universite constantine i · 2016. 10. 28. · électrotechnique, au sein du laboratoire...

الجمـهوريــة الجزائريــة الديمقراطيــة الشعبيــةREPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

……………………………………………………………………….………………………………………………………………

N° d’ordre : ….

Série : ….

Mémoire

Présenté en vue de l’obtention du

Diplôme de Master en Electrotechnique

Option Electrotechnique

Thème

REALISATION D’UN REDRESSEUR TRIPHASE

COMMANDE PAR LA CARTE ARDUINO

Présenté par:

TALBI AMAR

Encadreur:

DR. LOUZ LAMRI

Promotion 2013/2014

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE CONSTANTINE I

FACULTE DES SCIENCES DE LA

TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT : ELECTROTECHNIQUE

يـث العلمــي و البحــم العالــوزارة التعلي

1 ةـــــــــة قسنطينـــــــجامع

كلـيــة علوم التكنولوجيا

يالكتروتقن :قسم

Dédicace

Ce qui sont les plus chers au monde, mes parents :

A mon père, pour m'avoir soutenu moralement, matériellement et

financier jusqu'à ce jour. Père, ce travail est le tien.

A ma mère, voici l'aboutissement de tes nombreuses nuits de prières de

ta sagesse et ta générosité pour votre petit fils. Chère mère, ce travail est le

fruit de tes efforts.

A mon frère Samir le chemin est dur et encore long, il faudrait du

courage et beaucoup de chance, que dieu te garde.

J e n’oublie jamais la générosité illimitée de mes sœurs : Hayet ,Leila et Hassiba

Leurs soutien moral et financier, sans lesquels je n’aurais pu continuer

mes études dans de bonnes conditions, tous simplement je voudrais leurs dire

je les aime de tout mon cœur. … … . . .

A mes neveux et nièces : Boutout Mohamed Louai et ses jumeaux

Rayen, Raid Je vous souhaite beaucoup de chance. J’espère que vous allez

suivre le pas de votre tante, que Dieu vous protège.

A mes oncles, Mes tantes.mes cousins

A tous mes collègues .Hamza, Samir, Salah, Badis, Adlene, Farid,

Walid, Amine, Issam, Riyad, Djamel, Bilal, Hicham, Tiyeb, Zinou,

Oussama, seifou, Adel, Yasser…

AMAR

Remerciement

Je tiens tous d’abord à remercier Dieu le tout puissant et miséricordieux, qui m’a donné la

force et la patience d’accomplir ce travail.

Ce mémoire n'aurait pu voir le jour sans la participation de nombreuses personnes, je veux

m’essayer à trouver les mots justes pour exprimer spécifiquement nos reconnaissances à tous ceux

qui ont contribués de près ou de loin à ce travail.

En seconde lieu, je tiens à remercier mon encadreur LOUZ Lamri, Pour ses nombreux

conseils et sa compréhension, sa grande disponibilité qui a rendu ce travail enrichissant sur le plan

scientifique.

On ‘exprime nos plus vifs remerciements à professeure Abdelmalek KHAZZAR et son

groupe, pour son aide.

mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à

mon recherche en acceptant d’examiner mon travail et l’enrichir par leurs propositions malgré leurs

multiples charges et préoccupations.

Mes sentiments de reconnaissance et mes remerciements vont également à tous mes amis du

laboratoire pour les sympathiques moments qu’on a passé ensemble.

Enfin, je tiens également à remercier gracieusement toute personne qui a contribuée de près

ou de loin à la réalisation de ce travail.

Liste des figures

CHAPITRE I GENERALITE SUR LE THYRISTOR

FIG.I. 1. Évolution de l'électronique de puissance ................................................................................. 3

FIG.I. 2. Zones approximatives (Puissance/Fréquence) d’utilisationdes principaux semi-conducteurs

de puissance ........................................................................................................................................... 5

FIG.I. 3. semi-conducteur extrinsèque de type ( N ) ............................................................................. 5

FIG.I. 4. semi-conducteur extrinsèque de type (P) ................................................................................ 6

FIG.I. 5. La jonction (PN) ...................................................................................................................... 6

FIG.I. 6. (a) Symbole (b) quelques types de boitiers .............................................................................. 6

FIG.I. 7. La caractéristique statique d’une diode (idéale, réelle) ............................................................ 7

FIG.I. 8. Conception de thyristor............................................................................................................ 7

FIG.I. 9. Quelques types de boitiers. ...................................................................................................... 8

FIG.I. 10. Chronogrammes d’une commutation naturelle ...................................................................... 8

FIG.I. 11. blocage par commutation forcée ............................................................................................ 9

FIG.I. 12. Caractéristiques statique d’un thyristor .................................................................................. 9

FIG.I. 13. Aperçu du redresseur et de sa commande ............................................................................ 10

FIG.I. 14. Commande par TI. ............................................................................................................... 11

FIG.I. 15. Isolement galvanique par opto-coupleur .............................................................................. 11

CHAPITRE II LES REDRESSEURS

FIG.II. 1. Modulateurs d’énergie .......................................................................................................... 14

FIG.II. 2. Redresseurs triphasés. (a) P3. (b) PD3. (c) S3. ..................................................................... 15

FIG.II. 3.redresseurs simple alternance charge résistive....................................................................... 16

FIG.II. 4. redresseurs simple alternance charge inductive .................................................................... 17

FIG.II.5.redresseurs simple alternance charge résistive avec source de tension continue E…………..17

FIG.II. 6. redresseurs simple alternance charge RLE .......................................................................... 18

FIG.II. 7 .Taux d’ondulation ................................................................................................................ 25

FIG.II. 8. Filtrage et lissage .................................................................................................................. 25

FIG.II. 9 .Filtrage et lissage pont de Graëtz triphasé PD 3. .................................................................. 25

CHAPITRE III DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO

FIG.III. 1 . Quelques types de boitiers ................................................................................................. 29

FIG.III. 2 .Présentation de la carte arduino.......................................................................................... 30

FIG.III. 3 .Representation micro controleur (atmega328) ................................................................. 31

FIG.III. 4 .Explication de l’enter faces du logicielle arduino ............................................................... 32

CHAPITRE IV REALISATION PRATIQUE ET SIMULATION

D’UN REDRESSEUR TRIPHSE

FIG.IV. 1.Schéma principe de commande ............................................................................................ 35

FIG.IV. 2 .circuit de synchrones au réseau ........................................................................................... 36

FIG.IV. 3 .simulation du circuit par logiciel ISIS ................................................................................. 36

FIG.IV. 4 .Circuit imprimé à la forme PDF........................................................................................ 37

FIG.IV. 5 .Circuit imprimé ................................................................................................................... 37

FIG.IV. 6 .placement les composants sur le Circuit imprimé .............................................................. 37

FIG.IV. 7 .circuit d’alimentation et synchronisation ............................................................................ 38

FIG.IV. 8 .La bibliothèque Arduino IO sur de MATLAB .................................................................... 38

FIG.IV. 9 .simulation sur MATLAB .................................................................................................... 38

FIG.IV. 10 .Résultat sur scope de MATLAB ....................................................................................... 39

FIG.IV. 11.les essais sur logiciel ISIS .................................................................................................. 39

FIG.IV. 12 .Le résultat sur les scopes ................................................................................................... 39

FIG.IV. 13 .le circuit amplification et isolement galvanique ................................................................ 40

FIG.IV. 14 .Transformateur d’impulsion ............................................................................................. 40

FIG.IV. 15 .La forme de sortie d’un Transformateur d’impulsion ...................................................... 41

FIG.IV. 16 .Le circuit de commande .................................................................................................... 41

FIG.IV. 17 .circuit de puissance ........................................................................................................... 41

FIG.IV. 18 Redresseuse Triphasé ......................................................................................................... 42

FIG.IV. 19 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 0°) ....................... 43

FIG.IV. 20 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 30°) ..................... 43

Liste des tableaux

CHAPITER I

TAB.I. 1 Applications de l'électronique de puissance [Claude Chevassu] ........................................ 4

CHAPITER I I

TAB.II. 1. les grandeurs quantitatives ............................................................................................. 19

TAB.II. 2 .Redressement mono alternance ...................................................................................... 20

TAB.II. 3 Pont de Graëtz monophasé PD 2..................................................................................... 21

TAB.II. 4 . Redressement triphasé simple alternance P3 ................................................................ 22

TAB.II. 5 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3- ................................................ 23

TAB.II. 6 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3- ................................................ 24

TAB.II. 7.variation de FP en fonction de p- Montage parallèle- ..................................................... 26

TAB.II. 8 . variation de FP en fonction de p - Montage parallèle double- ....................................... 27

CHAPITER III

TAB.III. 1 caractéristiques de la carte arduino uno ......................................................................... 30

TAB.III. 2. structure d’un programme ............................................................................................ 33

Sommaire

CHAPITRE I GENERALITE SUR LE THYRISTOR

I.1.INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 3

I.2.CLASSIFICATION DE L’ELECTRONIQUE ........................................................................................... 3

I.3.ÉVOLUTION DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ......................................................................... 3

I.4.DOMAINES D'APPLICATION DES INTERRUPTEURS ELECTRONIQUES ....................................... 4

I.5.ZONES APPROXIMATIVES (PUISSANCE/FREQUENCE) D’UTILISATION DES PRINCIPAUX

SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE .................................................................................................... 4

I.6.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE (N) ....................................................................................................... 5

I.7.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE ( P ) ..................................................................................................... 5

I.8.LA JONCTION (PN): ................................................................................................................................. 6

I.9.LA DIODE .................................................................................................................................................. 6

I.9.1.Symbole ..................................................................................................................................... 6

I.9.2.CARACTERISTIQUES STATIQUES : .................................................................................... 7

I.10.LE THYRISTOR ...................................................................................................................................... 7

I.10.1.PRESENTATION : .................................................................................................................. 7

I.10.2.SYMBOLE: ............................................................................................................................. 7

I.10.3.QUELQUES TYPES DE BOITIERS : .................................................................................... 8

I.10.4.PROTECTION D’UN THYRISTOR ....................................................................................... 8

I.10.5.LES CONDITIONS D’AMORCAGE...................................................................................... 8

I.10.6.MODE DE BLOCAGE DE THYRISTOR............................................................................... 8

I.10.6.1.BLOCAGE PAR COMMUTATION NATURELLE ........................................................ 8

I.10.6.2.BLOCAGE PAR COMMUTATION FORCEE .................................................................... 9

I.10.7.CARACTERISTIQUES DE THYRISTOR ............................................................................. 9

I.10.8.CIRCUIT DE COMMANDE DE GACHETTE ................................................................................... 10

I.10.7.1.MODELISATION ET COMMANDE DE LA GACHETTE .......................................... 10

I.10.8.2.EXPLICATION DE LA COMMANDE.......................................................................... 10

I.10.8.3.MODE DE COMMANDE .............................................................................................. 10

I.11.CONCLUSION ....................................................................................................................................... 12

CHAPITRE II LES REDRESSEURS

II.1.INTRODUCTION ................................................................................................................................... 14

II.2.LES MODULATEURS D’ENERGIE ..................................................................................................... 14

II.3.LES TROIS TYPES DE MONTAGES REDRESSEURS ....................................................................... 14

II.4.PRINCIPE DE L'ETUDE D'UN MONTAGE ......................................................................................... 15

II.5.REDRESSEMENT NON COMMANDE (DIODES) .............................................................................. 16

II.5.1.ANALYSE DE FONCTIONNEMENT D'UN SYSTEME SIMPLE…………………………...16

II.5.1.1.DEBIT SUR CHARGE RESISTIVE ............................................................................... 16

II.5.1.2.DEBIT SUR CHARGE INDUCTIVE ............................................................................. 16

II.5.1.3.DEBIT SUR CHARGE AVEC F.C.E.M. ........................................................................ 17

II.5.1.4.DEBIT SUR CHARGE RLE RESISTIVE ET INDUCTIVE…………………………...18

II.5.2.FONCTIONNEMENT DES REDRESSEURS SIMPLE ALTERNANCE : MONTAGE P3 . 18

II.5.3.REDRESSEMENT PARALLELE DOUBLE OU EN PONT : MONTAGE PD3 .................. 19

II.6.LES REDRESSEURS COMMANDES .................................................................................................. 19

II.7.TAUX D’ONDULATION ....................................................................................................................... 24

II.8.FILTRAGE ET LISSAGE ....................................................................................................................... 25

II.9.FACTEUR DE PUISSANCE SECONDAIRE ........................................................................................ 26

II.9.1.MONTAGE PARALLELE ..................................................................................................... 26

II.9.2.MONTAGE PARALLELE DOUBLE .................................................................................... 26

II.10.CONCLUSION ..................................................................................................................................... 27

CHAPITRE III DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO

III.1.INTRODUCTIO ..................................................................................................................................... 29

III.2.PRESENTATION .................................................................................................................................. 29

III.3.LE BUT ET L'UTILITE ......................................................................................................................... 29

III.4.QUELQUES TYPES DE BOITIERS : ................................................................................................... 30

III.5.CARACTERISTIQUES DE LA CARTE ARDUINO UNO : ................................................................ 30

III.6.MATERIELLE ....................................................................................................................................... 30

III.6.1.REPRESENTATION MICRO CONTROLEUR (ATMEGA328) ...................................... 31

III.7.LOGICIEL ............................................................................................................................................. 32

III.7.1.LES CONDITIONS D'UN PROGRAMMATION ARDUINO: ............................................ 32

III.7.3.STRUCTURE D’UN PROGRAMME : ................................................................................ 33

III.8.CONCLUSION ...................................................................................................................................... 33

CHAPITRE IV REALISATION PRATIQUE ET SIMULATION

D’UN REDRESSEUR TRIPHSE

IV.1.INTRODUCTION.................................................................................................................................. 35

IV.2.MODELE GENERALE : ....................................................................................................................... 35

IV.3.DETECTE LE DEBUT D’UNE DEMI-PERIODE (FRONT-MONTANT) .......................................... 35

IV.3.1.COMPOSANTS DE CIRCUIT DE SYNCHRONES AU RESEAU…….…………………….35

IV.4.FABRICATION DU CIRCUIT D'ALIMENTAION ET SYNCHRONISATION………………….….36

IV.4.1.COMPOSANTS DE LA CARTE D’ALIMENTATION : .................................................... 36

IV.4.2.LES ETAPES ........................................................................................................................ 36

IV.5. PARTIE DE LA COMMANDE ............................................................................................................ 38

IV.5.1. CARTE ARDUINO ............................................................................................................. 38

IV.5.1.1.CARTE ARDUINO DEVIENT UN PERIPHERIQUE D'ENTREE SORTIE ............... 38

IV.5.1.2. ESSAIS SUR LOGICIEL ISIS ...................................................................................... 39

IV.6. CIRCUIT D’AMPLIFICATION ET L’ISOLEMENT GALVANIQUE ............................................... 40

IV.6.1.TRANSFORMATEUR D’IMPULSION ............................................................................... 40

IV.7.LE CIRCUIT DE PUISSANCE ............................................................................................................. 41

IV.8. RESULTATS EXPERIMENTALE....................................................................................................... 42

IV.9.CONCLUSION ...................................................................................................................................... 43

INTRODUCTION GENERALE

Ce projet a été réalisé dans le cadre de la formation Master 2 recherche, option

électrotechnique, au sein du laboratoire d'électrotechnique de Constantine (LEC). L'objectif de ce

projet est la réalisation de redresseur triphasé (PD3) et de manipuler leur commande.

Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de

l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu. Alimentés par

une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courant

continu le récepteur branché à leur sortie.

Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pas de faire varier le rapport

entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont

irréversibles, c'est-à-dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu.

Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent, pour une tension alternative

d'entrée fixée, de faire varier la tension continue de sortie. Ils sont de plus réversibles ; lorsqu'ils

assurent le transfert de puissance du côté continu vers le côté alternatif, on dit qu'ils fonctionnent en

onduleurs non autonomes.

Ce mémoire contient quatre chapitres, organisés comme suit:

Dans le premier chapitre nous allons faire présenter des notions générales sur les semi-

conducteurs et l’étude de leurs caractéristiques statiques. Aussi, le fonctionnement des

semi-conducteurs commandés par un courant de gâchette (thyristor).

Dans le deuxième chapitre nous exposerons quelques généralités sur les redresseurs non

commandés (diode), commandés (thyristor)

Dans le troisième chapitre, nous allons d'abord discuter la description de la carte Arduino

et parler leur coté logiciel.

Dans le quatrième chapitre nous allons décrire la fabrication et simulation de redresseur

triphasé et la comparaison entre eux.

Enfin, dans la dernière partie, nous présentons les conclusions de cette étude ainsi que les

perspectives envisageables pour la poursuite de ce travail.

CHAPITRE I

GENERALITE SUR LE

THYRISTOR

CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE THYRISTOR

3

I.1.INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous allons présenter des notions générales sur les semi-conducteurs de

commutation naturelle (diode) et leurs caractéristiques statiques. Aussi, le fonctionnement des semi-

conducteurs commandés par un courant de gâchette (thyristor), pour l’évolution des différents

modes de commande et les performances relatives des composants en fonction des tensions

d’alimentation et des fréquences dans les convertisseurs AC/DC commandés l'électronique de

puissance.

I.2.CLASSIFICATION DE L’ELECTRONIQUE

L’électronique prise dans sa globalité comporte deux grandes familles :

l’électronique des courants faibles, qui comporte-t-elle - même deux sous catégories :

l’électronique analogique, dont la principale fonction consiste à amplifier et filtrer les

signaux, et dont les principales caractéristiques s’expriment sous forme de gains et les

constantes de temps.

l’électronique numérique, dont la principale fonction consiste à réaliser des fonctions

combinatoires et séquentielles, allant delà porte logique au microprocesseur le plus

évolué.

l’électronique de puissance ou électronique des courants forts, dont la principale fonction

est une transformation de la présentation de l’énergie électrique entre une source et un

récepteur, et dont la principale caractéristique est le rendement de la conversion de

puissance recherchée.

I.3.ÉVOLUTION DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

FIG.I. 1. Évolution de l'électronique de puissance


4

I.4.DOMAINES D'APPLICATION DES INTERRUPTEURS

ELECTRONIQUES

TAB.I. 1 Applications de l'électronique de puissance

Réseaux

électriques

Transport à courant continu (HTCC)

Systèmes FACTS

Compensateurs statiques

Filtres harmoniques

Qualité de l'onde

Énergies renouvelables

Stockage d'énergie

Alimentation

électrique

Télécommunication

Ordinateurs

Équipements de bureau

Instruments électroniques

Équipements électroniques mobiles

Applications

résidentielles

Éclairage

Chauffage

Climatisation

Réfrigération

Équipements de cuisine

Laveuse, sécheuse

Équipements de divertissement

Applications

spatiales

Réseaux embarqués (vaisseau, satellite)

Systèmes d'alimentation

Autres

Commande de réacteur nucléaire

Alimentation pour accélérateur de particules

Ingénierie de l'environnement

I.5.ZONES APPROXIMATIVES (PUISSANCE/FREQUENCE)

D’UTILISATION DES PRINCIPAUX SEMI-CONDUCTEURS DE

PUISSANCE

Lorsque l’on étudie les performances relatives des composants en fonction des tensions

d’alimentation et des fréquences auxquelles le composant est capable de fonctionner, on peut tracer

le domaine suivant :


5

I.6.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE (N)

C'est le cas d’ajouter au semi-conducteur des atomes ou des impuretés possèdent 5 électrons

périphérique comme (phosphore) …, on se retrouve alors avec un électron supplémentaire, donc

LIBRE et qui a la propriété de se déplacer dans le cristal. Nous parlons de porteurs de charge

mobiles.

Les porteurs des charges majoritaires sont alors de polarisation négative. Le cristal dans ce cas est

dit dopée N.

FIG.I. 3. semi-conducteur extrinsèque de type ( N )

I.7.SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE ( P )

Ici, les atomes d'impureté sont des accepteurs (bore, aluminium, gallium, indium), ils ont

seulement trois électrons sur la couche de valence. Si on les introduit dans un cristal intrinsèque, ils

mettent en commun leurs 3 électrons avec les 4 atomes du semi-conducteur qui les entourent pour

former les liaisons de valence. Donc le semi-conducteur doit fournir un électron ce qui

résulte que le nombre de trou dans le cristal augmente donc les porteur majoritaire son des

trous (+), alors le matériau est dit dopé P.

FIG.I. 2. Zones approximatives (Puissance/Fréquence) d’utilisationdes

principaux semi-conducteurs de puissance


6

FIG.I. 4. semi-conducteur extrinsèque de type (P)

I.8.LA JONCTION (PN):

Il résulte d’une jonction PN deux zones, une zone polarisé positivement P et une zone

polarisé négativement N, les deux zones sont séparés par un isolant alors jonction PN non alimentée

est à l'image d'un condensateur appeler la diode.

- la zone frontière entre la région p et la région n est appelée métallurgique.

- si on trouve le même matériau dans les deux zones dopée , cette jonction est appelée homo-

jonction.

I.9.LA DIODE

La diode est l’élément de base utilisé dans les convertisseurs AC/DC non commandés, (ni à la

fermeture ni à l’ouverture). Elle n’est pas réversible en tension et ne supporte qu’une tension

anode-cathode négative (VAK < 0) à l’état bloqué. Elle n’est pas réversible en courant et ne

supporte qu’un courant dans le sens anode-cathode positif à l’état passant (IAK > 0).

I.9.1.Symbole

(a) (b)

FIG.I. 6. (a) Symbole (b) quelques types de boitiers

FIG.I. 5. La jonction (PN)


7

I.9.2.CARACTERISTIQUES STATIQUES :

FIG.I. 7. La caractéristique statique d’une diode (idéale, réelle)

Les critères principaux de choix d’une diode sont :

I0 le courant direct moyen.

VRRM la tension inverse de crête répétitive.

Le type de boîtier.

I.10.LE THYRISTOR

I.10.1.PRESENTATION :

Le thyristor est un interrupteur statique, unidirectionnel en courant, bidirectionnel en tension, à l'état

solide constitué de quatre couches, alternativement dopées N et P, commandé à la ouverture.

I.10.2.SYMBOLE:

Le thyristor est un dispositif semi-conducteur formé de quatre couches de dopages alternés:

La couche de cathode de type N, elle est reliée par métallisation à l'électrode de cathode.

La couche de commande de type P, elle est reliée à l'électrode de gâchette G.

La couche de blocage de type N.

La couche d'anode de type P, elle est reliée par métallisation à l'électrode d'anode A

FIG.I. 8. Conception de thyristor


8

I.10.3.QUELQUES TYPES DE BOITIERS :

FIG.I. 9. Quelques types de boitiers.

I.10.4.PROTECTION D’UN THYRISTOR

I.10.5.LES CONDITIONS D’AMORCAGE

Tension entre l’anode et la cathode positive et supérieure au seuil minimum.

Courant de gâchette Ig supérieur à la valeur minimale requise.

I.10.6.MODE DE BLOCAGE DE THYRISTOR

I.10.6.1.BLOCAGE PAR COMMUTATION NATURELLE

Ce blocage intervient par extinction naturelle du courant anode-cathode, le montage suivant fournit

un exemple de commutation naturelle qui se traduit par la figure :

FIG.I. 10. Chronogrammes d’une commutation naturelle


9

I.10.6.2.BLOCAGE PAR COMMUTATION FORCEE

Ce blocage est imposé par la mise en conduction d’un autre composant (circuit d’extinction),

qui applique une tension négative aux bornes du thyristor, provoquant donc son extinction. Les

deux thyristors sont initialement bloqués. Dès que ThP est amorcé, il conduit et assure le courant

iP dans la charge.

Dès l’amorçage de ThE, la tension VAK = –uC est donc négative et bloque ThP.

FIG.I. 11. blocage par commutation forcée

I.10.7.CARACTERISTIQUES DE THYRISTOR

FIG.I. 12 Caractéristiques statique d’un thyristor

Les critères principaux de choix d’un thyristor sont :

I0 le courant direct moyen à l’état passant

IT (RMS) le courant efficace à l’état passant

VRRM la tension inverse de crête répétitive

VDRM la tension directe de crête répétitive à l’état bloqué

Les temps d’amorçage et de désamorçage


10

I.10.8.CIRCUIT DE COMMANDE DE GACHETTE

I.10.7.1.MODELISATION ET COMMANDE DE LA GACHETTE

La gâchette peut être assimilée à une diode de grande résistance dynamique : tension de seuil

VGK0 et résistance RGK. Pour provoquer l’amorçage, on doit établir dans la gâchette un courant

iG de quelques centaines de mA tant que le courant d’anode n’a pas atteint Ih.

I.10.8.2.EXPLICATION DE LA COMMANDE

L’énergie à contrôler provient souvent d’un réseau sinusoïdal. Il faut donc que le

commutateur soit mis en conduction de manière synchrone du réseau. Pour cela on

détecte le début d’une demi-période (front-montant) qui sert de référence.

L’amorçage du thyristor est alors retardé par rapport à cet instant.

De plus, les signaux de commande opèrent à des niveaux de puissance faibles. Pour

assurer un courant suffisant dans la gâchette, un étage amplificateur adapte les signaux

issus de la commande.

D’autre part, les niveaux de tension de la partie puissance sont élevés : la séparation par

un isolement galvanique s’impose.

Toutes ces fonctions s’intègrent dans l’ensemble entre la commande et les gâchettes (avant la

puissance) pour constituer le circuit d’interface entre la commande et la puissance (FIG.I.13)

FIG.I. 13 Aperçu du redresseur et de sa commande

I.10.8.3.MODE DE COMMANDE

I.10.8.3.1.ISOLEMENT GALVANIQUE MAGNETIQUE PAR TRANSFORMATEUR

D’IMPULSIONS

Un transformateur d’impulsions possède un circuit magnétique en ferrite pour minimiser les

pertes fer. Son rapport de transformation est généralement unitaire <FIG.I.15>.Son utilisation


11

normale a lieu dans la zone linéaire du matériau magnétique. Là, les relations qui s’appliquent

sont : 𝑈1 = 𝑈1 = 𝑁𝑑∅

𝑑𝑡 ( Faraday )

Pendant l’application d’une impulsion de commande à la base de T, la tension u2 = u1 = E

apparaît au secondaire du TI pour créer le courant d’amorçage iG : c’est la phase de

magnétisation. Au blocage de T, les diodes D et Dz sont transitoirement passantes pour

imposer une tension négative au primaire du TI. Ceci provoque la décroissance puis l’annulation

du flux : c’est la phase de démagnétisation.

FIG.I. 14. Commande par TI.

I.10.8.3.2.ISOLEMENT GALVANIQUE OPTIQUE PAR OPTO-COUPLEUR ET/OU FIBRE

OPTIQUE

L’isolement galvanique de l’impulsion de gâchette peut être obtenu par un intermédiaire optique

(opto-coupleur), Sur la <FIG.I.16>, le transistor de sortie du composant est saturé lorsque la diode

émissive envoie une énergie lumineuse suffisante. Il est bloqué sinon.

L’inconvénient majeur de cette solution est la nécessité d’une alimentation isolée E2 référencée par

rapport à la cathode du thyristor Th pour fournir l’énergie nécessaire au déblocage (donc une

alimentation par composant si les cathodes ne sont pas communes).

Par contre, ce système possède l’avantage de pouvoir transmettre des impulsions longues, et il est

insensible aux perturbations électromagnétiques.

FIG.I. 15 Isolement galvanique par opto-coupleur


12

I.11.CONCLUSION

Dans ce chapitre nous avons présenté des notions générales sur les interrupteurs électriques, leurs

principes de commande.

Le chois d’un thyristor nous permet de joué sur la valeur moyen d’une tension redressée par l’ongle

d’amorçage d’un thyristor. Dans le chapitre suivant nous allons utiliser ce composent pour la

conversion AC/DC.

CHAPITRE II

LES REDRESSEURS

CHAPITRE II : LES REDRESSEURS LEC-UMC 13/14

14

II.1.INTRODUCTION

Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de

l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu, alimentés par

une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en courant

continu le récepteur branché à leur sortie.

Dans ce chapitre nous allons étudier le principe de fonctionnement de redresseur non commandé et

commandé et calculée les grandeurs quantitatif.

II.2.LES MODULATEURS D’ENERGIE

La « mission » de l’électronique de puissance est de convertir une énergie électrique de départ en une énergie

électrique de tension, fréquence ou type de courant (~ ou =) différents, de valeur variable ou fixe.

II.3.LES TROIS TYPES DE MONTAGES REDRESSEURS

Pour obtenir une tension continue, on redresse un ensemble de q tensions alternatives, d'ordinaire

supposées sinusoïdales et formant un système polyphasé équilibré (nombre de phases q). Ces

tensions peuvent être les tensions aux bornes d'un alternateur, généralement, elles sont fournies par

le réseau monophasé ou plus souvent par le réseau triphasé, d'ordinaire par l'intermédiaire d'un

transformateur. On distingue trois types de montages :

Pq : montages avec source en étoile et un seul commutateur ou redresseur "simple

alternance".

FIG.II. 1 Modulateurs d’énergie


15

PDq : montages avec source en étoile et deux commutateurs ou redresseurs "en pont" avec

source étoilée.

Sq : montages avec source en polygone et deux commutateurs ou redresseurs "en pont" avec

source polygonale.

La figure II.2 donne le schéma électrique des montages P3, PD3 et S3. Ces trois montages sont le

plus communément utilisés pour le redressement de tensions triphasées.

II.4.PRINCIPE DE L'ETUDE D'UN MONTAGE

L'étude d'un montage doit servir, pour le concepteur, à déterminer les caractéristiques de chaque

élément constitutif (transformateur, diodes, thyristors,...). Elle doit également permettre de calculer

et définir les protections contre des échauffements dus à des surtensions ou sur courants (dus à des

courts-circuits) éventuels.

On procède en général en quatre étapes :

ETUDE DES TENSIONS (de l'entrée vers la sortie) En partant des tensions

alternatives à l'entrée, on calcule la tension redressée à vide et la tension maximale aux

bornes des semi-conducteurs. Pour cette étude on suppose négligeables les impédances

de la source et des éléments du montage, ce qui est réaliste compte tenu des faibles

chutes de tension qu'elles occasionnent.

ETUDE DES COURANTS (de la sortie vers l'entrée) A partir du courant débité

supposé continu, on calcule la valeur du courant dans les semi-conducteurs ainsi que

dans les enroulements secondaires et primaires du transformateur. Les chutes de

tension dues aux impédances citées précédemment sont négligées.

ETUDE DES CHUTES DE TENSION A l'aide des courants ainsi déterminés, on

peut maintenant calculer les diminutions de la tension redressée dues aux résistances,

aux inductances et à la chute de tension interne des semi-conducteurs.

FIG.II. 2 Redresseurs triphasés. (a) P3. (b) PD3. (c) S3.


16

ETUDE DU FONCTIONNEMENT EN COURT-CIRCUIT

II.5.REDRESSEMENT NON COMMANDE (DIODES)

II.5.1.ANALYSE DU FONCTIONNEMENT D’UN SYSTEME SIMPLE

1er principe : la loi des branches (ou la loi des mailles) se vérifie à chaque instant

V~ entrée = Vdiode + Vcharge

2ème principe : quand la diode est passante Vdiode ≈ 0

3ème principe : quand la diode est bloquée Vdiode ≈ pleine tension Idiode = 0

4ème principe : la tension RI aux bornes d’un résistor est "l’image" du courant I.

II.5.1.1.DEBIT SUR CHARGE RESISTIVE

Pendant 10 ms, la diode est passante, Vdiode est nulle, toute la tension d’entrée est aux bornes de

la charge. Le courant a la même forme que la tension Vcharge (Vcharge = RI).

Pendant alternance négative, la diode se bloque. C’est une coupure donc Vdiode = Ventrée , il ne

"reste" plus rien pour la charge, donc Vcharge = 0 et bien sûr, I = 0

FIG.II. 3 redresseurs simple alternance charge résistive

II.5.1.2.DEBIT SUR CHARGE INDUCTIVE

Un relais est fait de fil de résistance R ; ce fil est bobiné, il a donc une inductance L. On dira que le

schéma équivalent d’un relais est un circuit RL série.

On sait déjà qu’une bobine retarde l’établissement du courant et qu’elle s’oppose à sa disparition

(Loi de Lenz).

On peut l’expliquer en disant qu’elle emmagasine de l’énergie, avant de la restituer. Elle crée une

f.é.m. éphémère e = - L.di/dt


17

FIG.II. 4 redresseurs simple alternance charge inductive

II.5.1.3.DEBIT SUR CHARGE AVEC F.C.E.M.

Pendant l’alternance positive, la diode reste bloquée tant que la tension ne dépasse pas la f.c.é.m. de

la charge.

Le courant a la même forme que la tension Vcharge (Vcharge = E’ + RI) mais décalé vers l’axe des

abscisses. Pendant l’alternance négative et quand Ventrée < E’, la diode se bloque. C’est une

coupure donc Vdiode = Ventrée , il ne "reste" plus rien pour la charge, donc Vcharge = 0 et

bien sûr, I = 0

FIG.II. 5 redresseurs simple alternance Charge résistive avec source de tension continue E


18

II.5.1.4.DEBIT SUR CHARGE RLE RESISTIVE ET INDUCTIVE A F.C.E.M.

Un moteur est fait de fil de résistance R ; ce fil est bobiné, il a donc une inductance L. Avec la

vitesse, on voit apparaître une f.c.é.m. E’ = nNΦ. On dira que le schéma équivalent d’un moteur est

un circuit RLE série.

La f.c.é.m. empêche le courant de passer tant que Ventrée n’est pas supérieure à E’.

L’inductance crée une tension induite négative pour "prolonger" le courant dans le moteur, retarder

sa disparition.

Si on place en parallèle une diode de roue libre (DRL), les caractéristiques Vcharge et Vdiode sont

les mêmes que pour un récepteur à f.c.é.m. car au-delà de 10 ms, c’est la DRL qui devient passante

et comme elle est en parallèle avec la charge Vcharge devient nulle donc Vdiode = Ventrée

FIG.II. 6 redresseurs simple alternance charge RLE

II.5.2.FONCTIONNEMENT DES REDRESSEURS SIMPLE ALTERNANCE :

MONTAGE P3

Dans le cas général, les q phases, sièges des q tensions alternatives à redresser, sont couplées en

étoile. Grâce à q diodes formant par exemple un commutateur "plus positif", à chaque instant, la

borne M est reliée à la plus positive des bornes 1, 2, ....., q. La tension redressée ud est recueillie

entre M et le point neutre N.


19

Dans ce type de redresseur, les diodes effectuent un seul choix. Nous utilisons l'adjectif "parallèle"

(P) pour ce type de montage car entre les deux bornes de sortie, on trouve en parallèle les q voies

formées chacune par un enroulement et une diode.

II.5.3.REDRESSEMENT PARALLELE DOUBLE OU EN PONT : MONTAGE PD3

Dans le cas général, les q enroulements, sièges des q tensions alternatives v1 ,v2 ,......, vq , sont

encore couplés en étoile, mais on utilise 2q diodes.

Le premier groupe, D1, D2, ..., Dq , forme un commutateur "plus positif" et réunit M à la plus

positive des bornes 1, 2, ..., q. Le second groupe, D1' , D2' , ..., Dq' , forme un commutateur "plus

négatif" et relie N à la plus négative des bornes 1, 2, ..., q. Cet ensemble de 2q diodes est

couramment appelé pont de diodes. La tension redressée ud, recueillie entre M et N, est égale, à

chaque instant, à la plus grande différence entre les tensions d'entrée. Le montage effectue donc un

double choix, d'où le sigle PD (parallèle double) utilisé.

TAB.II. 1. les grandeurs quantitatives

Pp P3 PD3

Montage

Udmoy = 𝑈𝑑𝑚

sin(𝜋𝑝

)

𝜋/𝑝 𝑈𝑑𝑚

sin(𝜋3

)

𝜋/3= 0.83𝑈𝑑𝑚 𝑈𝑑𝑚

sin(𝜋6

)

𝜋/6= 0.95𝑈𝑑𝑚

Udeff = 𝑈𝑑𝑚

2 1 +

sin2𝜋𝑝

2𝜋𝑝

𝑈𝑑𝑚

2 1 +

sin2𝜋3

2𝜋3

= 0.84𝑈𝑑𝑚

𝑈𝑑𝑚

2 1 +

sin2𝜋6

2𝜋6

= 0.94𝑈𝑑𝑚

F =

1

2 1 +

sin 2𝜋/𝑝2𝜋/𝑝

sin 2𝜋/𝑝𝜋/𝑝

1

2 1 +

sin 2𝜋/32𝜋/3

sin 2𝜋/3𝜋/3

= 1.02

1

2 1 +

sin 2𝜋/32𝜋/3

sin 2𝜋/3𝜋/3

= 1.0009

II.6.LES REDRESSEURS COMMANDES

Après l’étude que on à fait des redresseur non commandé, en passe a une résumé des différant

configurations des montages de redresseur commandé ainsi les courbes et les relations liées.


20

TAB.II. 2 .Redressement mono alternance

Charge résistive

𝑈𝑑 =1

2𝜋 2𝜋

𝛼

𝑈2 sin𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡

𝑈𝑑 = 2𝑈2

2𝜋(1 + cos𝛼)

I𝑑

= 2𝑈2

𝑧sin(𝛼 − 𝜑)𝑒−

𝑅𝑤𝑙

(𝑤𝑡−𝛼)

+ 2𝑈2

𝑧sin(𝑤𝑡 − 𝜑)

Charge inductive

Charge inductive

avec diode de

roue libre

𝑈𝑑 =1

2𝜋 2𝜋

𝛼

𝑈2 sin𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡

𝑈𝑑 = 2𝑈2

2𝜋(1 + cos𝛼)

IVT = 1

2𝜋 𝐼𝑑

𝜋𝑑 𝑤𝑡 𝜋

𝛼

IVT = 𝜋 − 𝛼

2𝜋𝐼𝑑

Transformateur à point milieu

𝑈𝑑 =2 2𝑈2

𝜋cos𝛼


21

TAB.II. 3 Pont de Graëtz monophasé PD 2

Charge

résistive

𝑈𝑑 =1

𝜋 2𝑈2

𝜋

𝛼

sin𝑤𝑡𝑑 𝑤𝑡

=2 2𝑈2

𝜋

1 + cos𝛼

2= 0.9𝑈2

1 + cos𝛼

2

𝐼𝑑 =𝑈𝑑

𝑅=

1

𝑅𝜋 2𝑈2

𝜋

𝛼


=2 2𝑈2

𝑅𝜋

1 + cos𝛼

2= 0.9

𝑈2

𝑅

1 + cos𝛼

2

𝐼𝑑𝑉𝑇 =1

2𝐼𝑑 = 0.45

𝑈2

𝑅

1 + cos𝛼

2

Charge

inductive

𝑈𝑑 =1

𝜋 2𝑈2

𝜋

𝛼


=2 2𝑈2

𝜋cos𝛼

= 0.9𝑈2 cos𝛼

𝐼𝑉𝑇 = 1

2𝜋 (

2𝑈2

𝑅

𝜋

𝛼

sin𝑤𝑡)2𝑑 𝑤𝑡

Charge

inductive

avec diode

de roue

libre

𝑈𝑑 =1

𝜋 2𝑈2

𝜋

𝛼


=2 2𝑈2

𝜋

1 + cos𝛼

2= 0.9𝑈2

1 + cos𝛼

2

Charge

résistive

avec source

de tension

continue E

𝑈𝑑 =1

𝜋 ( 2𝑈2

𝜋

𝛼

sin 𝑤𝑡 –𝐸)𝑑 𝑤𝑡


22

TAB.II. 4 . Redressement triphasé simple alternance P3

Charge

résistive

𝛼 = 0

Charge

résistive

𝛼 = 30

Charge

résistive

𝛼 = 60

Charge

inductive

𝐿 ≫


23

TAB.II. 5 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3-

Charge

résistive

𝛼 = 0

Charge

résistive

𝛼 = 30

Charge

résistive

𝛼 = 60

Charge

résistive

𝛼 = 90


24

TAB.II. 6 . Redressement triphasé - Pont de Graëtz triphasé PD3-

Charge

inductive

𝐿 ≫

𝛼 = 0

Charge

inductive

𝐿 ≫

𝛼 = 30

Charge

inductive

𝐿 ≫

𝛼 = 90

Le fonctionnement du

montage est réversible

dépend de la valeur de α :

0<α<90°:

Le montage fonctionne en

redresseur

90°<α<180°:

Le montage fonctionne en

onduleur

II.7.TAUX D’ONDULATION

Noté parfois η ou encore β, il est de 0 % pour un courant continu et devient d’autant plus grand

que le signal est mauvais :

η =U0 eff

Vd moy


25

FIG.II. 7 Taux d’ondulation

II.8.FILTRAGE ET LISSAGE

Pour améliorer le taux d’ondulation, on peut "filtrer" la tension de sortie en plaçant un condensateur

en parallèle et/ou la "lisser" à l’aide d’une self (bobine) de lissage placée en série avec le récepteur.

Le condensateur est d’autant plus efficace que l’intensité c’est à dire la charge est faible alors que la

self n’agit que s’il y a du courant (comme toute bobine, elle s’oppose aux variations du flux créées

par les variations du courant).

Effets du condensateur seul sur la tension de sortie Effets de la bobine seule sur la tension de sortie

FIG.II. 8 Filtrage et lissage

Exemple de récepteur à courant continu alimenté par un pont de Graëtz triphasé PD 3 avec

condensateur de filtrage et bobine de lissage

FIG.II. 9 Filtrage et lissage pont de Graëtz triphasé PD 3.


26

II.9.FACTEUR DE PUISSANCE SECONDAIRE

Par extension de la définition donnée en régime sinusoïdal, on nommera facteur de puissance du

primaire ou du secondaire (du transformateur) le rapport de la puissance active disponible en sortie

du montage et de la puissance apparente développée dans les enroulements du transformateur

𝐹𝑝 =P

S

II.9.1.MONTAGE PARALLELE

On a p = q enroulements secondaires fournissant des tensions sinusoïdales de valeur efficace V et

parcourus par des courants d’intensité efficace Isieff ; d’où la puissance apparente développée par le

secondaire :

S = q. V. Isieff

Isieff =Id

q ≫ ≫ S = q. V.

Id

q= q. V. Id

On a vu au :

Pa =p

π. sin(

π

p) 2. V. Id

FP =Pa

S

≫ ≫ FP = 2. p

π .sin(

π

p)

Le TAB.II.8 donne les valeurs de FP obtenues pour quelques valeurs de p.

TAB.II. 7.variation de FP en fonction de p- Montage parallèle-

p 2 3 4 5 6

FP 0.636 0.675 0.636 0.592 0.55

II.9.2.MONTAGE PARALLELE DOUBLE

On a q enroulements secondaires fournissant des tensions sinusoïdales de valeur efficace V et

parcourus par des courants d’intensité efficace Isieff ; d’où la puissance apparente développée par le

secondaire :

S = q. V. Isieff

Isieff = 2

q Id

≫ ≫ S = 2q. V. Id

Pa =p

π. sin(

π

p). V. Id

FP =Pa

S

≫ ≫ FP = p

π 2q.

sin(π

p)

Udm

V


27

Quelque soit la valeur de p, on peut montrer que l’on obtient alors :

FP =2

π q . sin(

π

q )

Le TAB.II 1 donne les valeurs de FP obtenues pour quelques valeurs de p.

TAB.II. 8 . variation de FP en fonction de p - Montage parallèle double-

PD2 PD3 PD4 PD5

p 2 6 4 6

q 2 3 4 6

FP 0.900 0.955 0.900 0.780

II.10.CONCLUSION

Le facteur de puissance est maximum en triphasé. A puissance active disponible pour l’utilisateur

Pa et amplitude de la tension redressée UdM données.

Le facteur de puissance des montages parallèle double est meilleur que celui des montages parallèle

simple.

On peut donc conclure que le montage PD3 est le plus efficace des montages parallèles par ce que

concerne la rentabilité du transformateur. Il est clair cependant que ce montage nécessite 6 diodes

au lieu de 3 pour le montage P3.

Dans le prochaine chapitre en veut discuter les moyens pour maintenir une commande de

redresseur triphasé et on a choisit la carte arduino UNO.

CHAPITRE III

DESCRIPTION DE LA

CARTE ARDUINO

CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CARTE ARDUINO LEC-UMC 13/14

29

III.1.INTRODUCTION

L’évolution amène de plus en plus souvent les concepteurs, à remplacer la commande câblée,

généralement à base de nombreux circuits intégrés, par un seul et unique circuit programmable,

capable à lui seul de remplir toutes les fonctions exigées par le système. Parmi les circuits qui font

partie de cette famille, on cite les : PLD, CPLD, FPLD, les microcontrôleurs.

Un microcontrôleur peut être assimilé à un circuit logique complexe exécutant une à une des ordres

(instructions) enregistrés dans une mémoire de programme externe.

Le grand avantage de cette logique programmation est que la modification d’une fonction ou d’une

tache ne nécessite pas de câblage supplémentaire, mais uniquement un nouveau programme à loger

en mémoire.

L’année 1970 a connu la fabrication du 1er

microcontrôleur 4004 par Intel : essor de la logique

programmé. Un microcontrôleur est un microprocesseur auquel on a intégré les périphériques tels

que RAM, ROM, les entrées-sorties dans le même circuit. [1] Dans ce chapitre nous allons

étudier les Principe et technologie d’une carte arduino ….

III.2.PRESENTATION

C'est un circuit imprimé comportant tous les composants électroniques nécessaires pour faire

fonctionner un microcontrôleur (Atmega 328) associé à une interface USB lui permettant de

communiquer avec un ordinateur.

III.3.LE BUT ET L'UTILITE

Le système Arduino, nous donne la possibilité d'allier les performances de la programmation à

celles de l'électronique. Plus précisément, nous allons programmer des systèmes électroniques. Le

gros avantage de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie grandement les schémas

électroniques et par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi la charge de travail à la

conception d'une carte électronique. L'utilité est sans doute quelque chose que l'on perçoit mal

lorsque l'on débute, mais une fois que vous serez rentré dans le monde de l'Arduino.

FIG.III. 1 Quelques types de boitiers


30

III.4.QUELQUES TYPES DE BOITIERS :

III.5.CARACTERISTIQUES DE LA CARTE ARDUINO UNO :

III.6.MATERIELLE

Le microcontrôleur exécute en permanence un programme qui a été copié dans sa mémoire flash

(EEPROM de 32 kO) depuis un ordinateur via le port USB (interface série).

Ce programme est initialisé à la mise sous tension de la carte ARDUINO ou lorsqu'on actionne le

bouton poussoir "reset" sur la carte.

Micro contrôleur ATmega328

Tension de fonctionnement 5V

Tension d'alimentation recommandée 7 à 12V

Tension d'alimentation limite 6 à 20 V

Entrées/sorties numériques 14 dont 6 disposent d'une sortie PWM

Entrées analogiques 6 (ATTENTION : le niveau max en entrée

doit être de 5 volts)

Courant max par broches E/S 40 mA (ATTENTION : 200 mA cumulé pour

l'ensemble des broches E/S)

Courant max sur sortie 3,3 V générée

par le régulateur interne

50 mA

Mémoire Flash 32 KB dont 0.5 KB utilisée par le bootloader

Mémoire SRAM 2 KB

Mémoire EEPROM 1 KB

Fréquence horloge 16 MHz

Dimensions 68.6mm / 53.3

TAB.III. 1 caractéristiques de la carte arduino uno

FIG.III. 2 .Présentation de la carte arduino


31

La carte "ARDUNO uno" que nous allons utiliser dispose de 14 broches ("pin" en anglais,

numérotées de 0 à 13) qui peuvent être configurées en "entrées digitales" ou en "sorties digitales"

susceptibles de délivrer une intensité maximale de 40mA sous une tension égale à 0V ou 5V.

Certaines de ces broches peuvent être configurées en "sorties PWM" (Pulse Width Modulation ou

modulation de largeur d'impulsion).

Elle possède également 6 entrées analogiques (notées A0 à A5) permettant de mesurer des tensions

comprises entre 0V et 5V grâce à un convertisseur A/N à 10 bits.

Les broches pin0 et pin1 ne sont pas disponibles pour l'utilisateur de la carte car elles sont utilisées

pour communiquer avec l'ordinateur via le port USB, et sont notées RX (réception) et TX

(transmission) sur la carte. Le port USB de la carte ARDUINO est géré par l'ordinateur comme un

port série virtuel (COMx) et il est nécessaire d'installer les drivers correspondants avant d'établir la

liaison ordinateur-Arduino.

III.6.1.REPRESENTATION MICRO CONTROLEUR (ATMEGA328)

Dans la FIG.III.3 qui représente linter face dans la carte arduino et la connections entre les pin de

micro contrôleur et selle de la carte.

FIG.III. 3 .REPRESENTATION MICRO CONTROLEUR (ATMEGA328)


32

III.7.LOGICIEL

III.7.1.LES CONDITIONS D'UN PROGRAMMATION ARDUINO:

Le langage de programmation Arduino dérive du langage C++ et il en respecte les règles de

syntaxe:

Une ligne qui commence par "//" est considérée comme un commentaire

Un paragraphe qui commence par "/*" et qui se termine par "*/" est considéré comme un

commentaire

Toute ligne d'instruction de code doit se terminer par un point virgule ";"

Un bloc d'instructions (définition d'une fonction, boucle "while" ou "if"/"else"...) doit être

délimité par des accolades ouvrantes "{" puis fermantes "}".

Toutes les variables doivent être déclarées, ainsi que leur type (int,float,...) avant d'être

utilisées.

Un programme (ou "sketch") Arduino est constitué de 2 fonctions distinctes:

La fonction de configuration "void setup" exécutée une seule fois au lancement du

programme.

La fonction "void loop" qui est ensuite exécutée indéfiniment en boucle.

Remarque: On peut relancer le programme en actionnant le bouton poussoir "reset" sur la carte.

FIG.III. 4 .Explication de l’enter faces du logicielle arduino


33

III.7.3.STRUCTURE D’UN PROGRAMME :

III.8.CONCLUSION

La simplicité d’utilisation de l’arduino nous poussé à l’utiliser pour la commande des redresseurs

pour se la, on dois programmé une carte arduino pour obtenir un train d’impulsion (PWM) pour

amorcé les thyristors de redresseur commandé.

TAB.III. 2. structure d’un programme

En tête : déclaration des variables, des constantes, indication

de l'utilisation de bibliothèques etc...

la partie initialisation et configuration des entrées/sorties

la partie principale qui s'exécute en boucle

En plus de cette structure, on peut ajouter :

des « sous-programmes » qui peuvent être appelées à tous moments dans la boucle,

très pratiqué pour réaliser des morceaux de codes répétitifs.

Des « callbacks », ce sont des fonctions qui sont rappelées automatiquement depuis

une bibliothèque.

CHAPITRE IV

REALISATION

PRATIQUE ET

SIMULATION D’UN

REDRESSEUSE

TRIPHASE

CHAPITRE IV : REALISATION PRATIQUE ET

SIMULATION D’UN REDRESSEUSE TRIPHASE

LEC-UMC 13/14

35

IV.1.INTRODUCTION

L’étude théorique qui on à fait précédent mènent donne à nous une possibilité de réaliser deux

circuits qui constitue le redresseur triphasé. Le premier circuit concerne la commande des bras des

interrupteurs. Le deuxième circuit représente la partie puissance de redresseur.

La commande se réalise par la carte Arduino qui générée six impulsion pour la commande des

thyristors.

IV.2.MODELE GENERALE :

La « fig.4.1 » définit les étapes successives pour obtenir les impulsions d’amorçage de redresseur.

FIG.IV. 1.Schéma principe de commande

IV.3.DETECTE LE DEBUT D’UNE DEMI-PERIODE (FRONT-MONTANT)

L’énergie à contrôler provient souvent d’un réseau sinusoïdal. Il faut donc que le

commutateur soit mis en conduction de manière synchrone du réseau. Pour cela on

détecte le début d’une demi-période (front-montant) qui sert de référence.

IV.3.1.COMPOSANTS DE CIRCUIT DE SYNCHRONES AU RESEAU

- Comparateur LM324 : pour comparé le signale sinusoïdal avec zéro, le résulta signale [-15 15]

- Diode 2N2219 : pour négligiez la partie négative, le résulta signale [0 15]

- Opto-coupleur 4N 35 : fixation le signale enter [0 5] Pour injecter dans le pin 2 de la carte Arduino

USB

Synchrones Au Réseau

Alimentation

Circuit De

Commande

Circuit De

Puissance

Réseau

Carte Arduino

Uno

15V

5V

GND

-15V



LEC-UMC 13/14

36

FIG.IV. 2 .circuit de synchrones au réseau

IV.4.FABRICATION DU CIRCUIT D’ALIMENTATION ET

SYNCHRONISATION

IV.4.1.COMPOSANTS DE LA CARTE D’ALIMENTATION :

- Un transformateur à point milieu (220V/50Hz, S=3VA, +12V,-12V).

- Pont de diode afin de redresser la tension obtenue à la sortie du circuit secondaire du

transformateur.

- Deux condensateurs 2200µF/50V pour filtrer la tension continue redressée.

- Six condensateurs céramiques de 0.1 µF/100V .

- Trois régulateurs pour délivrer les tensions voulues (7815/7915/7805).

- Trois condensateurs de 47 µF/60 V.

IV.4.2.LES ETAPES

simulation du circuit par logiciel ISIS :

FIG.IV. 3 .simulation du circuit par logiciel ISIS



LEC-UMC 13/14

37

placement les composants dans logiciel ARES et enregistrement dans la forme de PDF

imprimé le circuit sur papier cuivre .

FIG.IV. 5 .Circuit imprimé

circuit finale

FIG.IV. 4 .Circuit imprimé à la forme PDF

FIG.IV. 6 .placement les composants sur le Circuit imprimé



LEC-UMC 13/14

38

FIG.IV. 7 .circuit d’alimentation et synchronisation

IV.5. PARTIE DE LA COMMANDE

IV.5.1. CARTE ARDUINO

Objectif de la carte Arduino c’est pour générée six impulsion pour la commande des thyristors, c-à-

dire devient comme générateur d’impulsion

IV.5.1.1.CARTE ARDUINO DEVIENT UN PERIPHERIQUE D'ENTREE SORTIE

installation du La bibliothèque Arduino IO sur MATLAB

FIG.IV. 8 .La bibliothèque Arduino IO sur de MATLAB

simulé sur MATLAB

FIG.IV. 9 .simulation sur MATLAB



LEC-UMC 13/14

39

FIG.IV. 10 .Résultat sur scope de MATLAB

IV.5.1.2. ESSAIS SUR LOGICIEL ISIS

FIG.IV. 11.les essais sur logiciel ISIS

FIG.IV. 12 .Le résultat sur les scopes



LEC-UMC 13/14

40

IV.6. CIRCUIT D’AMPLIFICATION ET L’ISOLEMENT GALVANIQUE

FIG.IV. 13 .le circuit amplification et isolement galvanique

La carte Arduino fournit le signal Ecom .

le transistor bipolaire est un amplificateur de courant.

le transformateur d'impulsions Tr réalise l'isolement galvanique entre le circuit de

commande, le circuit de puissance et éventuellement l'adaptation en tension.

La résistance Rg fixe le courant de gâchette

la diode D2 protège la jonction Jk en inverse et négligé la partie négatif

la résistance R'g ferme le circuit de gâchette lorsque D2 est bloquée pour éviter les amorçages

parasites.

Les diodes D1 et Dz servent à démagnétiser Tr après transmission de l'impulsion.

IV.6.1.TRANSFORMATEUR D’IMPULSION

Transformateur de rapport m = 1 utilisé pour l’isolation galvanique entre deux parties d’une

installation électrique. Il n’y a aucun contact électrique entre le circuit primaire et le circuit

secondaire.

FIG.IV. 14 .Transformateur d’impulsion Utilisé pour la commande de gâchette des thyristors, il transforme un signal carré en signal

impulsionnel.

entrie sortie



LEC-UMC 13/14

41

FIG.IV. 16 .Le circuit de commande

IV.7.LE CIRCUIT DE PUISSANCE

FIG.IV. 17 .circuit de puissance

FIG.IV. 15 .La forme de sortie d’un Transformateur d’impulsion

Zone de la carte Arduino

Le circuit amplification

et isolement galvanique

LM324



LEC-UMC 13/14

42

FIG.IV. 18 Redresseuse Triphasé

IV.8. RESULTATS EXPERIMENTALE

La figure (19) présente le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 0°) et

(20) présente le signale redressé l’angle d’amorçage (𝛼 = 30°)

Circuit de puissance Le circuit amplification et

isolement galvanique

Zone de la carte

Arduino



LEC-UMC 13/14

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FIG.IV. 19 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 0°)

FIG.IV. 20 le signale redressé, la charge est résistive et l’angle d’amorçage (𝛼 = 30°)

Les résultats de simulation (TAB.II. 1 .) et expérimentale sont semblables.

IV.9.CONCLUSION

Dans ce chapitre nous somme simulés le modèle qui constitué : circuit d’alimentation et

synchronisation, circuit de puissance et circuit de commande sous logiciel ISIS. Ensuite, nous

somme programmés la carte Arduino par langage de programmation C++

.

Après en passe à la partie expérimentale en commence réalisé le circuit d’alimentation et

synchronisation, circuit de puissance et circuit de commande et obtenus le signale redressé.

CONCLUSION GENERALE

Dans le cadre de la préparation d’un Master en Electrotechnique, Spécialité

Electrotechnique, ce travail vise à présenter une étude théorique , de simulation et réalisation d’un

redresseur triphasé commandé.

Le circuit de commande c’est le circuit très important sur le redresseur triphasé commandé.

Le premier chapitre a été dédié à la présentation du principe de fonctionnement des semi-

conducteurs non- commandé et commandé (diode, thyristors) et leurs caractéristiques statique.

Ensuite dans le deuxième chapitre j’ai exposé quelque généralité sur les redresseurs non

commandés (diode) et commandés (thyristor).

Dans le troisième chapitre, j’ai d'abord discuté la description de la carte Arduino et expliquer

leur coté logiciel.

En fin dans le quatrième chapitre j’ai décrit la réalisation (fabrication) et simulation de

redresseur triphasé et la comparaison entre eux.

Perspectives

Je voudrai ajouter un circuit de protection.

Je voudrai Injecter un système pour diagnostiquer et détecter les défauts.

Placera un potention-mètre sur le circuit de commande et le connectera avec la carte

Arduino pour varier l’angle d’amorçage.

développera le programme pour améliorer la commande.

RESUME

L'objectif de ce projet est la réalisation de redresseur triphasé (PD3) et de manipuler leur commande.

Théoriquement :

On a présenté les caractéristiques statiques de semi-conducteurs –les interrupteurs électriques - et leurs

fonctions.et a résumé les types de redresseur. J’ai discuté la description de la carte Arduino et parlé leur coté logiciel.

Pratiquement :

- On a smillé redresseur monophasé par logiciel ISIS.

- On a testé l’amorçage de thyristor par plaque d’essaie.

- On a ajouté la bibliothèque de l’Arduino avec le programme ISIS qui permet l’essaie.

- On a écrit le programme par C++

pour transférer à la carte Arduino.

- On a réalisé le circuit de commande et le circuit de puissance.

-

ABSTRACT

The objective of this project is the realization of three-phase rectifier (PD3) and manipulate their controle.

theoretically:

We presented the static characteristics of semiconductors (electrical switches) and their functions and

summarized the types of rectifier. I discussed the description of the Arduino board and told them about side software.

practically:

- We Smilated monophase rectifier with ISIS software.

- Was tested by priming thyristor by plate tries.

- Added the Arduino library with the ISIS program that allow trying.

- We wrote the program in C + +

for transfer to the Arduino board.

- We performed the control circuit and the power circuit.

ملخص

. أطىاس نهذصىل ػهى اشاسة يستًشة ثلاثرو إنجاص يقىو هى انًششوع هزا ين انهذف

: اننظشيت انناديت ين

.ين انناديت انبشيجيت اسدوينى بطاقت ناوصف قىياث كًاانى أنىاع ناونخص ووظائفها( انكهشبائيت انًفاتيخ )انًىصلاث أشباه خصائص قذينا

: تجشيبيا

. ISISببشنايج وديذ انطىس قًنا بًذاكاة انًقىو-

. انًقىو بهىدت انتجاسب اختباس تى-

. انًذاونتب نهسًاح ISIS بشنايج يغ اسدوينى يكتبت فناأض-

في انبشنايج كتبنا- + +

Cاسدوينى بطاقت إنى تذىيهها ل .

.قذسةال ودائشة انتذكى دائشة قًنا بتشغيم-

universite constantine i · 2016. 10. 28. · électrotechnique, au sein du laboratoire...

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