Chapitre 0 - Généralités
Fiche : [DIV591]
Titre : T. LEQUEU, Notes de Cours - MC-ET2 : Convertisseurs et association aux machines à courant continu - 2010/2011, IUT GEII, 2ième année, février 2011.
Cité dans :[99DIV083] Liste des travaux écrits de Thierry LEQUEU, novembre 2019. Cité dans : [DIV410] T. LEQUEU, Annexe 1 - Calculs des inductances et des transformateurs, Cours d'Electronique De Puissance, IUT GEII 2ème année, option EEP, janvier 2006. Cité dans : [DIV578] T. LEQUEU, Notes de Cours - MC-ET2 : Convertisseurs et association aux machines à courant continu - 2009/2010, IUT GEII, 2ième année, mars 2010.Auteur : Thierry LEQUEU
Info :
- Notes de cours MC-ET2
- Institut Universitaire de Technologie de Tours
- Génie Electrique et Informatique Industrielle
- Cours de 2ième année
- Année scolaire 2010/2011
- MC-ET2 : Génie Electrique - Module Convertisseurs et association aux machines à courant continu
Date : février 2011
Vers : Quelques ouvrages en Electronique de Puissance
Vers : Chapitre 0 - Généralités
Vers : Chapitre 1 - Notions de sources et d'interrupteurs
Vers : Chapitre 2 - La fonction hacheur
Vers : Chapitre 3 - Différents types de hacheurs
Vers : Chapitre 4 - Les alimentations à découpage
Chapitre 0 - Généralités | |
0.1 Volumes et horaires en MC-ET2 5
0.1.1 Electronique de Puissance - EDP 5
0.1.2 Etudes et Réalisations ER-GE3 5
0.1.3 Plan du cours d’EDP 5
0.2 Applications dans la vie courante 5
0.2.1 Domestique 5
0.2.2 Industrielle 5
0.2.3 Alimentation à découpage - Génération de tension continue 6
0.2.4 Onduleur pour moteur alternatif - Application à la traction électrique. 7
0.3 Différents types de conversion d'énergie 8
0.4 L'intérêt de la commutation 9
0.4.1 Exemple : les alimentations linéaires 9
0.4.2 Exemple : le gradateur 10
0.4.3 Avantages 10
0.4.4 Inconvénient 10
0.5 Bibliographie 11
[1] : [PAP104] [D3152], Electronique de puissance - Principes fondamentaux - Éléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques, H. FOCH et al., Techniques de l'Ingénieur, 1989. [2] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998. [3] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999. [4] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
Quelques ouvrages en Electronique de Puissance | |
[1] : [PAP104] [D3152], Electronique de puissance - Principes fondamentaux - Éléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques, H. FOCH et al., Techniques de l'Ingénieur, 1989. [2] : [PAP035] [D3150][D3151], Electronique de puissance - Introduction générale, H. FOCH et al., Techniques de l'Ingénieur, 1989.
[3] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999. [4] : [LIVRE020] H. BUHLER, Convertisseurs statiques, Presse Polytechniques et Universitaires Romandes, 1991. [5] : [LIVRE021] H. BUHLER, Volume XV : Electronique de Puissance, Presse Polytechniques et Universitaires Romandes, 1993. [6] : [LIVRE036] G. SEGUIER, L'électronique de puissance : les fonctions de base et leurs applications - Cours et exercices résolus, DUNOD, 7eme édition, 1998, 424 pages. [7] : [LIVRE092] R. CHAUPRADE, F. MILSANT, Electronique de Puissance - Tome 2. Commande des moteurs à courant alternatif, Col. : ingénieurs E.E.A., EYROLLES, 1990.
[8] : [LIVRE026] G. SEGUIER, Volume 1 : La conversion alternatif-continu, Lavoisier TEC & DOC, 2° édition, septembre 1992, 386 pages. [9] : [LIVRE023] C. ROMBAUT, G. SEGUIER, Volume 2 : La conversion alternatif-alternatif, Lavoisier TEC & DOC, 2° édition, septembre 1991, 363 pages. [10] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997. [11] : [LIVRE022] F. LABRIQUE, G. SEGUIER, R. BAUSIERE, Volume 4 : La conversion continu-alternatif, Lavoisier TEC & DOC, 2° édition, septembre 1992, 386 pages.
[12] : [LIVRE027] J.-P. CARON, J.-P. HAUTIER, Modélisation et commande de la machine asynchrone, édition TECHNIP, 1995. [13] : [LIVRE029] J.-L. COQUERELLE, Génie Electrique du réseau au convertisseur : apprendre par l'exemple, édition Technip, 1996. [14] : [LIVRE028] EDF, GIMELEC, La vitesse variable : l'électronique maîtrise le mouvement, Techno-Nathan, 1992.
Chapitre 1 - Notions de sources et d'interrupteurs | |
1.1 Présentation 15
1.2 Définitions en régime statique 15
1.2.1 Générateur électrique continu 15
1.2.1.1 Source de tension 15
1.2.1.2 Source de courant 16
1.2.2 Générateur électrique alternatif 16
1.2.2.1 Source de tension 17
1.2.2.2 Source de courant 17
1.3 Caractérisation des sources en régime dynamique 18
1.3.1 Définitions 18
1.3.2 Exemples 18
1.3.2.1 Le condensateur 18
1.3.2.2 L'inductance 18
1.3.2.3 La batterie d'accumulateur 19
1.3.2.4 La génératrice à courant continu 19
1.3.2.5 La machine synchrone fonctionnant en alternateur 19
1.3.2.6 En électronique de puissance 19
1.3.3 Confirmation ou changement de la nature de la source 20
1.4 Réversibilité des sources d'entrée et de sortie 21
1.4.1 Définitions 21
1.4.2 Exemples de réversibilité 22
1.5 Règles d'association des sources 22
1.5.1 Principes fondamentaux 22
1.5.2 Cas des convertisseurs direct 22
1.5.3 Cas des convertisseurs indirect 23
1.6 Les interrupteurs 24
1.6.1 Définition 24
1.6.2 Comportement des grandeurs électriques 24
1.6.3 Caractéristiques statiques - Définitions 24
1.6.4 Caractéristiques d'un interrupteur à deux segments 25
1.6.5 Caractéristiques d'un interrupteur à trois segments 25
1.6.6 Caractéristiques d'un interrupteur à quatre segments 26
1.6.7 Changements d'états 27
1.6.8 Commutation commandé 28
1.6.9 Commutation spontanée 28
1.6.10 Classification des interrupteurs 28
1.7 Bibliographie 29
1.7.1 Références sur les sources 29
[1] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999. [2] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997. [3] : [LIVRE016] G. CHEVALIER, J.-C. CHAUVEAU, B. CHEVALIER, MEMOTECH ELECTRONIQUE composants, collection A. CAPLIEZ, 4e édition, août 1997. [4] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998. [5] : [PAP104] [D3152], Electronique de puissance - Principes fondamentaux - Éléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques, H. FOCH et al., Techniques de l'Ingénieur, 1989.1.7.2 Références sur les interrupteurs 29
[1] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999. [2] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997. [3] : [LIVRE016] G. CHEVALIER, J.-C. CHAUVEAU, B. CHEVALIER, MEMOTECH ELECTRONIQUE composants, collection A. CAPLIEZ, 4e édition, août 1997. [4] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998. [5] : [PAP104] [D3152], Electronique de puissance - Principes fondamentaux - Éléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques, H. FOCH et al., Techniques de l'Ingénieur, 1989. [6] : [THESE019] Y. MOPTY, Méthode de synthèse automatique des convertisseurs statiques - Application à la recherche de nouveaux convertisseurs, Thèse de Docteur-Ingénieur de l'INP de Toulouse, le 21 juin 1982.
Chapitre 2 - La fonction hacheur | |
2.1 Introduction 33
2.1.1 Exemple de la vie courante 33
2.1.2 Les convertisseurs DC–DC 33
2.1.3 Exemple de faible puissance : le hacheur BUCK LM2575 33
2.1.4 Exemple de forte puissance 34
2.2 Le hacheur série de type BUCK 37
2.2.1 Présentation 37
2.2.2 Définition 37
2.2.3 Fonctionnement 37
2.2.4 Relations fondamentales de l'EDP 38
2.2.5 Ondulation du courant 39
2.2.6 Ondulation de la tension du hacheur BUCK 40
2.2.7 Contraintes sur les interrupteurs du hacheur BUCK 41
2.2.7.1 K1 : Le transistor 41
2.2.7.2 Calcul de ITeff 41
2.2.7.3 K2 : La diode 42
2.2.7.4 Calcul de IDeff 42
2.2.8 Facteurs de dimensionnement du hacheur BUCK 43
2.3 Fonctionnement en conduction discontinue du hacheur BUCK 44
2.3.1 Définition - Formes d'ondes 44
2.3.2 Expression du courant dans l'inductance 44
2.3.3 Relation entre alpha et alpha' 44
2.3.4 Valeur moyenne du courant de sortie 45
2.3.5 Expression de la tension de sortie 45
2.4 Caractéristique de sortie du hacheur BUCK 46
2.5 Etude du filtre d'entrée du hacheur série de type BUCK 47
2.5.1 Introduction 47
2.5.2 Harmoniques du courant iT(t) 47
2.5.2.1 Domaine de définition 47
2.5.2.2 Calcul des coefficients 47
2.5.2.3 Remarque 47
2.5.2.4 Exemple pour alpha = 0.4 48
2.5.3 Evolution des harmoniques en fonction du rapport cyclique 48
2.5.4 Fonction de transfert du filtre d'entrée 49
2.5.5 Approche simplifiée 50
2.6 Bibliographie 52
[1] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998. [2] : [LIVRE081] R. KALLER, J.-M. ALLENBACH, Volume 2 : Traction électrique, Presse Polytechniques et Universitaires Romandes, 1995, 432 pages. [3] : [PAP104] [D3152], Electronique de puissance - Principes fondamentaux - Éléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques, H. FOCH et al., Techniques de l'Ingénieur, 1989. [4] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997. [5] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999. [6] : [99DIV032] T. LEQUEU, Annexe 06 - Décomposition en série de Fourier, cours d'Electronique de Puissance, septembre 2000, 44 pages.
Chapitre 3 - Différents types de hacheurs | |
3.1 Introduction 55
3.1.1 Les convertisseurs DC-DC 55
3.1.2 Exemple de faible puissance 55
3.2 Le hacheur élévateur de type BOOST 57
3.2.1 Présentation 57
3.2.2 Définition 57
3.2.3 Fonctionnement 57
3.2.4 Bilan des grandeurs électriques 59
3.2.5 Calculs des grandeurs électriques 59
3.2.6 Ondulation du courant 60
3.2.7 Ondulation de la tension 61
3.2.8 Contraintes sur les interrupteurs 62
3.2.8.1 K1 : La diode 62
3.2.8.2 K2 : Le transistor 63
3.2.8.3 Calcul de ITeff 63
3.2.8.4 Calcul de IDeff 63
3.2.9 Facteurs de dimensionnement 64
3.3 Le hacheur inverseur de type BUCK-BOOST 65
3.3.1 Présentation 65
3.3.2 Définition 65
3.3.3 Fonctionnement 65
3.3.4 Schéma simplifié 66
3.3.5 Bilan des grandeurs électriques 66
3.3.6 Calculs des grandeurs électriques 66
3.3.7 Ondulation du courant dans l'inductance 67
3.3.8 Ondulation de la tension 68
3.3.9 Contraintes sur les interrupteurs 70
3.3.9.1 K2 : La diode 70
3.3.9.2 K1 : Le transistor 70
3.3.9.3 Calcul de ITeff 70
3.3.9.4 Calcul de IDeff 71
3.3.10 Facteurs de dimensionnement 71
3.4 Différentes structures de hacheur 72
3.4.1 Charge passive 72
3.4.2 Charge active 1 - Unidirectionnelle en tension 72
3.4.3 Charge active 2 - Unidirectionnelle en courant 72
3.4.4 Charge active 3 - Bidirectionnelle 72
3.4.5 Quadrants de fonctionnement 73
3.5 Synthèse du convertisseur pour la charge passive 74
3.5.1 Cahier des charge 74
3.5.2 Graphe de fonctionnement 74
3.5.3 Nature des interrupteurs 75
3.5.4 Nature de la commutation de K1 75
3.5.5 Structure du hacheur abaisseur de type "BUCK" 75
3.6 Synthèse du convertisseur pour la charge active 1 76
3.6.1 Cahier des charges 76
3.6.2 Graphe de fonctionnement - I < 0 76
3.6.3 Nature des interrupteurs 76
3.6.4 Nature de la commutation de K1 et de K2 77
3.6.5 Structure du hacheur élévateur de type BOOST 77
3.7 Synthèse complète pour la charge active 1 78
3.7.1 Cahier des charges 78
3.7.2 Structure du hacheur réversible en courant 78
3.8 Synthèse du convertisseur pour la charge active 2 79
3.8.1 Définition du problème 79
3.8.2 Cas où la puissance est positive P>0 - Quadrant Q1 79
3.8.3 Cas où la puissance est négative P < 0 - Quadrant Q2 80
3.8.4 Réalisation pratique du hacheur réversible en tension 80
3.9 Synthèse du convertisseur pour la charge active 3 81
3.9.1 Caractéristiques de fonctionnement 81
3.9.2 Définition des interrupteurs 81
3.9.3 Structure du hacheur 4 quadrants 81
3.10 Bibliographie 82
Chapitre 4 - Les alimentations à découpage | |
4.1 Généralité sur les alimentations isolées 93
4.1.1 Différentes solutions technologiques 93
4.1.2 Introduction aux alimentations à découpage 93
4.2 Alimentation asymétrique de type FLYBACK 94
4.2.1 Principe 94
4.2.2 Formes d'ondes - Ondulations 94
4.2.3 Fonctionnement en conduction discontinue de l’alimentation FLYBACK 96
4.2.3.1 Définition - Formes d'ondes 96
4.2.3.2 Expression du courant dans l'inductance 96
4.2.3.3 Relation entre a et a' 96
4.2.3.4 Valeur moyenne du courant de sortie 96
4.2.3.5 Expression de la tension de sortie 97
4.2.4 Caractéristique de sortie de l’alimentation FLYBACK 97
4.2.5 Contraintes sur les interrupteurs de l’alimentation FLYBACK 99
4.2.5.1 Le transistor T 99
4.2.5.2 La diode D 99
4.2.6 Facteurs de dimensionnement de l’alimentation FLYBACK 100
4.2.7 Choix de a – Contraintes sur le transistor 100
4.2.8 Fonctionnement en mode auto–oscillant 100
4.2.9 Démagnétisation par pont 102
4.3 Alimentation asymétrique de type FORWARD 103
4.3.1 Principe de fonctionnement 103
4.3.1.1 De 0 < t < aT 104
4.3.1.2 De aT < t < bT 104
4.3.1.3 de bT < t < T 104
4.3.1.4 Remarques 104
4.3.2 Formes d'ondes - Ondulations 104
4.3.3 Caractéristique de sortie de l’alimentation FORWARD 106
4.3.4 Contraintes sur les composants 107
4.3.5 Facteur de dimensionnement - Choix de m' 107
4.3.6 Notes sur le dimensionnement du transformateur 107
4.3.7 Variante du FORWARD pour la démagnétisation 108
4.3.7.1 Par diode Zener 108
4.3.7.2 Par réseau RCD 108
4.3.7.3 Par pont asymétrique 108
4.3.7.4 Alimentations FORWARD entrelacées 108
4.4 Bilan sur les alimentations à flux non symétrique 109
4.4.1 Alimentations non isolées 109
4.4.2 Alimentations isolées de type FLYBACK et FORWARD 109
4.4.3 Utilisation du circuit magnétique 109
4.5 Alimentation à découpage à flux symétrique 111
4.5.1 Définition 111
4.5.2 Circuit magnétique avec enroulements couplés : le transformateur 111
4.5.3 Schéma équivalent complet 111
4.6 Montage PUSH-PULL 112
4.6.1 Présentation 112
4.6.2 Fonctionnement à vide 112
4.6.3 Fonctionnement en charge 113
4.6.4 Relations et caractéristiques 113
4.7 Montage en demi-pont 114
4.8 Montage en pont 114
4.8.1 Présentation 114
4.8.2 Fonctionnement 114
4.8.3 Relations et caractéristiques 115
4.9 Problèmes inhérents aux structures symétriques 115
4.9.1 Polarisation du transformateur 115
4.9.2 Mise en oeuvre des interrupteurs 115
4.10 Références bibliographiques 116
4.10.1 Bibliographie du chapitre 116
4.10.2 Alimentations à découpage 116
4.10.3 Asymétrique de Type FLYBACK 116
4.10.4 Asymétrique de Type FORWARD 117
4.10.5 Symétrique - Push-Pull, en demi-pont & en pont 117
Lien : AN120.pdf - 77 Ko, 6 pages, An overview of switched-mode power supplies, December 1988.
Mise à jour le lundi 10 avril 2023 à 18 h 51 - E-mail : thierry.lequeu@gmail.com
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