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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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Conclusion
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4. Modèles de cellule de commutation
Après avoir mis en évidence ce modèle issu de la commutation instantanée , il faut se poser la question de sa validité en dehors de cette commutation. Cette question est évidemment légitime car ces « sources » ne sont en fait que des « inerties » capables d’emmagasiner de l’énergie soit sous forme électrostatique (inertie de tension), soit sous forme électromagnétique (inertie de courant) et ne peuvent donc a priori qu’empêcher une variation rapide de la tension (pour le condensateur) ou du courant (pour l’inductance). Cette variation après la commutation dépend évidemment de la valeur des éléments réactifs (valeurs exprimées en farads ou en henrys), mais aussi de la durée pendant laquelle elle est susceptible de se produire.
Pour préciser cette durée, il faut considérer les différentes échelles de temps ou de fréquence que l’on peut rencontrer dans les CVS. On peut en distinguer au moins trois :
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la durée de la commutation des interrupteurs ; supposée nulle pour l’étude fonctionnelle des CVS, elle reste dans la réalité assez faible par rapport aux autres durées. Elle met en jeu des mécanismes complexes, cf. [D 3 076]. Les valeurs typiques qui caractérisent la durée des commutations vont de quelques dizaines de nanosecondes à quelques microsecondes ;
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la période de découpage ; si la durée entre deux commutations homologues est fixe, elle s’identifie à la « période de découpage », à laquelle correspond la fréquence de découpage. La valeur typique est extrêmement variable selon la puissance traitée : de l’ordre de 1 kHz pour des puissances de l’ordre du MW, à environ 1 MHz pour des puissances de l’ordre de la dizaine de watts ;
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les basses fréquences BF introduites par les différentes techniques de contrôle : du continu aux fréquences des réseaux industriels (ou des...
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