Soutenance mémoire
Depuis la découverte et la mise en œuvre des semi-conducteurs tels que les diodes et les transistors, l’électronique industrielle ne cesse de progresser, et on peut même dire qu’elle a pris l’ampleur. Cette ampleur a été plus approfondit ensuite par la miniaturisation des différents composants électroniques. Une des parties importantes de l’électronique industrielle qui s’intéresse aux domaines des grandes puissances est appelée « électronique de puissance» L’électronique de puissance, ou plus correctement « électronique de conversion d’énergie » a moins de 50 ans. Elle a connu un tel essor qu’aujourd’hui près de 15 % de l’énergie électrique produite est convertie sous une forme ou une autre. Au cours de ces années, la taille, le poids et le coût des convertisseurs n’ont fait que diminuer, en grande partie grâce aux progrès faits dans le domaine des interrupteurs électroniques. C’est une électronique de commutation : elle tire parti du fait qu’un interrupteur parfait fermé (résistance nulle, tension aux bornes nulle) ou ouvert (résistance infinie, courant traversant nul) ne dissipe aucune énergie, donc ne présente aucune perte. Lorsqu’il est associé à des éléments de filtrage passifs et purement réactifs (c’est-à-dire sans aucune résistance interne), il permet théoriquement de modifier la tension et/ou le courant sans perte, donc de réaliser une conversion de tension ou de courant en conservant l’énergie. Ce but est atteint en découpant la tension et/ou le courant à très haute fréquence (par rapport à la fréquence d’entrée ou de sortie du convertisseur) et en lissant le résultat obtenu pour en extraire la valeur moyenne. En pratique, on doit s’attendre à des pertes de l’ordre de 2 à 10 % dues à l’imperfection des éléments physiques qui le constituent. Ces pertes raisonnables justifient l’essor de ce type d’électronique dans les systèmes à haute puissance, puisqu’elles permettent une évacuation de la chaleur générée sans recourir à des moyens extrêmes et coûteux. Progressivement, l’électronique de puissance s’est imposée dans tous les domaines où les pertes doivent rester faibles pour limiter l’échauffement, comme dans les ordinateurs, et où le rendement doit être élevé pour préserver la source d’énergie, comme dans les systèmes alimentés par batteries (GSM, GPS, ordinateurs portables…).
De nos jours, les énergies renouvelables occupent une place beaucoup plus grande. Une forme d’énergie qui est de plus en plus utilisée et pour cause, cette source d’énergie est disponible presque partout. L’énergie produite sous forme continue, doit être ondulée pour pouvoir alimenter des charges alternatives ou l’injecter au réseau de distribution alternatif.
Généralités sur les onduleurs
L’énergie électrique utilisée dans l’industrie et chez les particuliers provient principalement du réseau triphasé (excepte les piles, les batteries…) et les dispositifs utilisant cette énergie ne fonctionnement que très rarement sous formes d’ondes sinusoïdales à fréquence 50 Hz. Dans un système photovoltaïque relié au réseau, l’onduleur constitue véritablement le cœur et l’élément principal. C’est lui qui convertit le courant continu en courant alternatif, assure en même temps un point de fonctionnement optimal au champ de modules et constitue une interface totalement compatible avec le réseau électrique public. L’onduleur assume une fonction de liaison directe avec le réseau électrique, il doit donc répondre à des impératifs concernant la qualité du courant (tension, fréquence, phasage), la sécurité (risque de production sur le réseau lorsque ce dernier est coupé) et la fiabilité (les performances ne doivent pas diminuer dans le temps).
Convertisseurs statiques
Un convertisseur statique est un système permettant d’adapter la source d’énergie électrique à un récepteur donné en la convertissant. Les premiers convertisseurs de puissance électrique ont été réalisés avec des machines électriques couplées mécaniquement. Avec l’apparition des semi-conducteurs et de l’électronique de puissance leurs réalisation est faite avec les diodes, les transistors, les thyristors etc…. Les systèmes de conversion deviennent de plus en plus élaborés et ne nécessitent plus de machines tournantes.
Convertisseur alternatif continu
Un redresseur, également appelé convertisseur alternatif-continu, est un convertisseur destiné à alimenter une charge qui nécessite de l’être par une tension ou un courant continu à partir d’une source alternative. Ces convertisseurs sont non réversibles et transfèrent l’énergie de la source alternative vers la charge continue uniquement. Ils sont dans la majorité des cas constitués essentiellement de diodes seuls ou avec des thyristors. Ces derniers sont alors qualifiés de structure mixte .
Convertisseur alternatif-alternatif « gradateur »
Un gradateur est un appareil électrique destiné à faire varier la puissance délivrée à un autre appareil utile, souvent un éclairage (projecteurs de scène, par exemple). C’est donc un dispositif de l’électronique de puissance, qui fonctionne en faisant varier la tension et l’intensité de sortie, ce qui modifie ainsi la puissance dans l’appareil utile, nommé la charge. Le gradateur diminue la puissance délivrée à la charge, en comparaison avec un circuit sans gradateur. Ce dispositif est utilisé sur des tensions alternatives (souvent sinusoïdales) : c’est un convertisseur direct alternatif-alternatif .
Principe de fonctionnement d’un onduleur photovoltaïque
La fonction de l’onduleur photovoltaïque (PV) est de convertir la puissance électrique générée par le champ photovoltaïque en une puissance électrique alternative compatible avec le réseau électrique. Pour cela, le premier système du circuit électronique doit faire la recherche du point de fonctionnement ou la puissance est aux maximum sur tous les points possibles de fonctionnement (en courant et tension continu) en sortie du champ photovoltaïque pour créer une tension continue intermédiaire, ce système de recherche du point optimum de fonctionnement est appelé : système MPPT (Maximum Power Point Tracking). Puis un deuxième système électronique appelé l’onduleur convertit la tension continue intermédiaire en tension alternative compatible en tension et en phase avec celle du réseau électrique. L’électronique de l’onduleur photovoltaïque doit aussi prendre en compte les normes de sécurité en vigueurs, tel que le découplage du réseau électrique en cas d’absence momentanée de celui-ci ou encore éviter l’émission d’harmoniques sur le réseau pouvant perturber le fonctionnement d’appareils électriques sensibles. Une partie du suivi du bon fonctionnement de l’installation photovoltaïque peut aussi être assuré par l’onduleur en enregistrant ou en transmettant sur un serveur les informations du fonctionnement.
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Table des matières
Introduction Général
Chapitre I : Généralités sur les onduleurs
I.1 Introduction
I.2 Convertisseurs statiques
I.2.1 Convertisseur alternatif continu
I.2.2 Convertisseur continu-continu « hacheur »
I.2.3 Convertisseur alternatif-alternatif « gradateur »
I.2.4 Conversion continu-alternatif « onduleur »
I.3 Principe de fonctionnement d’un onduleur photovoltaïque
I.3.1 Caractéristiques électriques d’un onduleur photovoltaïque
I.4 Classification des onduleurs photovoltaïques
I.4.1 Onduleurs non autonomes (raccordés aux réseaux)
I.4.2 Onduleurs autonomes (non raccordé au réseau électrique)
I.4.3 Onduleur en demi-pont (deux interrupteurs)
I.4.3 .a)- Schéma de principe
I.4.3 .b)- Principe de fonctionnement
I.4.4 Onduleur en pont (quatre interrupteurs)
I.4.4 .a)- Schéma de principe
I.4.4 .b)- Principe de fonctionnement
I.4.5 Onduleur avec transformateur à point milieux ou onduleur PUSH-PULL
I.4.5.a)- Schéma de principe
I.4.5.b)- Principe de fonctionnement
I.4.5.c)-la commande MLI
I.4.6 Critères de différenciation entre les trois types d’onduleurs de tension
I.5 Micros onduleurs photovoltaïques
I.5.1 Critères de sélection d’un bon onduleur
I.6 Conclusion
Chapitre II : Onduleur à transformateur à point milieu et ses éléments constitutifs
II.1 Introduction
II.2 Etudes des différents éléments constitutifs de l’onduleur push-pull
II.2.1 : Etude et principe de fonctionnement de l’oscillateur astable
II.2.1.a)- Définition
II.2.1.b)- Oscillateur réalisé avec le circuit intégré NE555
II.2.2 Etude et principe du fonctionnement du circuit amplificateur
II.2.2.a)- Les transistors bipolaires
II.2.2.b)- Les transistors à effet de champ
II.2.3 Le transformateur
II.2.3.a)- Constitution d’un transformateur
II.2.3.b)- Principe de fonctionnement d’un transformateur à point milieu
II.3 Conclusion
Chapitre III : Réalisation du mini onduleur à transformateur à point milieu
III.1 Introduction
III.2 Simulation
III.2.1 Présentation du logiciel Proteus
III.2.2 Logiciel ISIS
III.2.3 Logiciel ARES
III.2.4 Présentation du système global
III.2.5 Schéma électrique du mini onduleur monophasé
III.3 Réalisation du circuit
III.4 Test du mini onduleur réalisé
III.4 Conclusion
Conclusion générale
Références
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