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10/12/2011
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Les gradateurs triphasés
Chapitre 7
1Cours convertisseurs de puissance
Mme HAJJI MELAIAH Omessaad
2010-2011
ENISo
2
Plan
Les gradateurs monophasés
I. Introduction
II. Gradateur triphasé tout thyristors II. 1. Cas de récepteur équilibré couplé en étoileII. 1.1. charge résistive II. 1.2. étude de la charge
II. 1.2.1 valeurs efficaces et les harmoniquesII.1.2.2. étude énergétique
III. Gradateur triphasé mixte
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I. Introduction
Les gradateurs monophés
1. Structures
1.1 Les gradateurs tout thyristors
�Groupement en triangle de trois gradateurs monophasés
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I. Introduction
Les gradateurs triphasés
�Gradateurs triphasé tout thyristors
Les vrais gradateurs triphasés sont formés de trois ensembles de deux thyristors tête-bêche montés entre les bornes ABC du réseau et celles 1, 2,3 du récepteur équilibré couplé en étoile (Fig.b) où en triangle (Fig. c).
b c
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I. Introduction
Les gradateurs triphasés
1.2. Gradateur triphasé mixte
On trouve également des structures mixtes, obtenues avec les derniers structures, en remplaçant les thyristors Th1', Th2' et Th3' par trois diodes.
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.Cas de récepteur équilibré couplé en étoile1.1. Principe
Les tensions et les courants dans les phases de la charge sont alternatifs et triphasés équilibrés
tensions aux bornes des groupes de thyristors sont alternatives et triphasés équilibrés
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. Une charge R
L'ordre de commande des thyristors ?
Document réponse n°2
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Va Vb Vc(Va-Vb)/2 (Va-Vc)/2
wt
UcaLa charge est formée de troisrésistances R identiques. Dansce cas, chaque thyristor sebloque lorsque le courant doncla tension de la phase passepar 0.
ψ
πψ +
Le thyristor ThA est commandé avecun retard par rapport au passageà zéro de la tension simple vA.
Le thyristor Th'A est commandé en
.
3
4π3
2πLes thyristors de la phase B sont commandés avec un retard desur ceux de la phase A
sur ceux de la phase A et ceux de la phase C avec un retard de sur ceux dela phase A
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2.A. Analyse de fonctionnement
a. Mode 1 = 2 ou 3 thyristors passants
1. Etude :
Si le récepteur est formé de trois résistances R égales, lorsque croit de 0 à , trois modes de fonctionnement se succèdent.
Exemple
2. Conclusion
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
b. Mode 2 = 2 thyristors passants
1. Etude
2. Conclusion
Exemple
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
c. Mode 3 = 0 ou 2 thyristors passants
1. Etude
2. Conclusion
Exemple
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
Exemple ThB' se bloque en 150° avant amorçagede ThC'; comme ThA ne peut conduireseul, tous les thyristors sont bloqués de150° à +60°.
A cet instant, on amorce ThC' et ilfaudra réamorcer ThA pour pouvoiravoir de nouveau conduction.
Pour que ThA et ThB' puissent conduire, il faut uAB > 0 donc < 150°
Si > 150°, aucune conduction ne sera possible
Le déblocage simultané de ThA et Th’Cpour se produit pour une valeur négative de vA-vC.
Les thyristors ne peuvent plus entrer en conduction, le gradateur équivaut à un interrupteur toujours ouvert
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. B. Calcul de la tension efficace
Soit V' la tension efficace aux bornes d'une phase de la charge; nous avons:
θθπ
πψ
ψdvV A )('
2
1'
2 22∫
+= La fonction étant alternative θθ
ππψ
ψdvV A )('
1' 22
∫+
=
Les symétries de la fonction )(')3
2(')(')
3(':' θπθθπθ CABAA vvetvvv −=+−=+
θθθθπ
πψ
ψdvvvV CBA )](')(')('[
1' 223 22 ++= ∫
+
Nous devons envisager divers cas suivant le mode de fonctionnement
Mode 1 : le gradateur fonctionne dans ce mode si
3πθψ << ThA , ThB’ et ThC sont passants
v'A = vA, v'B = vB et v'C = vC
33πψθπ +<< ThA et ThB’ sont passants
v'A = -v'B = uAB/2 , v'C = 0
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. B. Calcul de la tension efficace
θπθπ
θπθπθθπ
ψπ
π
π
ψ
dV
dVVVV
)6
(sin2
3[
1
)]3
2(sin)
3
2(sin)(sin[
1'
23
3
2max
22max
22max
23 2max
2
++
++−+=
∫
∫+
)2sin(43
43
1' ψππ
ψ +−= VV
Mode 2 : le gradateur fonctionne dans ce mode si
3πψθψ +<< ThA et ThB’ sont passants
v'A = -v'B = uAB/2, v'C =0
θπθπ
ψπ
ψdVV )
6(sin
23
[1
' 23 2max
2 += ∫+
)3
)3
(2sin(43
)3
2sin(43
)3
(23
'ππψ
ππψ
πψπψ
π++−++−+= VV
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. B. Calcul de la tension efficace
)6
2sin(4
33
2
1'
πψπ
++= VV
Mode 3 : le gradateur fonctionne dans ce mode si
6
5πθψ << ThA et ThB’ sont passants
v'A = -v'B = uAB/2, v'C =0
θπθπ
π
ψdVV )
6(sin
23
[1
' 26
52
max2 += ∫
)3
)6
5(2sin(
43
)3
2sin(43
)6
5(
23
'ππ
ππψ
πψπ
π+−++−= VV
)3
2sin(43
23
45
'πψ
ππψ ++−= VV
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. B. Calcul de la tension efficace
suivant le type de charge et le mode de fonctionnement on détermine la valeur efficace
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. C. Harmoniques des grandeurs
Compte tenu des symétries de la tension v'A, sa décomposition en série deFourier ne contient pas d'harmoniques de rang pair ni de rang multiple de 3. Lesharmoniques sont donc de fréquence f, 5.f, 7.f, 11.f, 13.f, 17.f….
L'harmonique de rang n de v'n est de la forme
[ ])(
)sin(2)cos()sin(2
'
'''''
'''''
22
n
nnnnn
nnnnn
a
bartgetbaVV
nVnbnaVv
=+=
+=+=
ϕ
ϕθθθ
Donnons les résultats pour la charge R
Mode 1
+−=
+−++−=
)3
43
.2cos()2cos(43
'
)3
43
.2sin(21
)2sin(21
3323
'
1
1
ππψπ
ππψπψππ
b
a
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. C. Harmoniques des grandeurs
−−−=
+−−=
)2cos()3
22cos(
4
3'
)2sin(2
1)
3
22sin(
2
1
32
3'
1
1
ψπψπ
ψπψππ
b
aMode 2
Mode 3
+−−=
−−−=
1)3
22cos(
43
'
))3
22sin(
21
65
23
'
1
1
πψπ
πψψππ
b
a
Pour calculer les harmoniques du courant i1, il suffit de faire une étude en régime sinusoïdal à chaque fréquence
)sin(2'' nnn nVv ϕθ +=
L’impédance de la charge à la fréquence nf est :R
)sin(2'
' nn
n nR
Vi ϕθ +=
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II. Les gradateurs triphasés tout thyristors
Les gradateurs triphasés
1.2. D. Étude énergétique
Le réseau étant purement sinusoïdal, seul le fondamental de l'intensité peut créer de la puissance active et de la puissance réactive. Ce fondamental est:
1
'1 ,)sin(2 ϕϕϕθ ==+= FFFFF R
VIavecIi
La puissance active est )cos(..3 FFIVP ϕ=
La puissance réactive est )sin(..3 FFIVQ ϕ=
La puissance apparente est effIVS ..3=
Le facteur de puissance est
La puissance déformante 222 QPSD −−=
S
PFp =