
E²
E
K 2
10 20
t (ms)
Fig. 2
4

• Réalisation pratique
Les interrupteurs électroniques K i doivent être :
- commandables à la fermeture
- commandables à l’ouverture
- bidirectionnels en courant (car courant alternatif)
Pour cela, on utilise deux éléments en parallèle :
E
charge
E u C
i C
Fig. 3
La diode « antiparallèle » D i rend l’interrupteur K i
bidirectionnel en courant.
D 1
D 2
H 1
H 2
K 1
K 2
5

H 1 et H 2 sont souvent des transistors bipolaires :
E
E
u C
K 1
D 1
R L i i C D1
D 2
i D2
K 2
i T1
i T2
circuit
de commande
des
transistors
Fig. 4
6

• Chronogrammes
pour une charge RL
u C
+E
0
-E
i C
0
élément
conducteur
(D 1 , T 1 , D 2 , T 2 )
comportement de
la charge
i T1
0
i D1
i T2
0
0
i D2
0
10
10 20
20
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
Fig. 2
7

• 1 ère phase
u C = +E
K 1 conduit
i C < 0
D 1 conduit
i D1(t) = - i C(t)
• 2 ème phase
u C = +E
K 1 conduit
i C > 0
T 1 conduit
i T1(t) = i C(t)
E
E
E
E
R L i i C D1
u C
u C
K 1
D 1
D 2
i D2
K 2
K 1
D 1
R L i i C D1
D 2
i D2
K 2
i T1
i T2
i T1
i T2
Fig. 4a
Fig. 4b
8

• 3 ème phase
u C = -E
K 2 conduit
i C > 0
D 2 conduit
i D2(t) = i C(t)
• 4 ème phase
u C = -E
K 2 conduit
i C < 0
T 2 conduit
i T2(t) = - i C(t)
E
E
E
E
R L i i C D1
u C
u C
K 1
D 1
D 2
i D2
K 2
K 1
D 1
R L i i C D1
D 2
i D2
K 2
i T1
i T2
i T1
i T2
Fig. 4c
Fig. 4d
9

• Chronogrammes
pour une charge RL
p(t) = u C(t)i C(t)
p > 0 : récepteur
(phase
d’alimentation)
p < 0 : générateur
(phase de
récupération)
Globalement :
< p > est positif
u C
C
+E
+E
0
-E
-E
i
iC C
0
élément
conducteur
(D
1 , T
1 , D
2 , T
2 )
comportement de
Générateur
la charge
i
T1 T1
0
i
D1
0
i
T2
0
i D2
0
D 1
10 10
t
t
(ms)
(ms)
10
10
20
20
T 1 D 2 T 2
Récepteur Générateur Récepteur
t t (ms) (ms)
20 20
t t (ms)
t t (ms)
t t (ms)
t t (ms)
Fig. 2
10

2. Onduleur de tension monophasé en pont
(quatre interrupteurs)
2.1. Commande symétrique
K 1
E
source de
charge
tension
continue
iC uC K 4
0 < t < T/2 : K 1 et K 3 sont fermés : u C = +E (> 0 V)
T/2 < t < T : K 2 et K 4 sont fermés : u C = - E (< 0 V)
K 2
K 3
Fig. 5
11

• Chronogramme de la tension u C
interrupteurs
conducteurs
u C
+E
0
-E
K ; K 1 3
Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz
Valeur efficace : UCeff E
K ; K 2 4
10 20
t (ms)
Fig. 6
13

• Réalisation pratique
E
i T1
i T4
K 1
K 4
i D1
i C
i D4
R L
u C
i D2
i D3
K 2
K 3
i T2
i T3
Fig. 7
14

• Chronogrammes
pour une charge RL
u C
+E
i C
éléments
conducteurs
0
-E
0
comportement de
la charge
i T1
i D1
i T2
i D2
i T3
0
i D3
i T4
0
0
i D4
0
10
10 20
20
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
Fig. 6
15

• 1 ère phase
u C = +E
K 1 ; K 3 conduisent
i C < 0
D 1 ; D 3 conduisent
i D1(t) = i D3(t) = - i C(t)
• 2 ème phase
Fig. 7a
Fig. 7b
u C = +E
K 1 ; K 3 conduisent
i C > 0
T 1 ; T 3 conduisent
i T1(t) = i T3(t) = i C(t)
E
E
i T1
i T4
i T1
i T4
K 1
K 4
K 1
K 4
i D1
i C
i D4
i D1
i C
i D4
R L
u C
R L
u C
i D2
i D3
i D2
i D3
K 2
K 3
K 2
K 3
16
i T2
i T3
i T2
i T3

• 3 ème phase
u C = -E
K 2 ; K 4 conduisent
i C > 0
D 2 ; D 4 conduisent
i D2(t) = i D4(t) = i C(t)
• 4 ème phase
Fig. 7c
Fig. 7d
u C = -E
K 2 ; K 4 conduisent
i C < 0
T 2 ; T 4 conduisent
i T2(t) = i T4(t) = - i C(t)
E
E
i T1
i T4
i T1
i T4
K 1
K 4
K 1
K 4
i D1
i C
i D4
i D1
i C
i D4
R L
u C
R L
u C
i D2
i D3
i D2
i D3
K 2
K 3
K 2
K 3
17
i T2
i T3
i T2
i T3

• Chronogrammes
pour une charge RL
u C
+E
i C
éléments
conducteurs
iT1 iT1 iD1 iD1 iT2 iT2 iD2 iD2 0
-E
0
comportement de
Générateur
la charge
iT3 iT3 0
iD3 iD3 0
iT4 iT4 0
iD4 iD4 0
D 1 ; D 3
T 1 ; T 3
10
10 20
D 2 ; D 4
T 2 ; T 4
Récepteur Générateur Récepteur
20
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
t (ms)
Fig. 6
18

2-2- Commande décalée
19

• Chronogramme de la tension u C
interrupteurs
conducteurs
u C
+E
0
-E
K 4
K 3
K 1
Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz
Valeur efficace :
U
Ceff
K 2
K 4
10 20
E
1
On peut régler U Ceff entre 0 et E.
T
2
t (ms)
Fig. 8
20

A.N. E = 200 V
Sur la figure 8, mesurer le décalage.
En déduire la tension efficace aux bornes de la charge.
= 3 ms
U
Ceff
U Ceff
E
O
200
1
3
20
2
167
V
T / 2
Fig. 9
21

• Chronogramme
du courant pour
une charge RL
Fig. 8
interrupteurs
conducteurs
u C
+E
i C
éléments
conducteurs
0
-E
0
comportement de
la charge
K 4
K 3
K 1
10
K 2
K 4
10 20
20
t (ms)
t (ms)
22

• 1 ère phase
K 4 et K 3 conduisent
u C = 0 V
i C < 0
D 3 ; T 4 conduisent
• 2 ème phase
Fig. 8a
Fig. 8b
K 1 et K 3 conduisent
u C = +E
i C < 0
D 3 ; D 1 conduisent
E
E
i T1
i T4
i T1
i T4
K 1
K 4
K 1
K 4
i D1
i C
i D4
i D1
i C
i D4
R L
u C
R L
u C
i D2
i D3
i D2
i D3
K 2
K 3
K 2
K 3
23
i T2
i T3
i T2
i T3

• 3 ème phase
K 1 et K 3 conduisent
u C = +E
i C > 0
T 1 ; T 3 conduisent
• 4 ème phase
K 1 ; K 2 conduisent
u C = 0 V
i C > 0
D 2 ; T 1 conduisent
Fig. 8c
Fig. 8d
E
E
i T1
i T4
i T1
i T4
K 1
K 4
K 1
K 4
i D1
i C
i D4
i D1
i C
i D4
R L
u C
R L
u C
i D2
i D3
i D2
i D3
K 2
K 3
K 2
K 3
24
i T2
i T3
i T2
i T3

• 5 ème phase
K 2 ; K 4 conduisent
u C = -E
i C > 0
D 2 ; D 4 conduisent
• 6 ème phase
K 2 ; K 4 conduisent
u C = -E
i C < 0
T 2 ; T 4 conduisent
Fig. 8e
Fig. 8f
E
E
i T1
i T4
i T1
i T4
K 1
K 4
K 1
K 4
i D1
i C
i D4
i D1
i C
i D4
R L
u C
R L
u C
i D2
i D3
i D2
i D3
K 2
K 3
K 2
K 3
25
i T2
i T3
i T2
i T3

• Chronogramme
du courant pour
une charge RL
p(t) = u C(t)i C(t)
p > 0 : récepteur
p < 0 : générateur
p = 0 : phase de
roue libre
Fig. 8
interrupteurs
conducteurs
u C
+E
i C
éléments
conducteurs
0
-E
0
comportement de
la charge
K 4
T 4
Roue
libre
K 3
K 1
10
K 2
K 4
10 20
D 1 T 1 D 4 T 4
D 3 T 3 D 2 T 2
Roue
G Récepteur G Récepteur
libre
20
t (ms)
26
t (ms)