Sciences de l'ingénieur · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Convertisseurs statiques

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Les convertisseurs statiques permettent de modifier la nature de l'énergie électrique (AC/DC, DC/AC, DC/DC, AC/AC) sans pièces mobiles.

Redresseurs (AC $\rightarrow$ DC) : Utilisent des diodes (non commandées) ou des thyristors (commandés).
- Pont de Graetz monophasé : $V_{moy} = \frac{2 \cdot V_{max}}{\pi} \cdot \cos(\alpha)$ (pour thyristors).
Hacheurs (DC $\rightarrow$ DC) : Utilisent des transistors (IGBT/MOSFET).
- Hacheur série (dévolteur) : $V_{moy} = \alpha \cdot E$ avec $\alpha = \frac{t_f}{T}$ .
Onduleurs (DC $\rightarrow$ AC) : Transforment une tension continue en tension alternative.
Gradateurs (AC $\rightarrow$ AC) : Modifient la valeur efficace de la tension alternative.

Méthodes à maîtriser

Calcul de la valeur moyenne : Toujours intégrer la tension sur une période $T$ : $V_{moy} = \frac{1}{T} \int_0^T v(t) dt$ .
Calcul du rapport cyclique : Identifier la durée de conduction $t_f$ et la période $T$ sur un chronogramme.
Analyse des composants : Savoir identifier l'état (bloqué/passant) d'une diode ou d'un transistor selon la tension à ses bornes.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Hacheur série, $E = 24V$ , $\alpha = 0,4$ . $V_{moy} = 0,4 \times 24 = 9,6 V$ . Exemple 2 : Pont de diodes monophasé, $u(t) = 230\sqrt{2} \sin(\omega t)$ . $V_{moy} = \frac{2 \cdot 230\sqrt{2}}{\pi} \approx 207 V$ .

Erreurs fréquentes

Oublier le facteur $\sqrt{2}$ lors du passage de la valeur efficace à la valeur maximale.
Confondre la période $T$ et la fréquence $f$ ( $T = 1/f$ ).
Ne pas vérifier si le pont est à diodes (non commandé, $\alpha=0$ ) ou à thyristors.

L'essentiel du cours

Les convertisseurs statiques permettent de modifier la nature de l'énergie électrique (AC/DC, DC/AC, DC/DC, AC/AC) sans pièces mobiles.

Redresseurs (AC $\rightarrow$ DC) : Utilisent des diodes (non commandées) ou des thyristors (commandés).
- Pont de Graetz monophasé : $V_{moy} = \frac{2 \cdot V_{max}}{\pi} \cdot \cos(\alpha)$ (pour thyristors).
Hacheurs (DC $\rightarrow$ DC) : Utilisent des transistors (IGBT/MOSFET).
- Hacheur série (dévolteur) : $V_{moy} = \alpha \cdot E$ avec $\alpha = \frac{t_f}{T}$.
Onduleurs (DC $\rightarrow$ AC) : Transforment une tension continue en tension alternative.
Gradateurs (AC $\rightarrow$ AC) : Modifient la valeur efficace de la tension alternative.

Méthodes à maîtriser

Calcul de la valeur moyenne : Toujours intégrer la tension sur une période $T$ : $V_{moy} = \frac{1}{T} \int_0^T v(t) dt$.
Calcul du rapport cyclique : Identifier la durée de conduction $t_f$ et la période $T$ sur un chronogramme.
Analyse des composants : Savoir identifier l'état (bloqué/passant) d'une diode ou d'un transistor selon la tension à ses bornes.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Hacheur série, $E = 24V$, $\alpha = 0,4$. $V_{moy} = 0,4 \times 24 = 9,6 V$. Exemple 2 : Pont de diodes monophasé, $u(t) = 230\sqrt{2} \sin(\omega t)$. $V_{moy} = \frac{2 \cdot 230\sqrt{2}}{\pi} \approx 207 V$.

Erreurs fréquentes

Oublier le facteur $\sqrt{2}$ lors du passage de la valeur efficace à la valeur maximale.
Confondre la période $T$ et la fréquence $f$ ($T = 1/f$).
Ne pas vérifier si le pont est à diodes (non commandé, $\alpha=0$) ou à thyristors.

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🎯 Convertisseurs statiques

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Dans un hacheur série, si $\alpha = 1$ , la tension de sortie est :

Dans un hacheur série, si $\alpha = 1$, la tension de sortie est :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre un hacheur et un redresseur ?

Le redresseur transforme l'alternatif (AC) en continu (DC).
Le hacheur transforme le continu (DC) en continu (DC) de valeur différente.

💡 À retenir : Le redresseur change la nature du courant, le hacheur ajuste sa valeur moyenne.

Kifach n7seb alpha ila 3touni ghir tf o T ?

Tu utilises la formule du rapport cyclique : $\alpha = \frac{t_f}{T}$ .
Assure-toi que $t_f$ et $T$ sont dans la même unité (généralement en secondes ou millisecondes).

💡 À retenir : $\alpha$ est sans unité et compris entre 0 et 1.

Tu utilises la formule du rapport cyclique : $\alpha = \frac{t_f}{T}$.
Assure-toi que $t_f$ et $T$ sont dans la même unité (généralement en secondes ou millisecondes).

💡 À retenir : $\alpha$ est sans unité et compris entre 0 et 1.

Pourquoi on utilise des diodes de roue libre dans les hacheurs ?

La charge (souvent un moteur) est inductive.
À l'ouverture du transistor, le courant ne peut pas s'annuler instantanément.
La diode permet de boucler le courant pour éviter les surtensions destructrices.

💡 À retenir : La diode de roue libre protège le transistor contre les forces électromotrices induites.

Est-ce que le pont de Graetz est toujours composé de 4 diodes ?

Oui, pour un pont monophasé classique.
Il peut aussi être mixte (2 diodes, 2 thyristors) ou tout thyristors (4 thyristors).

💡 À retenir : Le nombre de composants dépend du type de commande souhaité.

Chno hiya l'utilité dyal thyristor f l'examen ?

Le thyristor permet de commander la valeur moyenne de la tension de sortie.
En jouant sur l'angle de retard à l'amorçage $\alpha$ , on fait varier $V_{moy}$ .

💡 À retenir : Le thyristor est un interrupteur commandé à la fermeture.

Le thyristor permet de commander la valeur moyenne de la tension de sortie.
En jouant sur l'angle de retard à l'amorçage $\alpha$, on fait varier $V_{moy}$.

💡 À retenir : Le thyristor est un interrupteur commandé à la fermeture.

Kifach n3ref wach l'interrupteur khdam (passant) wla la ?

Pour une diode : elle est passante si $V_{anode} > V_{cathode}$ .
Pour un transistor : il est passant si le signal de commande est actif (état haut).

💡 À retenir : Analyse toujours le signe de la tension aux bornes du composant.

Pour une diode : elle est passante si $V_{anode} > V_{cathode}$.
Pour un transistor : il est passant si le signal de commande est actif (état haut).

💡 À retenir : Analyse toujours le signe de la tension aux bornes du composant.

C'est quoi la période T si on me donne la fréquence f = 50 Hz ?

La relation est $T = \frac{1}{f}$ .
$T = \frac{1}{50} = 0,02 s = 20 ms$ .

💡 À retenir : La période est l'inverse de la fréquence.

La relation est $T = \frac{1}{f}$.
$T = \frac{1}{50} = 0,02 s = 20 ms$.

💡 À retenir : La période est l'inverse de la fréquence.

Est-ce que la tension de sortie d'un redresseur est parfaitement continue ?

Non, elle est ondulée.
On utilise souvent un filtre (condensateur ou bobine) pour lisser la tension.

💡 À retenir : La sortie brute d'un redresseur est une tension redressée, pas une tension purement continue.

Comment calculer V{max} si on a la valeur efficace V{eff} ?

Utilise la relation : $V_{max} = V_{eff} \cdot \sqrt{2}$ .
Exemple : $230V \cdot 1,414 \approx 325V$ .

💡 À retenir : $V_{max}$ est toujours supérieure à $V_{eff}$ .

Utilise la relation : $V_{max} = V_{eff} \cdot \sqrt{2}$.
Exemple : $230V \cdot 1,414 \approx 325V$.

💡 À retenir : $V_{max}$ est toujours supérieure à $V_{eff}$.

Est-ce que le hacheur peut augmenter la tension ?

Le hacheur série (dévolteur) diminue la tension.
Il existe des hacheurs survolteurs (boost) qui augmentent la tension (à vérifier par le professeur si au programme).

💡 À retenir : En général, au bac, on étudie le hacheur dévolteur ( $V_{moy} < E$ ).

Le hacheur série (dévolteur) diminue la tension.
Il existe des hacheurs survolteurs (boost) qui augmentent la tension (à vérifier par le professeur si au programme).

💡 À retenir : En général, au bac, on étudie le hacheur dévolteur ($V_{moy} < E$).

C'est quoi un gradateur ?

C'est un convertisseur AC/AC.
Il permet de faire varier la valeur efficace de la tension alternative.

💡 À retenir : Utilisé pour le chauffage ou l'éclairage (variateur).

Est-ce que le courant dans la charge est toujours le même que dans le transistor ?

Dans un hacheur série, oui, quand le transistor est fermé.
Quand il est ouvert, le courant passe par la diode de roue libre.

💡 À retenir : Le courant total est la somme des courants des branches.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un hacheur série alimente un moteur à courant continu sous une tension $E = 200V$ . La fréquence de découpage est $f = 1 kHz$ . Le temps de conduction est $t_f = 0,4 ms$ . Calculer le rapport cyclique $\alpha$ et la tension moyenne $V_{moy}$ .

Exercice 1

Un hacheur série alimente un moteur à courant continu sous une tension $E = 200V$. La fréquence de découpage est $f = 1 kHz$. Le temps de conduction est $t_f = 0,4 ms$. Calculer le rapport cyclique $\alpha$ et la tension moyenne $V_{moy}$.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Un pont de Graetz monophasé à diodes est alimenté par une tension $u(t) = 230\sqrt{2} \sin(100\pi t)$ . Calculer la valeur moyenne de la tension de sortie $V_{moy}$ .

Exercice 2

Un pont de Graetz monophasé à diodes est alimenté par une tension $u(t) = 230\sqrt{2} \sin(100\pi t)$. Calculer la valeur moyenne de la tension de sortie $V_{moy}$.

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Exercice 3

Soit un hacheur série alimentant une charge résistive. Le transistor est commandé avec un rapport cyclique $\alpha = 0,75$ . La source est $E = 48V$ . Si on double la fréquence de découpage, que devient $V_{moy}$ ?

Exercice 3

Soit un hacheur série alimentant une charge résistive. Le transistor est commandé avec un rapport cyclique $\alpha = 0,75$. La source est $E = 48V$. Si on double la fréquence de découpage, que devient $V_{moy}$ ?

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