Le thyristor est un composant à conduction mono-directionnelle commandée. Il est utilisé dans les applications de puissance.

Le terme thyristor est la contraction de THYRatron et de transISTOR. Le thyristor est un composant commandé à la fermeture, mais pas à l’ouverture. Il est réversible en tension et supporte des tensions VAK aussi bien positives que négatives lorsqu’il est bloqué.

Il n’est pas réversible en courant et ne permet que des courants IAK positifs, c’est-à-dire dans le sens anode cathode, à l’état passant.

I- Constitution et fonctionnement d’un thyristor

Le thyristor est un semi-conducteur constitué d’un sandwich de quatre couches de silicium, alternativement P et N. Il existe en modèles de faible, moyenne ou forte puissance.

Le thyristor ne conduit que lorsqu’il est “amorcé”. L’amorçage, par le courant de gâchette, peut se faire en courant continu. Il suffit de fermer l’interrupteur de commande pendant un court instant pour obtenir un courant de gâchette de faible valeur. A partir de ce moment le thyristor s’amorce (on dit en anglais qu’il est on state) et reste amorcé, même après ouverture de l’interrupteur. Dans la pratique, l’interrupteur est souvent un générateur d’impulsions.

On désamorce le thyristor en faisant chuter la tension anode-cathode : dès que le courant descend en dessous du courant de maintien, le thyristor ne conduit plus (on dit en anglais qu’il est off state)

Caractéristique d’un thyristor. Pour le rendre conducteur (on state), on doit d’abord lui injecter un courant de, gâchette suffisant. Ensuite, tant que le courant dans la charge reste supérieur à IL (L pour latch, verrou), et, même en l’absence de courant de gâchette, le thyristor continue de conduire. Pour le bloquer, le courant dans, la charge doit descendre sous une valeur IH (H pour hold, maintien) pendant un temps suffisant. Comparez la caractéristique du thyristor avec celle d’une diode.

Exemple :

Si on ferme l’interrupteur K1, il ne se passe rien ! Pour amorcer le thyristor, il faut envoyer une impulsion de courant dans la gâchette du thyristor en fermant l’interrupteur K2 (K1 restant fermé): la lampe L s’allume.

Si maintenant on ouvre K2, la lampe continue de briller. Pour l’éteindre, c’est-à-dire bloquer la conduction, il faut ouvrir K1 de manière à faire chuter la d.d.p. anode-cathode à une valeur nulle ou presque.

A noter que si on inverse les polarités de l’alimentation (BA), le thyristor ne s’amorcera pas: il est en effet polarisé, comme une diode.

Le thyristor est utilisé en continu ou en alternatif dans les circuits électroniques et électrotechniques de puissance. On y a recours notamment pour faire varier la vitesse des moteurs à courant continu (par exemple, sur certaines locomotives)

II- Contrôle d’un thyristor au multimètre

Entre Gâchette et Cathode, on retrouve une diode, donc le contrôle s’effectue comme pour une diode.

II-1 Le multimètre est en position diodemètre.

• Sens direct : on lit la tension directe de la diode GK.
• Sens inverse : on lit un dépassement de calibre de voltmètre

Entre Anode et Cathode, on vérifie qu’un court-circuit n’est pas installé entre ces deux électrodes. Une au moins des diodes est bloquée. La mesure à l’ohmètre doit donner une résistance infinie quel que soit le sens de connexion.

II-1 Le multimètre est en position ohmètre.

La mesure à l’ohmètre doit donner une résistance infinie quel que soit le sens de connexion.

III- Commande de la gâchette

III-1 Commande en continu

Pour un amorçage certain, il faut respecter :

Remarque : La puissance dissipée après amorçage dans le circuit de gâchette est perdue puisque ce circuit n’a plus de rôle.

III-2 Commande en alternatif

Le thyristor s’amorce lorsque : VG = VT = RG max × IGT + VGT

Remarque : La puissance dissipée après amorçage dans le circuit de gâchette est perdue puisque ce circuit n’a plus de rôle.

Pour éviter cette perte de puissance, on peut modifier le montage comme suit :

Le thyristor s’amorce lorsque

VG = VT = RG max × IGT + VGT

III-3 Commande par impulsion

iG >> IGT durant toute la période d’amorçage.( i < I H )

IV- Protection du thyristor

• Le condensateur C conduit en cas de surtension aux bornes du thyristor.(dt du i C C C = × )
• La résistance R limite le courant à la mise en conduction du thyristor.

V- Données constructeur

ITAV = courant moyen (AVerage)

ITRMS= courant efficace (Root Mean Square)

ITSM = courant accidentel maximal (Surge Maximal)

VDWM = tension directe continue maximale non amorcé (à I ; Direct Work G = 0 Maximal)

VDRM = tension directe répétitive maximale non amorcé (à I ; Direct Repetitive G = 0 Maximal)

IGT = courant de gâchette d’amorçage certain

VGT = tension de gâchette d’amorçage certain

diT/dt = croissance maximale de courant (sinon destruction par effet Joule)

dvD/dt = croissance maximale de la tension VAK non amorcé (sinon autoamorçage dû à la capacité parasite).

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Electronique de puissance – cours – TD et Exercices corrigés

L’électronique de puissance est une branche de l’électronique qui a pour objet la conversion statique de l’énergie électrique.

La conversion statique est réalisée par des convertisseurs statiques qui transforment l’énergie électrique disponible en une forme adaptée à l’alimentation d’une charge bien déterminée.

Avantages des convertisseurs

• bon rendement
• Taille et masse réduites
• Fonctionnement silencieux

Les principales applications

• cas d’urgence (hôpitaux, salle informatique)
• photo volumique
• gestion, transport et distribution d’EE
• commande de machine électrique (variateur de vitesse)
• applications domestiques et industrielles

Différents types de convertisseurs statiques

Selon le réseau disponible et le besoin de la charge, on distingue différents type de convertisseurs :

• convertisseur alternatif → continu : redresseur
• convertisseur continu → alternatif : onduleur
• convertisseur continu → contenu : hacheur
• convertisseur alternatif → alternatif (à fréquence fixe) gradateur
• convertisseur alternatif (f1) → alternatif (f2) cyclo convertisseur
• le redresseur convertit l’énergie alternative disponible en énergie continue.

Selon les besoins de la charge, la tension ou le courant de sortie peuvent être réglables ou constants.

Le hacheur adopte le niveau d’énergie entre un réseau et une charge de même type continu.

L’onduleur convertit les grandeurs d’un réseau continu en grandeurs alternatives.

Dans le cas où la charge et le réseau sont alternatifs, on a affaire à un gradateur.

Définitions

Diode de puissance

 C’est un interrupteur unidirectionnel en courant non commandable ni à la fermeture ni à l’ouverture : Blocage et amorçage naturel.

 Une diode se comporte comme un interrupteur parfait dont les commutations sont exclusivement spontanées :

• il est fermé tant que le courant qui le traverse est positif.
• il est ouvert tant que la tension à ses bornes est négative.

Thyristor 

C’est un interrupteur unidirectionnel en courant commandable à la fermeture :

• VAK> 0 et pas d’impulsion sur la gâchette : thyristor bloqué (thyristor amorçable)
• VAK > 0 et on applique un courant de gâchette iG positif de valeur suffisante : thyristor passant (thyristor amorcé)
• Une fois il est passant, le thyristor ne s’ouvre que lorsque le courant qui le traverse s’annule.
• Le thyristor est bloqué et VAK < 0 et on applique une impulsion de commande : thyristor reste bloqué.

Transistor bipolaire de puissance

En électronique de puissance, les transistors fonctionnent en régime de commutation tandis que le fonctionnement linéaire est plutôt utilisé en amplification de signaux.

Le transistor bipolaire joue le rôle d’interrupteur unidirectionnel en courant et tension commandable à la fermeture et à l’ouverture par le biais du courant de base iB :

• Transistor bloqué : état obtenu en annulant le courant de base iB( 𝑖𝐵 = 0) ce qui induit un courant de collecteur nul( 𝑖𝑐 = 0 ) et une tension VCE non fixée. L’équivalent est un commutateur ouvert.
• Transistor saturé : ici, le courant iB est tel que le transistor impose une tension VCE nulle tandis que le courant ic atteint une valeur limite dite de saturation icsat. L’équivalent est un commutateur fermé.

Transistor MOSFET de puissance

Le transistor MOSFET est un interrupteur commandé à la fermeture et à l’ouverture par la tension VGS :

• VGS = 0 annule le courant iD ( 𝑖𝐷 = 0) : transistor bloqué
• VGS ≥ VGsat permet au courant iD de se croitre : transistor saturé

Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolor Transistor)

Le transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) est l’association d’un transistor bipolaire (collecteur et émetteur) et d’un transistor MOSFET. Il associe les performances en courant entre collecteur et émetteur (la faible chute de tension collecteur émetteur est de 0,1 V) et la commande en tension par sa grille qui nécessite un courant permanent quasiment nul. Il est commandé à la fermeture et à l’ouverture par la tension VGE.

Sommaire  du cours d’électronique de puissance

Chapitre 1 : introduction à l’électronique de puissance

I- Introduction :

II- Différents types de convertisseurs statiques

III- Composants de l’électronique de puissance :

1. Diode de puissance

2. Thyristor

3. Transistor bipolaire de puissance

4. Transistor MOSFET de puissance

5. Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolor Transistor)

6. GTO (Turn off Gate Thyristor )

7. Comparaison des interrupteurs

IV- Sources et règles de connexion :

Chapitre 2 : Circuits d’aide à la commutation

I- Introduction

II- Exemple d’étude : commutation sur charge inductive

III- Commutation à la fermeture

IV- Commutation à l’ouverture :

V- Commutation à l’ouverture et à la fermeture

Chapitre 3 : Redressement non commandé

I- Introduction :

II- Redressement mono-alternance :

1. Redressement mono-alternance sur charge résistive :

2. Redressement mono-alternance sur charge inductive

II- Redressement double alternance montage PD2 :

1. PD2 sur charge résistive

2. PD2 sur charge inductive

3. PD2 sur charge R-E

4. PD2 sur charge R-L-E

III- Redressement triphasé : PD3 sur charge R-L-E

1. Analyse de fonctionnement

2. Chronogrammes

TD REDRESSEMENT NON COMMANDE

Chapitre 4 : Redressement commandé

I- Introduction :

II- Principe de fonctionnement : redressement mono-alternance

III- Redressement commandé double-alternance :

1. PD2 sur charge résistive

2. Redressement commandé double alternance : PD2 sur charge inductive R-L

3. Montage PD2 mixte sur charge inductive

IV- Redressement triphasé commandé PD3 tout thyristor :

TD REDRESSEMENT COMMANDE

Chapitre 5 : LES GRADATEURS

I- Introduction :

II- Gradateur monophasé

1. Débit sur charge résistive

2. Débit sur charge inductive

III- Gradateur triphasé

1. Analyse de fonctionnement

2. Calcul de la valeur efficace de la tension de sortie Vs1

IV- Application des gradateurs

TD GRADATEURS

BIBLIGRAPHIE

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