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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE - FONDAMENTAL

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ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

1 – La diode principe de fonctionnement

2 – Redressement simple alternance

3 – Redressement double alternance (pont de Graetz)

4 – Le thyristor principe de fonctionnement

5 – Redressement commandé simple alternance

6 – Redressement commandé double alternance (pont mixte)

7 – Rappels sur le transistor bipolaire

TP1 Redressement simple alternance non commandé

TP2 Redressement double alternance non commandé

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1 – La diode principe de fonctionnement

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1 - LA DIODE, PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

Cette représentation courant - tension est une représentation conventionnelle pour la diode.

La borne 1 est la borne …………………………


La tension aux bornes de la diode est ainsi la tension U…..

i

21

U…..

D

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La borne 1 s ’appelle l ’Anode (A - positif)

La borne 2 s ’appelle la Cathode (C - négatif)

La tension aux bornes de la diode est donc la tension UAC

La diode peut prendre deux états de fonctionnement : L ’état bloqué ou l ’état passant.

Analyse de l ’état bloqué :

La tension UAC est négative et le courant i est égal à zéro. La diode est équivalente à un interrupteur ouvert.

Analyse de l ’état passant :

Le courant i est positif et la tension UAC est alors égale à environ 0,7V.

Cette tension s ’appelle la tension de seuil de la diode. La diode est équivalente à interrupteur fermé.

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Caractéristique Tension - Courant :

i

UAC

Zone I

La diode est bloquée

Zone II

La diode est passante

UAC = Us = 0,7V

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2 – Redressement simple alternance

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2 - REDRESSEMENT SIMPLE ALTERNANCE :

La diode redresse sur une résistance.

La tension U est une tension alternative de Valeur efficace U et de période T.

Déterminons l ’allure de la tension Ur en supposant que Us = 0V ?

Quand U>0, la diode D est passante. UAC = 0V et Ur = U

Quand U<0, la diode D est bloquée. I = 0 et Ur = Rxi = 0

R Ur

i

U

D

UAC

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U

t

t

Etat diode

T

û

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U

t

t

Etat diode

T

û

PASSANTE BLOQUEE PASSANTE BLOQUEE

Ur

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Expression de la valeur moyenne (valeur continue) du signal Ur :

Ur moy = û /

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3 – Redressement double alternance

Pont de Graetz

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3 - REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE (PONT DE GRAETZ) :

Le pont redresse sur une résistance.

D1 D2

D4 D3

RUUr

i

La tension U est une tension alternative de valeur efficace U et de période T.

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Déterminons l ’allure de la tension Ur en supposant que les 4 diodes ont une tension de seuil de 0V.

2 Cas se présente. U<0 et U>0.

Quand U>0, les diodes D1 et D3 vont être passante, tandis que les 2 autres diodes D2 et D4 vont être bloquées. On obtient alors Ur = U.

Quand U<0, les diodes D1 et D3 se trouvent alors bloquées à leur tour et D2 et D4 sont passantes. On obtient Ur = -U.

Dessinons les graphes des tensions en fonction du temps.

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U

t

t

Etat diodes

T

û

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U

t

t

Etat diodes

T

û

D1 et D3 PASSANTES

D2 et D4

BLOQUEES

Ur

D2 et D4 PASSANTES

D1 et D3

BLOQUEES

D1 et D3 PASSANTES

D2 et D4

BLOQUEES

D2 et D4 PASSANTES

D1 et D3

BLOQUEES

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Ur moy = 2 x û /

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4 – Le thyristor principe de fonctionnement

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4 - LE THYRISTOR, PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

Cette représentation courant - tension est une représentation conventionnelle pour la diode.



La borne 3 est la borne ………………………….

La tension aux bornes de la diode est ainsi la tension U…..

i

21

U…..

Th

3

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La borne 1 s ’appelle l ’Anode (A - positif)

La borne 2 s ’appelle la Cathode (C - négatif)

La borne 3 s ’appelle la gâchette (c ’est la commande de notre thyristor pour la fermeture de celui-ci)

La tension aux bornes du thyristor est la tension UAC

Le thyristor peut également prendre deux états de fonctionnement comme la diode :

L ’état bloqué ou l ’état passant. Mais cette fois ci le passage à l ’état passant nécessite une commande (une impulsion de courant) sur la gâchette.

Analyse de l ’état bloqué :

La tension UAC est négative et le courant i est égal à zéro. Le Thyristor est équivalente à un interrupteur ouvert.

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Passage à l ’état passant :

Il faut avoir une double condition ! La tension UAC doit être positive et le thyristor ne sera passant qu ’à partir du moment où une impulsion de courant sera envoyé sur la gâchette.

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5 – Redressement commandé simple alternance

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5 - REDRESSEMENT COMMANDE EN SIMPLE ALTERNANCE :

Le thyristor redresse sur une résistance.

La tension U est une tension alternative de Valeur efficace U et de période T.

Déterminons l ’allure de la tension Ur ?

Quand U>0, le thyristor T est passant à partir d ’une impulsion de courant sur la gâchette. UAC = 0V et Ur = U

Quand U<0, le thyristor T est bloquée. I = 0 et Ur = Rxi = 0

R Ur

i

U

T

UAC

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U

t

t

Etat Thyristor

T

û

Impulsion de courant

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U

t

t

Etat Thyristor

T

û

Impulsion de courant

Ur

Passant Bloquée Passant Bloquée

t1 t1+T

Le temps t1 s ’appelle le temps de retard à la conduction.

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Ur moy = û x cos(.t1) /

s ’appelle la pulsation (en rad/s) de la tension U. Son expression est :

= 2 x / T

Remarque :

Si t1 = 0, alors cos(0) = 1 et Ur moy = û / identique à l ’expression dans le cas d ’un redressement avec diode.

Si t1 = T/2, alors cos() = 0 et Ur moy = 0 ce qui est normal.


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6 – Redressement commandé double alternance (pont mixte)

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6 - REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE COMMANDE (PONT MIXTE) :

Le pont redresse sur une résistance.

T1 T2

D2 D1

RUUr

i

La tension U est une tension alternative de valeur efficace U et de période T.


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U

t

t

Etat Thyristors

T

û

Impulsion de courant T1


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U

t

t

Etat Thyristors

T

û



Ur

t1 t1+T/2 t1+T

Le temps t1 est le retard à l ’amorçage

T1 et D1 PASSANTS

T2 et D2

BLOQUES

T1 et D1 PASSANTS

T2 et D2

BLOQUES

T1 et D1 BLOQUES

T2 et D2

PASSANTS

T1 et D1 BLOQUES

T2 et D2

PASSANTS

TOUT

BLOQUE

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Ur moy = 2 x û x cos(.t1) /

s ’appelle la pulsation (en rad/s) de la tension U. Son expression est : = 2 x / T

Remarque :

Si t1 = 0, alors cos(0) = 1 et Ur moy = 2 x û / identique à l ’expression dans le cas d ’un redressement avec 1 pont de Graetz tout diodes.

Si t1 = T/2, alors cos() = 0 et Ur moy = 0 ce qui est normal.


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7 – Rappels sur le transistor bipolaire

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7 - RAPPELS SUR LE TRANSISTOR BIPOLAIRE :

Symbole du transistor :

B

E

C

VCE

IB

IE

IC

B s ’appelle …………………………………………

C s ’appelle …………………………………………

E s ’appelle …………………………………………

VCE est la ………………………………………….

Transistor

type NPN

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Symbole du transistor :

B

E

C

VCE

IB

IE

IC

B s ’appelle la Base

C s ’appelle le Collecteur

E s ’appelle l ’Emetteur

VCE est la tension Collecteur - Emetteur

Transistor

type NPN


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IB est le courant ………………………………………….

IC est le courant ………………………………………….

IE est le courant …………………………………………..

Equation mathématique : IE = …………………………..

Le transistor peut prendre deux états, c ’est la commutation :

Etat 1 : Le transistor est ………………………………….

C ’est un interrupteur ……………………………………..

Etat 2 : Le transistor est ………………………………….

C ’est un interrupteur ……………………………………..

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IB est le courant de base

IC est le courant de collecteur

IE est le courant d ’émetteur

Equation mathématique : IE = IB + IC

Le transistor peut prendre deux états, c ’est la commutation :

Etat 1 : Le transistor est bloqué

C ’est un interrupteur ouvert entre C et E

Etat 2 : Le transistor est saturé (passant)

C ’est un interrupteur fermé entre C et E

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Fonctionnement du transistor en Amplification :

IC = x IB

Le courant IC est amplifié du gain par rapport à IB

Le gain peut atteindre des valeurs jusqu ’à 200.

IC = 200 x IB

Fonctionnement du transistor en commutation :

C ’est le fonctionnement des transistors dans les ponts onduleurs (UPS)

Il fonctionne alternativement à l ’état bloqué - saturé - bloqué …..


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Circuit émetteur commun :

B

E

C

VCE

IB

IE

IC

e

E

On polarise le transistor de cette façon

Rb

Rc

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Transistor bloqué :

Il est ouvert est C et E. Alors Ic est égal à 0A.

Si Ic = 0, alors VCE = E - Rc x Ic

VCE = E

Transistor saturé :

Il est passant entre C et E. Alors VCE = 0V.

Pour le rendre passant, il est nécessaire de le polariser avec un courant minimum dans la base IBsat. Si ce courant n ’est pas injecter, le transistor ne sera pas complètement passant.

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Ib

t

t

t

Etat du transistor

VCE

Ibsat

Transistor en commutation

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Ib

t

t

t

Etat du transistor

VCE

Ibsat

Saturé Saturé SaturéBloqué Bloqué

E

Transistor en commutation

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Les Travaux Pratiques


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TP1

1 – Compléter le schéma du montage redressement simple alternance non commandé sur une résistance afin de pouvoir visualiser sur l ’oscilloscope la tension ur et la tension d ’entée u.

La tension d ’entrée u provient du petit transformateur.

2 - Reporter les courbes obtenues (tensions u et ur en fonction du temps) en précisant les valeurs efficaces, maxi, la période, …

3 - Ajouter successivement en parallèle sur la résistance un condensateur de 1F, puis un condensateur de 2,2F, puis un condensateur de 10F et enfin un condensateur de 100F. Reporter pour chaque condensateur la nouvelle courbe de la tension ur.

Attention à la polarisation des condensateurs !

4 – Conclure sur les différentes valeurs des condensateurs. Que remarquez vous ?

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1 – Compléter le schéma du montage redressement simple alternance sur résistance.

230Vac

U

12Vac

R 1K

Oscilloscope

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t

Calibres oscilloscopes

U :

Ur :

Base de temps :

2 - Redressement simple alternance sans condensateur

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t


U :

Ur :

Base de temps :

3 - Redressement simple alternance avec condensateur 1F

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t


U :

Ur :

Base de temps :

3 - Redressement simple alternance avec condensateur 2,2F

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t


U :

Ur :

Base de temps :



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t


U :

Ur :

Base de temps :



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4 – Conclusions :

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TP2

1 - Compléter le schéma du montage redressement double alternance non commandé sur une résistance afin de pouvoir visualiser sur l ’oscilloscope la tension ur.

La tension d ’entrée u provient du petit transformateur.

2 - Relever la courbe obtenue (tension ur en fonction du temps) en précisant les valeurs efficaces, maxi, la période, …

3 - Ajouter successivement en parallèle sur la résistance un condensateur de 1F puis un condensateur de 2,2F, puis un condensateur de 10F et enfin un condensateur de 100F. Reporter pour chaque condensateur la nouvelle courbe de la tension ur.

Attention à la polarisation des condensateurs !

4 – Même conclusion que le TP1

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1 – Compléter le schéma du montage redressement double alternance sur résistance.

230Vac

U

12Vac

R 1K

Oscilloscope

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t


Ur :

Base de temps :

2 - Redressement double alternance sans condensateur

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t


U :

Ur :

Base de temps :

3 - Redressement double alternance avec condensateur 1F

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t


U :

Ur :

Base de temps :

3 - Redressement simple alternance avec condensateur 2,2F


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t


U :

Ur :

Base de temps :



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t


U :

Ur :

Base de temps :



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4 – Conclusions :


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