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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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Point de fonctionnement
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1. Notions de dipôle passif, dipôle actif et de source
1.1 Définitions et conventions
Un dipôle désigne un composant électrique, et plus généralement une portion de circuit électrique faisant apparaître deux bornes, caractérisé par la relation existant entre la tension à ces bornes et le courant circulant entre ces bornes.
L’interconnexion de deux dipôles les conduit à partager la même tension et le même courant (figure 1). Quelles que soient les conventions de signe choisies, il apparaît de façon évidente que le sens conventionnel du courant est sortant pour l’un des dipôles (D1 sur la figure 1) et rentrant pour l’autre (D2). Le fait de les représenter avec la même tension et le même courant implique donc nécessairement que l’un soit en convention générateur (D1) et l’autre en convention récepteur (D2).
Au-delà des aspects purement conventionnels, le fait que le produit vi, qui correspond à la puissance échangée, soit le même pour les deux dipôles signifie que l’un des dipôles fonctionne obligatoirement en générateur et l’autre en récepteur. Si le produit vi est positif, les dipôles fonctionnent conformément à la convention choisie. Si le produit vi est négatif, le dipôle qui est en convention générateur fonctionne en réalité comme un récepteur et inversement.
HAUT DE PAGE1.2 Caractéristiques statiques
Les grandeurs électriques des dipôles peuvent s’exprimer dans le cas général par une équation intégro-différentielle de la forme : f (v, i, t) = 0. À un instant donné, cette équation devient une simple relation tension-courant, que l’on peut représenter graphiquement par ce que l’on appelle la caractéristique statique dans le plan (V I). À la suite des remarques du paragraphe 1.1, il est essentiel de préciser quelle est la convention choisie (générateur ou récepteur) pour les dipôles dont on trace la caractéristique statique.
Considérons...
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