Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Forcée
Chargée de Cours: Dr.CHERIFI
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IV.1. Redresseur à absorption sinusoïdale
La plupart des redresseurs sont réalisés par des circuits à pont de diodes (ou Thyristors)
fonctionnant à commutation naturelle et capacité de lissage afin d’alimenter les hacheurs et les
onduleurs. Ce montage a l'avantage de la simplicité, et un coût faible. Cependant, ces redresseurs
est unidirectionnel pour l'écoulement de puissance, un faible facteur de puissance, et une
distorsion des courants d'entrés (injectent dans le réseau des courants harmoniques).
Pour résoudre ce problème, il faut substituer la commutation forcée à la commutation
naturelle en effectuant plusieurs commutations par alternance, c'est-à-dire travailler en
modulation de largeurs d’impulsions
IV.2. Structure générale du redresseur MLI
La technologie employée consiste à modifier la structure interne du redresseur en
remplaçant les thyristors (ou diodes) par des interrupteurs entièrement commandables (à
l’ouverture et à la fermeture) en anti-parallèle avec des diodes.
Cependant, les redresseurs MLI exigent des boucles de régulation du courant AC du réseau et de
la tension DC de sortie.
Interrupteurs K
1
est un interrupteur à 3 segments réversibles en I
1
D
1
T
I
T1
V
K
I
K
-b- Amorçage et Blocage Spontanés
-a-
-b-
1
D
1
T
I
T1
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IV.2.1. Principe de Fonctionnement
Nous allons montrer, ici, qu’il est possible par l’utilisation d’une loi de commande
appropriée, d’obtenir un courant i
r
, prélevé au réseau, sinusoïdal. Pour cela, nous nous parlerons
sur les hypothèses de fonctionnement suivantes :
- La tension de sortie est supposée constante et déjà régulée à V
0
.
- La période de découpage est très petite devant la période du réseau. Par conséquent, les
variations basses fréquences, sont négligeables sur une période de découpage.
On considère, en outre, une commande complémentaire des interrupteurs.
la tension moyenne <Ve>, à l’entrée du pont complet, s’écrit :
00
12 VVV
e

(IV.01)
Où
est le rapport cyclique de hachage des interrupteurs K.
Pour connaître l’expression du rapport cyclique
)t(
, qui assure l’absorption sinusoïdale
d’un courant en phase avec la tension
)(tV
r
, il faut écrire l’équation en tension de la maille
d’entrée, au sens de la BF et pour un courant sinusoïdal d’entrée d’expression :
)tsin(Ii
BFeM
BF
e
(IV.02)
- L’écriture de cette loi des mailles donne :
BF
e
BF
e
r
tV
dt
tdi
LtV )(
)(
)(
(IV.03)
Avec
tVtV
rMaxr
sin)(
,
f
2
,
Hzf 50
V
e
V
r
L
C
f
i
e
Figure (01): Le schéma de principe d'un redresseur MLI monophasé et sa commande
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Il vient
0
12cossin VtILtV
eMaxrMax
Donc, le rapport cyclique
)(t
qui permet d’obtenir un courant sinusoïdal, a pour expression:
)cos(
2
)sin(
22
1
00
t
V
IL
t
V
V
t
BF
eMaxBF
BF
rMax
(IV.04)
Comme l’inductance est dimensionnée pour un filtrage HF, la chute de tension qu’elle produit et
suffisamment faible, pour que:
reMBF
VIL 
, alors et pour assurer l'absorption d'un signal
sinusoïdale le courant
)(ti
e
en phase avec la tension
)(tV
r
, il faut que :
)sin(
22
1
0
t
V
V
t
BF
rM
(IV.05)
Par principe, le rapport cyclique est compris entre 0 et 1. Cela implique donc la condition de
fonctionnement suivante :
rM
VV
0
. (IV.06)
La condition (IV.06) montre que le redresseur doit nécessairement être élévateur ce qui
représente une contrainte importante sur le fonctionnement.
IV.2.2. Boucles de régulations
L’expression (IV.05), donnant l’évolution du rapport cyclique pour un fonctionnement en
absorption sinusoïdale de courant, est une expression théorique qui ne prend pas en compte les
imperfections du montage (chutes de tensions résistives, semi-conducteurs imparfaits…). Elle ne
donne donc qu’une image approchée de l’évolution réelle du rapport cyclique. En pratique,
est
généré à partir du correcteur de la boucle de courant qui reçoit une consigne sinusoïdale en phase
avec la tension réseau. Il est donc nécessaire de modéliser le convertisseur et sa commande puis
de calculer les paramètres d’un correcteur.
La commande comporte en réalité deux régulateurs en cascade:
La boucle interne permet le contrôle du courant alternatif i
r
, en valeur instantanée. Pour
imposer un courant sinusoïdal, en phase avec la tension, la phase de la référence courant i
ref
est générée à partir de l'image V
sin
de la tension alternative V
r
. L'amplitude étant réglée par
la sortie de la boucle externe. La commande de la MLI (
V
) est alors fournie par la tension
de sortie du régulateur courant (de type PI).
La boucle externe réalise la régulation de la tension de bus continu V
0
. Elle est nécessaire
pour limiter V
0
à cause du caractère élévateur du montage. De plus, réguler V
0
revient à
régler la puissance fourni à la charge. Si l'on veut un réglage linéaire, il faut réguler V
0
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car
la puissance coté continu est
R
V
P
c
2
0
.
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La référence courant i
ref
est fournie par la sortie du multiplieur:
tVVVi
RuRuref
sin..
sin
L'amplitude de i
r
est réglée par la sortie du régulateur tension (de type PI) pour adapter la
puissance absorbée par le redresseur à la puissance dissipée dans la charge. La limitation de
Ru
V
fixe la valeur maximale
r
i
ˆ
du courant alternatif.
On génère les signaux de commande de K
1
, K
2
, K
3
et K
4
en comparent le signal
)(.)( tktV
avec un signale triangulaire
La tension de sortie
0
V
est supposée constante :
031
,:]0[ VVpassantsKKVVT
ePd
042
,:][ VVpassantsKKVVTT
ePdd
IV.2.2. les avantages redresseur à modulation de la largeur d'impulsion, MLI (PWM rectifier
en anglais):
La puissance est bidirectionnelle (réversible);
Elévation de la tension de sortie par rapport à l’entrée (survolteur).
Faible distorsion harmonique du courant du réseau;
Facteur de puissance presque unitaire;
Contrôle de la tension du bus continu;
Réduction des dimensions du condensateur du bus continu.
+V
0
-V
0