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RÉSUMÉ
Associer des convertisseurs en électronique de puissance permet d'assurer l'échange entre deux sources d'énergies. C'est la nature des sources (courant, tension ou mixte) qui détermine le type de liaison entre les convertisseurs. Ensuite, pour la conception de la liaison, certaines règles fondamentales doivent être respectées, telle que la compatibilité des sources et de la liaison sur l'ensemble de l'horizon fréquentiel. Suivant la nature et les réversibilités des sources et de la liaison, les combinaisons sont multiples. Cet article détaille ainsi les principes de base à observer pour assurer des liaisons de convertisseurs efficaces. Les deux cas principaux de conversion à liaison intermédiaire sont également présentés : continue et alternative.
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Henri FOCH : Ancien professeur de l'Institut national polytechnique de Toulouse
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Philippe LADOUX : Professeur de l'Institut national polytechnique de Toulouse - Laboratoire plasma et conversion d'énergie (LAPLACE)
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Hubert PIQUET : Professeur de l'Institut national polytechnique de Toulouse - Laboratoire plasma et conversion d'énergie (LAPLACE)
INTRODUCTION
Les associations de convertisseurs avec un lien énergétique se rencontrent aujourd'hui dans de nombreux domaines d'application et pour des gammes de puissance allant de la centaine de watt ou gigawatt. La conversion indirecte à étage intermédiaire continu est largement utilisée dans les entraînements réglés (variateurs de vitesse) ou le contrôle des échanges d'énergie dans les réseaux électriques (transport d'énergie en courant continu haute tension ou liens énergétiques entre réseaux embarqués). La conversion à liaison intermédiaire alternative est notamment utilisée dans le médical (alimentations haute tension pour tubes à rayon x), les systèmes embarqués (convertisseurs isolés compacts) et les alimentations de laboratoire (alimentations de précision à faible taux de distorsion).
L'objectif de ce dossier est de présenter les principales associations de convertisseurs avec lien énergétique en s'appuyant sur les règles d'association de convertisseurs et de sources décrites dans les dossiers [D 3 075] [D 3 076] et [D 3 077]. Pour chaque cas, le réglage du point de fonctionnement du lien énergétique et les relations entre les grandeurs électriques en différents points de la chaîne de conversion sont présentés.
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3. Conversion à liaison intermédiaire alternative
Les principaux intérêts de la conversion d'énergie à liaison intermédiaire alternative ont déjà été cités dans l'introduction. Généralement, cette liaison va permettre la commutation douce des interrupteurs. Ainsi, par rapport à un convertisseur direct fonctionnant en commutation dure, la fréquence de fonctionnement des interrupteurs peut être augmentée. Le volume et le poids des éléments de filtrage utilisés en entrée et en sortie de la chaîne de conversion sont alors réduits. Il en est de même si un transformateur est placé dans la liaison alternative afin de réaliser un isolement galvanique ou une adaptation des niveaux de tension et de courant.
La conversion à liaison intermédiaire alternative est aujourd'hui utilisée dans de nombreux domaines tels que le médical (alimentations haute tension pour tubes à rayon X), les systèmes embarqués (convertisseurs isolés compacts), les alimentations de laboratoire (alimentations de précision à faible taux de distorsion)…
Dans l'introduction, nous avons présenté plusieurs variantes topologiques de liaisons alternatives. Toutefois, dans un souci de concision, nous choisissons de limiter ce paragraphe à la présentation des deux structures de conversion qui sont les plus utilisées :
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la conversion tension-courant avec liaison alternative directe ;
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la conversion tension-tension avec liaison alternative en courant.
Sur les schémas de principe des figures 18 et 19, la liaison alternative est supposée bifilaire. Bien que cela soit envisageable sur le principe, le cas des liens alternatifs polyphasés n'est pas ici développé.
Sur les figures 18 et 19, les sources de tension sont supposées unidirectionnelles en tension et réversibles en courant, tandis que la source de courant de la figure 18 est supposée unidirectionnelle en courant et réversible en tension.
Afin d'isoler les sources d'entrée et de sortie ou bien d'adapter les niveaux de tension et de courant en entrée et en sortie, les liens alternatifs peuvent inclure un transformateur, conformément à la figure 20.
3.1 Conversion tension-courant à liaison alternative directe
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - KREUSEL (J.) - The...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
PSIM Software http://www.psim-europe.com
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ABB Review http://www.abb.com/review
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European Power Electronics Association http://www.epe-association.org/epe/index.php
Power Conversion and Intelligent Motion Conference http://www.mesago.de/en/PCIM/home.htm
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Laboratoire Plasma et Conversion d'Énergie http://www.laplace.univ-tlse.fr
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