Bonjour, je viens vers vous car j'ai un petit problème avec les convertisseurs AC/DC.

Je suis actuellement en projet dans mon école, l'objectif de ce projet est de créer un réseau électrique intelligent (en gros faire une maquette de ERDF mais avec des caractéristique moindre (tension ne dépassant pas les 50V et puissance de 80W maxi).

Le projet est partagé en plusieurs partie, et mon groupe s'occupe de la partie transport de l'énergie. Le transport se fait en 48V alternatif, il traverse un transformateur qui le réduit à 24V pour entrer dans le convertisseur AC/DC qui me gène et faire sortir du 12V continue pour alimenté des maquettes comme une maison, ou des batteries.

Je dois donc réalisé un convertisseur AC/DC, sur le coup on s'est dit facile, pont de diode puis lissage...mais il n'y aurai pas grand chose de "smart" là dedans. On a donc voulu faire quelque chose permettant d'asservir un peu courant et tension...

Et c'est là que les problèmes commencent. En effet si les convertisseurs non commandé sont à mon programme, le reste non, et pourtant on nous demande d'en faire un.

On a donc trouvé un première solution, un pont de diode suivi d'un DC/DC commandé, mais si l'un des profs étaient d'accord avec cette solution, celle-ci ne convient pas à l'autre (je ne sais pas pourquoi et j'aimerai bien le savoir). Ce dernier nous propose de faire un pont-mixte (avec des thyristors (désolé pour l'orthographe si c'est pas ça)), et j'ai lu sur internet que cette solutions était souvent utilisé notamment avec des moteurs, et c'est vrai que lorsque je regarde Vs, j'ai du mal à voir du continue là dedans...

Donc ma question c'est que préconiseriez vous pour mon problème, et si vous auriez une doc bien faites sur le sujet je suis preneur, car les quelques pdf que j'ai trouvé ne sont pas vraiment clair...

Merci de votre réponse

Il faut voir un thyristor comme une diode "commandé". Le thyristor se comporte donc comme une diode (ne laisse passer le courant que dans un seul sens) mais à la différence qu'il ne laissera passer le courant que lorsque un "top départ" lui sera envoyé sur une broche (car il en possède trois, cathode/anode et gâchette).
Du coup, en virant tes diodes et en mettant des thyristors tu pourras avoir en sortie de filtrage une tension directement "réduite" à un certain voltage. Ce voltage sera plus ou moins élevé selon le moment ou tu as démarré le passage du jus à travers tes thyristors.
En gros si tu laisses passer 100% du temps tu auras la tension max, si tu laisses passer que 50% du temps tu n'auras que la moitié.

Détail important que j'ai oublié mais qui parait ptet évident, le thyristor s'arretera d'être conducteur lorsque la sinusoide arrivera à 0 (logique il ne conduit que dans un sens, comme une diode)

Truc intéressant avec ce genre de montage, tu n'as pas de perte dans les diodes et condo et dans un réducteur de tension ensuite puisque tu ne prend que "ce que tu as besoin" dans la sinusoide de départ...

Voila j'éspère que ca va t'aiguiller un peu... et que je me plante pas trop non plus (car l'élèc de puissance c'est intéressant mais c'est pas mon dada)

A part le passage "En gros si tu laisses passer 100% du temps tu auras la tension max, si tu laisses passer que 50% du temps tu n'auras que la moitié.", que je prends avec des pincettes, pour des questions de valeurs efficaces etc... ce que tu dis me semble bon.

Par contre, je ne vois pas en quoi le fait de n'être passant que sur une partie de la période va être intéressant au niveau du réseau. Pour moi, il y a deux choses sur lesquelles jouer : 1) ne pas mettre le chauffe eau en marche tant que l'usine d'à côté a besoin d'énergie 2)améliorer son facteur de puissance pour réduire la puissance réactive (qui provoque des pertes dans le réseau). Les thyristors me semblent surtout utiles pour cette deuxième partie. La première partie demande plutôt une connaissance de l'activité du réseau, mais peut fonctionner avec un simple relais.

http://en.wikipedia.org/wiki/Power_factor

Je vais un peu développer ce que propose Eskimon (pour obtenir la relation exacte entre le retard à l'amorçage des thyristors et la tension moyenne en sortie du pont).

Je vais supposer que vous vous contenter d'un réseau monophasé (c'est plus simple pour faire les schémas ^^, mais le principe est le même en triphasé), le schéma d'un pont mixte (contenant donc des diodes et des thyristors donc) est alors le suivant (on va supposer que la charge est une source de courant, c'est plus simple, et si vous lissez après coup avec une bobine de forte inductance, ça doit pas être loin de la réalité, mais je m'avancerais pas trop) :



On va ensuite se baser sur les courbes suivantes :

Avec un pont à diode simple, on en déduirait directement <math>\(V_s(t)\)</math>, mais ici, on a des thyristors en haut, avec un retard à l’amorçage <math>\(\alpha\)</math> (je doit confesser que je n'ai aucune idée de comment on génère ce retard à l’amorçage, en labo on avait un boitier qui s'occupait de ça ), cela signifie que les thyristors vont devenir passant avec un retard <math>\(\alpha\)</math> par rapport à une diode (donc si <math>\(\alpha=0\)</math>, c'est comme si on avait des diodes), cela nous donne les zones où les thyristors et les diodes sont passantes suivantes :

On en déduit alors <math>\(V_s(t)\)</math> :
<math>\(V_s(t) = V(t)\)</math> quand <math>\(Th_1\)</math> et <math>\(D_2\)</math> conduisent
<math>\(V_s(t) = -V(t)\)</math> quand <math>\(Th_2\)</math> et <math>\(D_1\)</math> conduisent
<math>\(V_s(t) = 0\)</math> dans les autres cas
Soit :

On peut alors calculer la tension moyenne en sortie :
<math>\(<V_s(t)> = V_{max}\frac{1}{\pi}\int_{\alpha}^{\pi}\sin(\omega t)d(\omega t) = \frac{1+\cos(\alpha)}{\pi}V_{max}\)</math>

Remarque : Si on avait utilisé un pont entier de thyristor (avec le même retard <math>\(\alpha\)</math>), la tension <math>\(V_s\)</math> pourrait être négative et on "continuerait de descendre dans les négatif" plutôt que de "rester à 0" jusqu'à changement du thyristor passant. On peut calculer la valeur moyenne que cela donnerait :
<math>\(<V_s(t)> = V_{max}\frac{1}{\pi}\int_{\alpha}^{\pi+\alpha}\sin(\omega t)d(\omega t) = \frac{1}{\pi}V_{max}\left[\cos(\alpha)-\cos(\pi+\alpha)\right]=\frac{2}{\pi}V_{max}\cos(\alpha)\)</math>
On constate que la tension moyenne peut alors devenir négative (pour des valeurs de <math>\(\alpha\)</math> supérieures à <math>\(\frac{\pi}{2}\)</math>), cela signifie que c'est ce qui est en aval du pont qui fournit de la puissance au réseau : on a un onduleur assisté (même si c'est pas vraiment le sujet ).

Merci de votre aide. J'ai un peu mieux compris comment fonctionne le thyristor et ce pont (et je suis bien en monophasé)...

Par contre j'ai du mal à voir comment l'utilisé dans mon cas...pour un moteur ou l'on cherche à faire un asservissement de vitesse je pense comprendre (lorsque l'on veut ralentir on fait rentrer une certaine valeur <math>\(\alpha\)</math> dans le thyristor pour mettre la sortie en roue libre et faire ralentir ce moteur). Mais dans mon cas je veux juste avoir une tension de 12V continue peut importe ce qui se passe en amont et en aval du convertisseur et je ne vois pas en quoi les caractéristiques de ce pont peuvent m'aider. Pour info, je crois qu'il y a aussi une production d’énergie après le convertisseur mais pas sure).

Enfin, qu'elle serait la différence avec un pont de diode combiné avec un DC/DC ?

EDIT : Et le fait de lisser avec une inductance, nous permet de sortir quelque chose de plus "continue" comme on faisait avec le condensateur de découplage pour le pont de diode simple ?

En fait, l'important c'est la valeur moyenne de la tension et ici, elle est réglable grâce à la valeur de <math>\(\alpha\)</math>.
Ajouter une forte inductance va lisser le courant, mais la tension restera celle que j'ai représentée. Par contre, tu peux ajouter un filtre passe bas de pulsation de coupure suffisamment basse pour couper le 50Hz (j'imagine que vous avez garder cette fréquence de réseaux), par exemple en prenant <math>\(\omega_0=\frac{2\pi\times50}{10}\approx30\ rad.s^{-1}\)</math> et la valeur de la tension que tu obtiens en sortie est alors la valeur moyenne précédemment calculer que tu peux faire varier.

Je dois avouer qu'avec le peu d'expérience et de recul que j'ai sur l'électronique de puissance, je pourrais pas vraiment faire de comparaison entre celle solution et celle consistant en la juxtaposition d'un pont à diode et d'un hacheur si ce n'est que la solution du pont mixte est peut-être moins couteuse en terme de composants.

Ok merci de ton explication, je pense que je me sens un peu plus a l'aise avec ce redresseur, je vais tout reprendre à tête reposé, et je poserais deux trois questions au prof (notamment pour le hacheur) et je reviendrais vers vous pour si j'ai d'autre question à poser.

Merci encore (je mettrais en résolu après en avoir parlé au prof, histoire d'être sure)

Citation : clades

Mais dans mon cas je veux juste avoir une tension de 12V continue peut importe ce qui se passe en amont et en aval du convertisseur et je ne vois pas en quoi les caractéristiques de ce pont peuvent m'aider. Pour info, je crois qu'il y a aussi une production d’énergie après le convertisseur mais pas sure).

On en revient à ma remarque : tout ce que tu peux faire, c'est choisir de couper ton alimentation 12V et corriger ton facteur de puissance. La solution technique ne peut se discuter que si on connait l'objectif. Dire que ça ne fait pas assez "réseau intelligent", c'est du discours de commercial. En tant que développeur, on s'en fout. "Détecter la présence de fortes charges sur le réseau et couper l'alimentation 12V quand le réseau est très chargé", ça c'est un objectif. "Assurer un facteur de puissance supérieur à 0.9 aussi". Un rendement de conversion AC 48V vers DC 12V supérieur à 0.8, c'est encore un autre objectif. Sans objectif, il est difficile de te conseiller.

Bonjour, désolé du temps de réponse, le prof n'était pas disponible.

Dans un premier temps il voudrai que l'on assure un facteur de puissance supérieur ou égale à 0.9.

Personnellement savoir comment ça marche pour "Détecter la présence de fortes charges sur le réseau et couper l'alimentation 12V quand le réseau est très chargé" m'intéresse également.

Merci de vos réponses

Deux possibilités : soit tu fais un réseau qui distribue des informations sur son activité (production, consommation), comme le fait ERDF avec linky, soit tu es obligé de mesurer la tension du réseau pour détecter des baisses. Ce deuxième système n'est pas utilisé dans la réalité, parcequ'il ne permet pas de savoir au producteur quels appareils son en attente de désaturation du réseau pour se mettre en marche, il complexifie donc la prédiction de la consommation, nécessaire à la planification de la production. De plus, il faut connaitre la charge qu'on connecte au réseau pour savoir quelle influence on a dessus, et même ainsi il faut s'assurer de ne pas créer de système oscillatoire avec les connection et déconnections du réseau.

Si j'ai bien compris, la première solution (sûrement plus complexe) permet de savoir si on a des baisses avant la distribution pour pouvoir réguler au niveau de la sortie, et permet en même temps de connaitre la consommation actuel et à venir, ce qui nous permet ensuite d'ajuster la production. Je ne pense pas utiliser cette solution, j n'ai aucun retour sur la production car mon groupe ne s'occupe que du "transport" de l’énergie et de sa conversion en sortie.

La deuxième solution elle permet d'ajuster la tension de sortie en fonction des éventuelles "perturbation", avec ça je peux ainsi assurer la tension voulu peut importe ce que j'ai avait mon convertisseur, mais sans réellement tenir compte de la sortie.

Je vais tenter de proposer une solution, enfin plutôt une idée de comment faire théoriquement pour ajuster la ma sortie.

Premièrement, on utilisera un pont mixte monophasé (fréquence 50Hz)suivi d'un filtre passe-bas pour permettre de ne garder que la valeur moyenne.

Pour ajuster,
Je pense jouer sur le <math>\(\alpha\)</math> des thyristors, je boucle le système en mettant dans le retour la tension sortie du convertisseur. Je compare cette tension à <math>\(Vref=12V\)</math> et je trouve le alpha voulu pour faire en sorte que Vs=Vref. Pour calculer alpha il faut que j'utilise la formule de <V>. (Je dois encore réflechir là dessus).

Edit : Après un peu de réflexion, la tension Vmax de la formule de calcul de moyenne est au niveau de l'entrée du convertisseur, donc pour trouver trouver alpha, il ne faut pas que je boucle la sortie, mais que je prenne la tension d'entrée de mon redresseur.


Dis moi ce que tu en penses s'il te plait

Citation : clades

Edit : Après un peu de réflexion, la tension Vmax de la formule de calcul de moyenne est au niveau de l'entrée du convertisseur, donc pour trouver trouver alpha, il ne faut pas que je boucle la sortie, mais que je prenne la tension d'entrée de mon redresseur.

Salut,

Si tu veux réguler la tension de sortie en boucle fermée, tu dois la mesurer pour calculer en permanence l'erreur entre la consigne et celle-ci.

Mais, tu comptes le réguler avec quoi ton convertisseur ?

Citation : clades

en gros faire une maquette de ERDF mais avec des caractéristique moindre
Le transport se fait en 48V alternatif

Si le but du réseau est de transporter de l'énergie en 48V, le faire en alternatif est ridicule.
Par contre si le but est d'émuler un réseau EDF sans finir les TP avec 4 morts, c'est pas mal du tout comme solution.
Donc on va partir de l'optique "on fait comme si c'était le secteur".

Note quand même que 48V RMS => 67V peak donc pas anodin... ça pique les doigts...

Citation : clades

Le transport se fait en 48V alternatif, il traverse un transformateur qui le réduit à 24V pour entrer dans le convertisseur AC/DC qui me gène et faire sortir du 12V continue pour alimenté des maquettes comme une maison, ou des batteries.

un première solution, un pont de diode suivi d'un DC/DC commandé, mais si l'un des profs étaient d'accord avec cette solution, celle-ci ne convient pas à l'autre

"on fait comme si c'était le secteur" donc il faut un transformateur d'isolement entre l'entrée et la sortie, ce qui explique peut-être que le deuxième prof ne soit pas d'accord.

=> Objectif 1 : éclaircir avec le prof si une isolation est nécessaire.

Citation : clades

Détecter la présence de fortes charges sur le réseau et couper l'alimentation 12V quand le réseau est très chargé

Là, t'as un objectif ultra-flou (voir l'excellente explication de Nathalya).

Quand le réseau est chargé le machin se débranche... du coup le réseau est moins chargé, le machin se rebranche. Tous les machins font ça en même temps et rien ne marche. Si tu veux faire un réseau intelligent ("smart grid") il va lui falloir un cerveau et un moyen de communication, pour que les machins puissent demander "je voudrais consommer N watts pour une tâche de priorité X" et le cerveau va répartir la puissance disponible entre les utilisateurs.

À la limite, tu pourrais utiliser la tension du réseau comme moyen de communication, mais seulement si tes machins peuvent adapter leur consommation finement (par exemple ça marche pour des résistances de chauffage). Si tes machins sont "binaires" (on/off) ou si leur consommation est variable (ordinateur...) c'est mort.

=> Objectif 2 : éclaircir cette histoire de "smart grid" et surtout voir si y'a moyen d'éviter la communication par courant porteur. T'es une quiche en CEM donc si tu mets du courant porteur dans ton machin tu en auras pour 6 mois et ça marchera pas. T'es en train de faire une maquette, fais ta communication avec un truc robuste et qui marche (bus CAN, n'importe quoi sauf du CPL). Et surtout fais-le APRÈS avoir la première partie du système fonctionnelle.

Citation : clades

Dans un premier temps il voudrai que l'on assure un facteur de puissance supérieur ou égale à 0.9.

OK. Note que cela élimine la solution simple transfo + pont de diodes puisqu'il te faut un convertisseur de facteur de puissance (PFC).

Tu as plusieurs choix :

A- Si tu peux moduler le courant utilisé par la charge (ex: tu charges une batterie) alors tu peux faire le PFC par ce moyen "gratuit" en modulant le courant d'entrée du convertisseur en fonction de la tension d'entrée :

- transfo d'isolement + redresseur + convertisseur buck-boost
- redresseur + convertisseur buck-boost (non isolé)

B- Si le courant utilisé par la charge n'est pas contrôlable alors tu devras mettre un vrai PFC dans ton alim.

- Transfo pour l'isolement, puis PFC boost, puis convertisseur buck
- PFC boost, puis convertisseur DC-DC (à transfo donc isolé) par exemple flyback, forward, push-pull, demi-pont ou pont
- pas d'isolement, PFC boost, puis convertisseur buck

Citation : clades

Ce dernier nous propose de faire un pont-mixte (avec des thyristors (désolé pour l'orthographe si c'est pas ça)), et j'ai lu sur internet que cette solutions était souvent utilisé notamment avec des moteurs, et c'est vrai que lorsque je regarde Vs, j'ai du mal à voir du continue là dedans...

Le thyristor :

* Avantages :
- très solide,
- capable de gérer des tensions, courants, puissances énormes.

* Inconvénients :
- lent
- unidirectionnel
- tension de déchet et dissipation non négligeables
- lent
- une fois déclenché on ne peut pas le couper, à moins d'utiliser des thyristors GTO, dont le driver est compliqué, cher, pénible, etc.
- lent
- et lent

Dans ton cas cette option est donc parfaitement stupide :

- Implémenter une correction de facteur de puissance avec des thyristors est gros, lourd, compliqué, cher, pénible, dangereux, etc.
- D'ailleurs tout montage non trivial avec des thyristors a ces caractéristiques à cause des défauts du composants
- Pour ces raisons depuis ... genre 30 ans quand on a l'option d'utiliser autre chose que des thyristors, le choix est vite fait ! On utilise un thyristor uniquement quand on a pas le choix ou alors quand ses qualités compensent ses défauts (ce qui n'est pas ton cas du tout).

Aux tensions / courants où tu travailles, on utilise des MOSFETs. À 200-300V on utiliserait des IGBT ou parfois des bipolaires.

Avantages du MOSFET pour ton application :
- pas cher
- facile à driver
- extrêmement rapide
- faibles pertes
- petit et facile à intégrer
- très large choix de composants modernes et ultra-performants disponibles
- à moitié bidirectionnel
- se comporte comme un interrupteur donc dans ton TP toute la théorie des convertisseurs (basée sur des interrupteurs commandés) est valide ce qui te facilitera le rapport

Inconvénient du MOSFET :
- chatouilleux sur le layout
- adapté dans une certaine zone de tensions et de courants (ça tombe bien t'es en plein dedans)


Personnellement, je choisirais l'une des deux :
- pour la simplicité : Transfo pour l'isolement (facultatif), redressement, PFC boost, convertisseur buck
- une solution plus optimale mais nécessite un transfo pointu : redressement, PFC boost, convertisseur isolé (genre full bridge parce que je suis un nazi du rendement)

Pour 80W le 2ème tient dans un paquet de cigarettes (largement).

> Premièrement, on utilisera un pont mixte monophasé (fréquence 50Hz)suivi d'un filtre passe-bas pour permettre de ne garder que la valeur moyenne.

Adieu facteur de puissance...