Electronique de puissance - Convertisseurs d'impulsions

Convertisseur à phase contrôlée

Un convertisseur commandé par phase convertit l'énergie CA en énergie CC (commutée par ligne). En d'autres termes, il est utilisé dans la conversion de la puissance alternative à fréquence fixe et à tension fixe en sortie de tension continue variable. Il est exprimé comme

  • Fixed Input - Tension, fréquence et puissance CA

  • Variable output - Sortie de tension continue

La tension d'entrée CA qui entre dans un convertisseur est normalement à RMS fixe (quadratique moyenne) et à fréquence fixe. L'inclusion de thyristors commandés en phase dans le convertisseur garantit l'obtention d'une tension de sortie CC variable. Ceci est rendu possible en modifiant l'angle de phase auquel les thyristors sont déclenchés. En conséquence, une forme d'onde pulsée du courant de charge est obtenue.

Pendant le demi-cycle d'alimentation d'entrée, le thyristor est en polarisation directe et est mis en MARCHE via l'application d'une impulsion de grille suffisante (déclenchement). Le courant commence à circuler une fois que le thyristor est allumé, c'est-à-dire à un point ωt = α au point ωt = β. Au moment où le courant de charge tombe à zéro, le thyristor s'éteint suite à une commutation de ligne (naturelle).

Il existe un certain nombre de convertisseurs de puissance qui utilisent la commutation naturelle. Ceux-ci comprennent -

  • Convertisseurs CA / CC
  • Convertisseurs AC-AC
  • Contrôleurs de tension alternative
  • Cycloconverters

Les convertisseurs de puissance ci-dessus seront expliqués dans les chapitres suivants de ce didacticiel.

2- Convertisseur d'impulsions

Un convertisseur d'impulsions à 2 phases, également connu sous le nom de générateur de modulateur de largeur d'impulsion (PWM) de niveau 2, est utilisé pour générer des impulsions pour les convertisseurs de modulation de largeur d'impulsion basés sur la porteuse. Pour ce faire, il utilise une topologie de niveau deux. Ce bloc contrôle les dispositifs de commutation à des fins de contrôle comme les IGBT et les FET qui existent dans trois types de convertisseurs à savoir -

  • 1 bras (demi-pont monophasé)
  • 2 bras (pont complet monophasé)
  • 3 bras (pont triphasé)

Le signal d'entrée de référence dans un convertisseur à 2 impulsions est comparé à une porteuse. Si le signal d'entrée de référence est supérieur à la porteuse, l'impulsion est égale à 1 pour l'appareil supérieur et à 0 pour l'appareil inférieur.

Afin de contrôler un appareil avec un pont complet monophasé (2 bras), il est nécessaire d'appliquer une modulation de largeur d'impulsion unipolaire ou bipolaire. En modulation unipolaire, chacun des deux bras est contrôlé indépendamment. Un deuxième signal d'entrée de référence est généré en interne par un décalage du point de référence initial de 180 °

Lorsque le PWM bipolaire est appliqué, l'état du dispositif de commutation inférieur dans le second pont complet monophasé est similaire à celui du commutateur supérieur dans le premier dispositif à pont complet monophasé. L'utilisation d'une modulation unipolaire conduit à des formes d'onde CA lisses tandis que la modulation bipolaire entraîne une tension moins variable.

Convertisseur 3 impulsions

Considérons un convertisseur triphasé à 3 impulsions, où chacun des thyristors est en mode de conduction pendant le troisième du cycle d'alimentation. Le premier moment où un thyristor est déclenché en conduction est à 30 ° par rapport à la tension de phase.

Son fonctionnement est expliqué à l'aide de trois thyristors et de trois diodes. Lorsque les thyristors T1, T2 et T3 sont remplacés par des diodes D1, D2 et D3, la conduction commencera sous un angle de 30 ° par rapport aux tensions de phase respectivement u an , u bn et u cn . Par conséquent, l'angle de tir α est mesuré initialement à 30 ° en référence à la tension de phase qui lui correspond.

Le courant ne peut circuler que dans une seule direction à travers le thyristor, ce qui est similaire au mode de fonctionnement de l'onduleur où la puissance circule du côté CC vers le côté CA. De plus, la tension dans les thyristors est contrôlée en contrôlant l'angle d'allumage. Ceci est réalisé lorsque α = 0 (possible dans un redresseur). Ainsi, le convertisseur à 3 impulsions agit comme un inverseur et un redresseur.

Convertisseur 6 impulsions

La figure ci-dessous montre un convertisseur commandé par pont à six impulsions connecté à une source triphasée. Dans ce convertisseur, le nombre d'impulsions est le double de celui des phases, c'est-à-direp = 2m. En utilisant la même configuration de convertisseur, il est possible de combiner deux ponts des six impulsions pour obtenir un convertisseur de douze impulsions ou plus.

Lorsque la commutation n'est pas disponible, deux diodes conduiront à un moment donné. De plus, pour obtenir une chute de tension aux bornes de la charge, deux diodes doivent être positionnées aux pieds opposés du pont. Par exemple, les diodes 3 et 6 ne peuvent pas être allumées en même temps. Par conséquent, la chute de tension aux bornes de la charge CC est une combinaison de la tension de ligne VL de la source triphasée.

Il est important de noter que plus le nombre d'impulsions est élevé, plus l'utilisation du convertisseur est grande. De plus, moins il y a d'impulsions, moins l'utilisation du convertisseur est importante.