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1 - RÈGLES FONDAMENTALES D'ASSOCIATION

2 - CONVERSION À LIAISON INTERMÉDIAIRE EN CONTINU

3 - CONVERSION À LIAISON INTERMÉDIAIRE ALTERNATIVE

Article de référence | Réf : D3178 v1

Règles fondamentales d'association
Association de convertisseurs assurant une liaison énergétique

Auteur(s) : Henri FOCH, Philippe LADOUX, Hubert PIQUET

Date de publication : 10 nov. 2010

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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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ABSTRACT

Linking converters in power electronics allows for ensuring the exchange between two energy sources. The nature of sources (current, voltage or both) that defines the type of link between converters. For the design of this link, certain fundamental rules must be respected, such as the compatibility of sources and of the link for the whole frequency horizon. There are multiple combinations according to the nature and reversibility of the sources and the link. This article details the basic principles to be respected in order to ensure efficient links between converters. The two main cases of conversion with an intermediate link are also presented: direct and alternative.

Auteur(s)

  • Henri FOCH : Ancien professeur de l'Institut national polytechnique de Toulouse

  • Philippe LADOUX : Professeur de l'Institut national polytechnique de Toulouse - Laboratoire plasma et conversion d'énergie (LAPLACE)

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3178


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1. Règles fondamentales d'association

L'association de convertisseurs avec un étage de liaison intermédiaire est utilisée pour assurer l'échange d'énergie entre des sources S1 et S2.

Le choix de la nature de la liaison, en courant, en tension ou mixte, est directement lié à la nature des sources S1 et S2 et doit donc respecter les règles énoncées suivantes :

  • les propriétés de réversibilités des sources et de la liaison induisent le choix des caractéristiques statiques des interrupteurs mis en jeu dans les convertisseurs CS1 et CS2 ;

  • la compatibilité des sources et de la liaison doit être assurée sur tout l'horizon fréquentiel et nécessite, dans certains cas, la mise en place de boucles de régulation pour contrôler les grandeurs tension ou courant dans le domaine des basses fréquences ou du continu.

La figure 1 présente des exemples de liaisons intermédiaires. En fonction de la nature de la liaison, les propriétés suivantes peuvent être énoncées :

  • si l'étage de liaison inclut des éléments de stockage d'énergie, il n'y a pas de connexion directe et donc d'interaction entre les sources S1 et S2 qui sont alors découplées ;

  • si l'étage de liaison est direct (sans éléments de stockage d'énergie), les sources S1 et S2 ne sont plus découplées. Celles-ci sont donc obligatoirement de natures différentes, l'une impose le courant, l'autre la tension. La mise en cascade permet alors de créer une liaison dont les amplitudes de tension et de courant sont imposées par les sources S1 et S2 mais à la fréquence de commutation des interrupteurs ;

  • un étage de liaison alternatif peut procurer naturellement des conditions de commutation douce aux interrupteurs des convertisseurs CS1 et CS2. Cela permet de réduire les pertes et/ou d'augmenter la fréquence de commutation. De plus, ce même étage peut naturellement inclure un transformateur (isolement galvanique, adaptation de niveau de tension et de courant) dont la masse et le volume dépendent directement de la fréquence de commutation ;

  • un étage de liaison alternatif incluant des éléments de stockage d'énergie présente une impédance variable en fonction de la fréquence. Cette propriété peut être exploitée pour obtenir un convertisseur avec des caractéristiques de sortie non linéaire.

Suivant la nature et les réversibilités...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ARRILLAGA (J.) -   High voltage direct current transmission.  -  2nd Edition, IEE Power and Energy Series, ISBN 0 85296 941 4.

  • (2) - WU (B.) -   High power converters and AC drives.  -  IEEE Press, Wiley Interscience, ISBN 978 0 471 73171-9.

  • (3) - CHÉRON (Y.) -   La commutation douce dans la conversion statique de l'énergie électrique.  -  Édition Lavoisier, Tec. & Doc., avr. 1989.

  • (4) - ITURRIZ (F.) -   Convertisseurs de forte puissance en commutation douce – Association de structures tout silicium à mécanisme de commutation duaux.  -  Thèse de doctorat de l'INPT, soutenue le 14 mai 1998.

  • (5) - JACOBSON (B.), JEROENSE (M.) -   Toute la lumière sur HVDC light – 1 100 MW au compteur !  -  Revue ABB, ISSN 1013-3127, mars 2009.

  • (6) - KREUSEL (J.) -   The...

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