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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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Des dipôles à la cellule de commutation
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2. Point de fonctionnement
2.1 Existence et sensibilité du point de fonctionnement
L’intersection des caractéristiques statiques de deux dipôles interconnectés définit ce qu’on appelle le point de fonctionnement. Comme il a été vu au § 1.1, l’intersection de ces caractéristiques n’a de sens que si l’un des dipôles est en convention générateur et l’autre en convention récepteur.
Pour que ce point de fonctionnement corresponde effectivement à un échange de puissance, il faut qu’il y ait au moins un dipôle actif. L’autre dipôle est soit un dipôle passif, soit un dipôle actif.
Au-delà de l’existence même du point de fonctionnement, se pose également un problème de sensibilité. En effet, certaines associations de sources statiques sont à proscrire ; celle que présente la figure 8 est un cas particulier où l’on tente de procéder à l’interconnexion directe de deux dipôles se comportant plutôt comme des sources de tension.
L’intersection de ces deux caractéristiques presque parallèles correspond à un courant très sensible aux variations de tension, voire à un courant très nettement en dehors de la plage de fonctionnement acceptable des sources. À ces deux titres, cette association n’est donc pas viable sur le plan statique.
Par contre, la figure 9 présente l’association satisfaisante obtenue entre deux sources de nature fondamentale opposée : l’orthogonalité des caractéristiques confère en effet la meilleure maîtrise du point de fonctionnement.
Si l’un des dipôles de la figure 9 connaît une petite variation autour de sa caractéristique initiale (la caractéristique de l’autre dipôle restant inchangée), le point de fonctionnement évolue légèrement autour du point (V 0 , I...
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