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RÉSUMÉ
L’électronique de puissance a pour fonction de gérer les échanges d’énergie entre au moins deux systèmes électriques. Cette discipline prend donc en charge le traitement de l’énergie électrique, en combinant les aspects conversion et contrôle. Pour ce faire, elle assure un traitement de l’énergie électrique en réalisant l’adaptation des caractéristiques électriques de ces systèmes : formes d’ondes, amplitudes, puissance... Cet article introduit les principes de base de la conversion statique dans le cas simple d’un échange entre deux dipôles.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Henri FOCH : Ancien Professeur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse, Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique Industrielle (LEEI)
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Michel METZ : Professeur Émérite de l’Institut National Polytechnique de Toulouse, LEEI
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Thierry MEYNARD : Directeur de Recherche au CNRS, LEEI
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Hubert PIQUET : Professeur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse, LEEI
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Frédéric RICHARDEAU : Chargé de Recherche au CNRS, LEEI
INTRODUCTION
avec la collaboration de Guillaume GATEAU, Maître Conférences de l’INPT, LEEI, Philippe LADOUX, Professeur de l’INPT, LEEI, Emmanuel SARRAUTE, Maître de Conférences de l’IUFM de Toulouse, LEEI, Henri SCHNEIDER, Maître de Conférences de l’INPT, LEEI et Christophe TURPIN, Chargé de Recherche au CNRS, LEEI
L’électronique de puissance a pour objet l’échange d’énergie entre au moins deux systèmes électriques. Pour cela, elle assure d’une part une fonction de conversion de l’énergie électrique en rendant compatibles les caractéristiques (fonction de la tension, du courant et de la fréquence) de ces deux systèmes et d’autre part (en général) une fonction de contrôle de cet échange d’énergie. C’est donc une discipline qui correspond au traitement de l’énergie électrique (en combinant les aspects « conversion » et « contrôle »). Les dispositifs électriques permettant d’assurer ces fonctions portent le nom générique de convertisseurs statiques (CVS).
Puisqu’ils sont destinés à traiter de l’énergie, ces dispositifs doivent être le siège de pertes aussi faibles que possible, pour des raisons évidentes de rendement, mais aussi afin de minimiser le poids et le coût des dispositifs d’évacuation de ces pertes. Pour ce faire, les CVS utilisent des composants jouant le rôle d’interrupteurs électroniques (passants ou bloqués) selon un principe de découpage (par opposition au principe d’amplification linéaire) complété par des circuits passifs de filtrage.
Dans ce premier dossier, nous nous plaçons dans le cas d’échanges d’énergie entre deux dipôles. Ce cas simple permet effectivement d’introduire tous les principes de base – les fondamentaux – de l’électronique de puissance.
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Modèles de cellule de commutation
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3. Des dipôles à la cellule de commutation
3.1 Connexion directe des dipôles : 1re règle sur la nature des dipôles
On reprend ici comme contexte de réflexion l’association de deux dipôles interconnectés (figure 14).
Les tensions et les courants sont alors communs aux deux dipôles. Conformément aux résultats du § 1.3, si l’un des dipôles est une source de tension, il impose la tension aux bornes de l’autre, ce qui implique que ce 2e dipôle ne puisse pas imposer lui aussi la tension : il ne peut donc pas être une source de tension. Un raisonnement analogue peut être fait si l’on suppose que l’un des deux dipôles est une source de courant.
En conclusion, deux dipôles interconnectés ne peuvent donc pas être des sources de même nature.
3.2 Condition de contrôle de l’échange d’énergie. Modèle résistif binaire
Dans le cas de la connexion directe, les tensions et les courants étant rigidement liés, aucun contrôle de l’échange d’énergie n’est possible.
Afin de contrôler ce transfert, il faut pouvoir dissocier les tensions et/ou les courants :
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pour dissocier les tensions (et donc obtenir v 1 ¹ v 2), il faut insérer une impédance z 1 en série ;
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pour dissocier les courants (et donc obtenir i 1 ¹ i 2), il faut insérer une impédance z 2 en parallèle.
Le contrôle de l’énergie s’effectue alors par la variation contrôlée de z 1 et/ou de z 2 (figure 15).
Afin de préserver le rendement...
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