1

Cours de Physique appliquée

Conversion Continu Alternatif

Onduleur autonome

Terminale STI Génie Electrotechnique

© Fabrice Sincère ; version 1.0.6

2

Sommaire

1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs

2. Onduleur de tension monophasé en pont (quatre

interrupteurs)

2.1. Commande symétrique

2.2. Commande décalée

3

1. Onduleur de tension monophasé à deux interrupteurs

K2

K1

chargeE

E uC

iC

E est une source de tension continue, réversible en courant.

K1 et K2 sont deux interrupteurs électroniques, commandés

de manière périodique :

0 < t < T/2 : K1 est fermé et K2 est ouvert : uC = +E (> 0 V)

T/2 < t < T : K1 est ouvert et K2 est fermé : uC = - E (< 0 V)

La tension uC est alternative

Le courant iC est alternatif

Fig. 1

4

uC

0 t (ms)

+E

-E

10 20

interrupteur

conducteurK

1K

2

• Chronogramme de la tension uC

Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz

Valeur efficace :

)²t(uU CCeff

²EUCeff

EUCeff

uC

0 t (ms)

+E

-E

10 20

interrupteur

conducteurK

1K

2

Fig. 2

5

• Réalisation pratique

Les interrupteurs électroniques Ki doivent être :

- commandables à la fermeture

- commandables à l’ouverture

- bidirectionnels en courant (car courant alternatif)

Pour cela, on utilise deux éléments en parallèle :

Fig. 3

La diode « antiparallèle » Di rend l’interrupteur Ki

bidirectionnel en courant.

chargeE

E uC

iC

H1

H2

D1

D2

K1

K2

6

H1 et H2 sont souvent des transistors bipolaires :

Fig. 4

E

Eu

C

iC

D1

D2

R L iD1

iD2

iT1

iT2

circuit

de commande

des

transistors

K1

K2

7

• Chronogrammes

pour une charge RL

20

iC

0 t (ms)

élément

conducteur

(D1, T

1, D

2, T

2)

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

comportement de

la charge

iT1

0 t (ms)

iD1

0 t (ms)

iT2

0 t (ms)

iD2

0 t (ms)

Fig. 2

8

• 1ère phase

uC = +E

K1 conduit

iC < 0

D1 conduit

iD1(t) = - iC(t)

Fig. 4a

E

Eu

C

iC

D1

D2

R L iD1

iD2

iT1

iT2

K1

K2

• 2ème phase

uC = +E

K1 conduit

iC > 0

T1 conduit

iT1(t) = iC(t)

Fig. 4b

E

Eu

C

iC

D1

D2

R L iD1

iD2

iT1

iT2

K1

K2

9

• 3ème phase

uC = -E

K2 conduit

iC > 0

D2 conduit

iD2(t) = iC(t)

Fig. 4c

E

Eu

C

iC

D1

D2

R L iD1

iD2

iT1

iT2

K1

K2

• 4ème phase

uC = -E

K2 conduit

iC < 0

T2 conduit

iT2(t) = - iC(t)

Fig. 4d

E

Eu

C

iC

D1

D2

R L iD1

iD2

iT1

iT2

K1

K2

10

• Chronogrammes

pour une charge RL

p(t) = uC(t)iC(t)

p > 0 : récepteur

(phase

d’alimentation)

p < 0 : générateur

(phase de

récupération)

Globalement :

< p > est positif

20

iC

0 t (ms)

élément

conducteur

(D1, T

1, D

2, T

2)

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

comportement de

la charge

iT1

0 t (ms)

iD1

0 t (ms)

iT2

0 t (ms)

iD2

0 t (ms)

Générateur

D1

20

iC

0 t (ms)

élément

conducteur

(D1, T

1, D

2, T

2)

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

comportement de

la charge

iT1

0 t (ms)

iD1

0 t (ms)

iT2

0 t (ms)

iD2

0 t (ms)

T1

D2

T2

GénérateurRécepteur Récepteur

Fig. 2

11

2. Onduleur de tension monophasé en pont

(quatre interrupteurs)

2.1. Commande symétrique

0 < t < T/2 : K1 et K3 sont fermés : uC = +E (> 0 V)

T/2 < t < T : K2 et K4 sont fermés : uC = - E (< 0 V)

Fig. 5

K4

K1

chargeE

source de

tension

continue uC

iC

K2

K3

12

13

• Chronogramme de la tension uC

Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz

Valeur efficace : EUCeff

uC

0 t (ms)

+E

-E

10 20

interrupteurs

conducteursK

1 ; K

3K

2 ; K

4

uC

0 t (ms)

+E

-E

10 20

interrupteurs

conducteursK

1 ; K

3K

2 ; K

4

Fig. 6

14

Fig. 7

• Réalisation pratique

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

15

• Chronogrammes

pour une charge RL

Fig. 6

20

iC

0 t (ms)

éléments

conducteurs

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

comportement de

la charge

iT3

0 t (ms)

iD3

0 t (ms)

iT4

0 t (ms)

iD4

0 t (ms)

iT1

iD1

iT2

iD2

16

• 1ère phase

uC = +E

K1 ; K3 conduisent

iC < 0

D1 ; D3 conduisent

iD1(t) = iD3(t) = - iC(t)

Fig. 7a

• 2ème phase

uC = +E

K1 ; K3 conduisent

iC > 0

T1 ; T3 conduisent

iT1(t) = iT3(t) = iC(t)

Fig. 7b

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

17

• 3ème phase

uC = -E

K2 ; K4 conduisent

iC > 0

D2 ; D4 conduisent

iD2(t) = iD4(t) = iC(t)

Fig. 7c

• 4ème phase

uC = -E

K2 ; K4 conduisent

iC < 0

T2 ; T4 conduisent

iT2(t) = iT4(t) = - iC(t)

Fig. 7d

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

18

• Chronogrammes

pour une charge RL

Fig. 6

20

iC

0 t (ms)

éléments

conducteurs

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

comportement de

la charge

iT3

0 t (ms)

iD3

0 t (ms)

iT4

0 t (ms)

iD4

0 t (ms)

iT1

iD1

iT2

iD2

Générateur

D1 ; D

3

20

iC

0 t (ms)

éléments

conducteurs

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

comportement de

la charge

0 t (ms)

0 t (ms)

0 t (ms)

0 t (ms)

T1 ; T

3

GénérateurRécepteur Récepteur

iT3

iD3

iT4

iD4

iT1

iD1

iT2

iD2

D2 ; D

4T

2 ; T

4

19

2-2- Commande décalée

20

uC

0 t (ms)

+E

-E

10 20

interrupteurs

conducteursK

3K

2

K1

K4

K4

• Chronogramme de la tension uC

Fréquence : f = 1 / T = 50 Hz

Valeur efficace :

2TCeff 1EU

On peut régler UCeff entre 0 et E.

uC

0 t (ms)

+E

-E

10 20

interrupteurs

conducteursK

3K

2

K1

K4

K4

Fig. 8

21

A.N. E = 200 V

Sur la figure 8, mesurer le décalage.

En déduire la tension efficace aux bornes de la charge.

= 3 ms

V 1673

1200U220Ceff

UCeff

T / 2O

E

Fig. 9

22

• Chronogramme

du courant pour

une charge RL

Fig. 8

20

iC

0 t (ms)

éléments

conducteurs

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

interrupteurs

conducteursK

3K

2

comportement de

la charge

K1

K4

K4

23

• 1ère phase

K4 et K3 conduisent

uC = 0 V

iC < 0

D3 ; T4 conduisent

Fig. 8a

• 2ème phase

K1 et K3 conduisent

uC = +E

iC < 0

D3 ; D1 conduisent

Fig. 8b

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

24

• 3ème phase

K1 et K3 conduisent

uC = +E

iC > 0

T1 ; T3 conduisent

Fig. 8c

• 4ème phase

K1 ; K2 conduisent

uC = 0 V

iC > 0

D2 ; T1 conduisent

Fig. 8d

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

25

• 5ème phase

K2 ; K4 conduisent

uC = -E

iC > 0

D2 ; D4 conduisent

Fig. 8e

• 6ème phase

K2 ; K4 conduisent

uC = -E

iC < 0

T2 ; T4 conduisent

Fig. 8f

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

K2

K3

E

uC

iC

iD2

iD3

R L

iD1

iD4

iT2

iT3

iT1

iT4

K1

K4

26

• Chronogramme

du courant pour

une charge RL

p(t) = uC(t)iC(t)

p > 0 : récepteur

p < 0 : générateur

p = 0 : phase de

roue libre

Fig. 8

20

iC

0 t (ms)

éléments

conducteurs

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

interrupteurs

conducteursK

3K

2

comportement de

la charge

K1

K4

K4

T4

20

iC

0 t (ms)

éléments

conducteurs

uC

0 t (ms)

+E

-E

10

10 20

interrupteurs

conducteursK

3K

2

comportement de

la charge

K1

K4

K4

Récepteur RécepteurG GRoue

libre

Roue

libre

D1

T1

D4

T4

D3

T3

D2

T2