Chapitre III Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Naturelle
III.2. Différents type de sources
III.2.1. Source de tension parfaite
Une source de tension parfaite, maintient entre ses bornes, la même tension quel que soit
le courant débité (c'est une source de tension continue si cette tension est fixe dans le temps, et
une source de tension alternative si la tension varie dans le temps de façon périodique).
La représentation est la suivante :
III.2.2. Source de courant parfaite
Une source de courant parfaite, injecte un courant constant dans le dipôle qu'on lui
connecte, quelle que soit la tension qui en résulte.
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1
E
E
U (v)
I (A)
Figure (III. 1): Sources de tension parfaites.
I
E
U (v)
I (A)
Figure (III. 2): Sources de courant parfaites.
I
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III.2.3. Sources réelles
Une source de tension réelle aura en réalité une impédance série non nulle, et une source
de courant réelle une impédance parallèle non nulle. Les schémas deviennent :
I
cc
: courant de court-circuit, R
S
: résistance interne
- Remarques
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L
Une source de tension en
série avec une inductance
est équivalente à une source
de courant.
C
Une source de courant en
parallèle avec un
condensateur est équivalente
à une source de tension.
C
L
Pour affirmer une source de
tension, on disposera d’un
condensateur en parallèle.
une source de courant en
parallèle avec un
condensateur est équivalente
à une source de tension.
C
Pour affirmer une source de
courant, on disposera d’une
inductance en série.
2
U
AB
A
B
I
I
cc
R
S
Figure (III. 3): Sources de tension et courant réelles.
U
AB
A
B
I
U
0
R
S
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III.2.4. Réversibilité des sources d’entrée et de sortie
La détermination des réversibilités des sources d’entrée et de sortie est fondamentale car
elle permet de déduire les caractéristiques statiques des interrupteurs.
- Une source est dite réversible en tension si la tension à ses bornes peut changer de signe.
- Une source est dite réversible en courant si le courant qui la traverse peut s’inverser.
Exemple :
- Le circuit d’induit d’une machine à courant continu est équivalent à une source en courant à
cause de l’inductance dus aux bobinages. Si on dispose d’une inversion de la vitesse et d’un
freinage électrique (inversion du courant d’induit), la source sera réversible en tension et en
courant.
- Une batterie est une source de tension non réversible en tension et réversible en courant (charge
et décharge).
III.3. Règles d’interconnexion des sources (règles d’échange de puissance)
Une source de tension ne doit jamais être court-circuitée mais elle peut être ouverte.
Le circuit d’une source de courant ne doit jamais être ouvert mais il peut être court-
circuité. Sinon l’ouverture provoque une surtension.
Il ne faut jamais connecter entre elles deux sources de même nature.
III.4. Structure des convertisseurs
III.4.1. Convertisseur direct tension-courant
On considère une conversion associant une source de tension à une source de courant. Il
existe trois types de connexions possibles entre ces deux sources comme le montre la figure
suivante.
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3
Chapitre III Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Naturelle
On notera que ces trois types d’interconnexions sont nécessaires pour permettre tous les échanges
et les réglages d’énergie entre la source de tension et la source de courant.
La solution plus simple est un montage en pont à quatre interrupteurs comme le montre la
figure ci après :
- Lorsque K
1
et K
3
sont fermés, on retrouve le cas n°1.
- Lorsque K
2
et K
4
sont fermés, on retrouve le cas n°2.
- Lorsque K
1
et K
4
sont fermés ou K
2
et K
3
sont fermés, on retrouve le cas n°3.
On retrouve cette structure de base dans les hacheurs et en partie dans les onduleurs.
III.4.2. Convertisseur direct courant-tension
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Cas -01-
P=V
e
.I
Cas -02-
P= - V
e
.I
Cas -03-
P= 0
Figure (III. 4): Interconnexion d’une source V et I
K
1
V
K1
V
K2
V
K4
V
K3
K
2
K
4
K
3
4
Figure (III. 5): Configuration de base d’un convertisseur tension- courant
Chapitre III Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Naturelle
Ce type de convertisseur correspond au montage redresseur ou commutateur de courant. On
retrouve la même structure que pour le convertisseur direct tension-courant. On a pour habitude
dans un montage redresseur de disposer la source de courant en sortie et la source de tension en
entrée.
Figure (III. 6): Configuration de base d’un convertisseur courant - tension
III.4.3. Convertisseurs indirects
Les sources d’entrée et de sortie sont de nature identique. Pour interconnecter deux
sources de même nature. Il faudra faire appel à des éléments d’interconnexion supplémentaires ne
consommant pas d’énergie active : capacité C ou inductance L.
- Deux types de solution sont envisageables.
Solutions permettant de se ramener à des convertisseurs directs :
a- On modifie la nature de la source d’entrée ou de la source de sortie.
Pour réaliser la conversion direct tension-tension, on place une inductance en série soit avec la
source d’entrée, soit avec la source de sortie. On se ramène alors à un convertisseur direct courant
tension ou tension courant, l’inductance "L" étant extérieur au convertisseur
Pour réaliser la conversion courant-courant, on place un condensateur en parallèle soit sur la
source d’entrée, soit sur la source de sortie, ici aussi on se ramène à un convertisseur direct, la
capacité C étant extérieur à ce convertisseur
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K
1
V
K1
V
K2
V
K4
V
K3
K
2
K
4
K
3
5
Chapitre III Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Naturelle
Un convertisseur courant-tension Un convertisseur tension-courant
Un convertisseur tension-courant Un convertisseur courant-tension
Figure (III. 7): Modification de la nature de source d’entrée ou de sortie
b/ on fait une conversion indirect en deux étapes utilisant deux convertisseurs direct. Il n’est
pas toujours possible de modifier la nature d’une source. Dans ce cas
- pour réaliser une conversion tension tension on pourra utiliser deux convertisseurs directs
avec une inductance comme étage tampon entre les deux.
- Pour réaliser une conversion courant courant on pourra utiliser deux convertisseurs directs
avec une capacité comme étage tampon entre les deux.
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6
Chapitre III Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Naturelle
Figure (III. 8): Utilisation d’un étage tampon
III.5. Synthèse des convertisseurs statiques
Description de la méthode à utiliser pour réaliser la synthèse
Pour faire la synthèse d’un convertisseur statique il faudra procéder comme suit :
1. déterminer la nature des sources d’entrée et des sources de sortie
2. déduire du cahier des charges les réversibilités en tension et en courant des sources.
3. identifier sur la configuration de base correspondante les séquences de fonctionnement
nécessaires.
4. pour les différentes séquences, observer le sens du courant dans les interrupteurs passants
et le signe de la tension aux bornes de ceux qui sont bloqués.
5. pour chaque commutation représenter le point de fonctionnement de chaque interrupteur
avant et après la commutation.
6. connaissant les caractéristiques statiques et les types de commutation de chaque
interrupteur.
III.6. Etude d’un cyclo convertisseur
III.6.1. Généralités
Un cycloconvertisseur est un montage de l'électronique de puissance qui réalise une
conversion directe alternatif/alternatif. (C'est-à-dire qu'il peut changer la fréquence du signal
en sortie).
Un cycloconvertisseur est constitué de deux convertisseurs « tête-bêche » -en antiparallèle-
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7
Chapitre III Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Naturelle
Un cycloconvertisseur est un dispositif fonctionne en commutation naturelle.
Un cycloconvertisseur à thyristors ne peut fabriquer qu'une fréquence inférieure à celle de
l'entrée, Contrairement aux convertisseurs indirects (redresseurs-onduleurs),
III.6.2. Principe de fonctionnement - Structure de base-
Le schéma de principe d’un cycloconvertisseur (figure. III. 9) suivant représente chaque
phase du récepteur où il est alimenté par deux redresseurs montés en parallèle inverse.
La tension est fournie par le redresseur R
1
"désigne le redresseur Positif" quand le
courant i >0,
La tension est fournie par le redresseur R
2
"désigne le redresseur Négatif" quand le
courant i <0 aux bornes de la charge.
On peut par modulation convenable des angles du rapport cyclique ,on forme la tension U
c
de portions de sinusoïdes telles que la valeur moyenne de U
c
varie périodiquement suivant une
loi de commande sinusoïdale.
- La tension redressée a sa valeur moyenne U
cmoy
donnée par :
α : angle de retard au déblocage des thyristors (d’amorçage),
U
c0
: valeur de la tension moyenne à α nul.
. Types de cycloconvertisseurs
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8
+
-
-
+
R
1
R
2
i
1
i
2
Figure (III.9): Schéma de principe d’un cycloconvertisseur
U
c1
U
c2
U
c
α
1
α
2
i
