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Électronique De Puissance

Électronique de puissance

L'électronique de puissance est l'une des branches de l'électrotechnique, elle concerne l'étude des dispositifs (les convertisseurs) permettant de changer la forme de l'énergie électrique. Elle comprend l'étude :
- des composants électroniques utilisés en forte puissance
- des structures des convertisseurs
- de la commande de ces convertisseurs
- des applications industrielles de ces convertisseurs

Généralités

L'électronique de puissance, que l'on devrait d'ailleurs nommer « 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 fait dans le domaine des interrupteurs électroniques. Rappelons qu'un convertisseur de puissance de rendement unitaire (sans pertes) ne peut être constitué que d'interrupteurs idéaux et de dipôles purement réactifs : condensateurs et inductances. Les dipôles réactifs sont des éléments de stockage d'énergie dont la taille (et donc le coût) est inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement. En plus des applications traditionnelles de l'électronique de puissance comme la traction électrique et les entraînements industriels, il est apparu de nouveaux domaines d'application :
- La gestion du réseau de distribution :
- FACTS : Systèmes de Transmission Flexible en Courant Alternatif.
- Filtrage actif et amélioration du facteur de puissance
- HVDC : Transmission en courant continu THT
- L'électroménager :
- variateurs divers,
- alimentations à découpage,
- plaques de cuisson à induction.
- Les appareils portables (caméscopes, ordinateurs, etc.) :
- chargeurs d'accumulateur intelligents
- conversion CC/CC TBT
- L'automobile : très forte augmentation de l'utilisation de l'énergie électrique dans les automobiles actuelles et des perspectives : il y aura un très gros marché au moment du passage prévu, (mais retardé ?) en 42 V, véhicules mixtes, ...

Les interrupteurs

center

Historique

C'est dans le domaine du redressement de forte puissance que se développent les premiers convertisseurs statiques destinés à remplacer les convertisseurs électromécaniques. Dans les années 1950, pour la traction électrique, on s'oriente vers la solution - transport en alternatif + motorisation en continu. Les convertisseurs statiques nécessaires sont réalisés à l'aide de redresseurs à vapeur de mercure (ignitrons) ayant la même fonctionnalité que les thyristors.
- Les premières diodes de puissance au silicium apparaissent en 1956 et les thyristors en 1961. Dans les années 70, thyristors et diodes sont utilisés dans des dispositifs autocommutés comme les hacheurs et les onduleurs, les années qui suivent voient le développement de transistors bipolaires de puissance qui favorise le développement d'une électronique de conversion de faible et moyenne puissance.
- Au début des années 80, les dispositifs à transistors poussent les dispositifs à thyristors vers des puissances accrues : vers 90, les GTO ne sont plus utilisés qu'en très forte puissance ( > 1 MW) ou pour des tensions supérieures à 2kV.
- L'IGBT apparaît en 1985, d'abord dans le domaine des moyennes puissances (quelques dizaines de kW), il supplante les transistors Darlington. Il devient dans les 10 ans qui suivent un composant utilisable en forte puissance.

- L'avènement du thyristor IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) vers 1997 dans le domaine des tensions supérieures à 6 kV risque d'entraîner à moyen terme la disparition du thyristor GTO.
- Dans le domaine des faibles puissances, du fait de sa rapidité et de la simplicité de sa commande, le transistor MOSFET de puissance supplante le transistor bipolaire. Grâce aux techniques d'intégration planar et l'essor du marché du portable (téléphone, ordinateur, lecteur CD etc.) nécessitant une électronique de conversion efficace et miniaturisée, il supplante même les diodes dans des applications comme le redressement (redresseur synchrone).
- Les composants à base de carbure de silicium (SiC) apparaissent en 2002. Ceux à base de diamant sont encore à l'étude en 2004. Leurs fortes énergies d'ionisation permettent un blocage de tension plus élevée et/ou des fonctionnements à haute température.

Les diodes

Elles sont équivalentes à un clapet dans une installation hydraulique.
Les deux paramètres importants à prendre en compte sont :
- la tension maximale de blocage du composant, c’est-à-dire la tension au-delà de laquelle se produit le claquage et donc la destruction de la diode.
- L'intensité maximale du courant qui peut la traverser. Les trois principaux défauts du composant sont :
- La tension de seuil V_S
- La résistance dynamiques R_D
- La capacité parasite C. Actuellement les diodes se déclinent en plusieurs catégories :
- Les diodes silicium de puissance de résistance dynamique R_D faible Elles sont utilisées dans le domaine des convertisseurs de forte puissance comme les onduleurs de traction. Elles sont réalisées en boîtier encapsulé.La jonction qui les constitue est de type PIN (P - Intrinsèque - N), ou PN-N+. L'introduction d'une zone très faiblement dopée permet d'obtenir une tension de blocage élevée.
- Les diodes rapides de capacité parasite C faible Elles ont des temps de recouvrement de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes.
- Les diodes Schottky: tension de seuil V_S faible et C faible. Elles sont constituées d'une jonction métal - semi-conducteur. Par rapport au diode silicium, la tension de seuil est plus faible, mais la résistance est plus élevée (d'où une chute de tension qui dépend plus fortement du courant qui la traverse). Elles peuvent fonctionner à des fréquences très élevées mais la tension inverse maximale autorisée est plus faible. Pour toutes ces raisons, elles sont principalement utilisées dans les convertisseurs fonctionnant en TBT et à fréquence élevée : alimentations à découpage.
- Les diodes Schottky SiC : carbure de silicium Elles conjuguent C très faible et une tension de blocage plus élevée que les diodes Schottky classiques mais ces améliorations se font au détriment de l'augmentation de V_S

Les MOSFET de puissance

Ce sont des interrupteurs électroniques dont le blocage ou l'amorcage sont commandés par une tension (Ils se comportent comme des portes que l'on peut ouvrir ou fermer à volonté).Ce sont les plus utilisés dans le domaine des faibles et moyennes puissances (quelques kW).
Leur domaine d’utilisation est limité à quelques centaines de volts, excepté le domaine des fréquences élevées pour lesquelles le MOSFET surclasse tous les autres composants.
Leur principal défaut est qu'à l'état passant ils se comportent comme des résistances (R_DSon) de quelques dizaines de mΩ. Cette résistance est responsable des pertes en conduction. Le MOSFET peut aussi présenter des pertes de commutation lorsqu'il est utilisé comme interrupteur dans les alimentations à découpage. En effet, à chaque commutation, les capacités parasites présentes à ses bornes doivent être chargées ou déchargées entrainant des pertes en CV².

Les Transistors bipolaires de puissance

Par rapport aux transistors MOS de puissance, ils nécessitent une commande plus compliquée et ont des performances dynamiques plus médiocres. Toutefois ils sont thermiquement plus stables et surtout, du fait d’une commande en courant, ils sont moins sensibles aux perturbations électromagnétiques.

Les IGBT

Le transistor MOS est rapide et facile à commander, mais les transistors bipolaires ont une meilleure tenue en tension et présentent une chute de tension à l’état passant plus faible pour des courants élevés. La volonté de cumuler ces deux avantages a donné naissance à des composants hybrides nommés IGBT. Depuis les années 1990, ce sont les composants les plus utilisés pour réaliser des convertisseurs fonctionnant avec des tensions de quelques centaines de volts à quelques kV et avec des courants de quelques dizaines d'ampères à quelques kA.

Les thyristors

Composant fonctionnant grossièrement comme un clapet commandé par un « tire-suisse » :
- Pour qu'il devienne passant il faut l'amorcer : il faut maintenir le courant de gâchette jusqu'à ce que le courant principal atteigne le courant d’accrochage
- Au blocage il faut attendre une certaine durée le désamorçage (turn-off) pour que le thyristor puisse effectivement bloquer la tension inverse. Pour ces raisons le thyristor est réservé à des applications concernant les très fortes tensions (> kV) et les forts courants, où son coût inférieur compense ses limitations techniques. Par exemple les liaisons longues distances ou sous-marines par courant continu – haute tension (HVDC) sont presque toujours réalisées avec des thyristors. Exemple de valeurs : Thyristor 16 kV – 2 kA, fréquence 300 Hz.

Commutation dure et commutation douce

La montée en fréquence des convertisseurs statiques entraîne une augmentation des pertes par commutation dans les interrupteurs. Ces pertes peuvent être réduites, mais surtout délocalisées par l’adjonction de circuit d’aide à la commutation (CALC) sans modifier le principe de fonctionnement du convertisseur.
Une autre possibilité consiste à modifier la nature des interrupteurs pour qu’ils réalisent une commutation spontanée, dite aussi commutation douce car les pertes sont nulles, mais aussi celle des convertisseurs qui doivent alors créer les conditions de commutations. Ces convertisseurs sont dits convertisseurs (quasi) résonnants.
Deux types d’interrupteurs peuvent être utilisés, conduisant à deux types de commutations douces :
- Interrupteur à amorçage commandé et blocage spontané, comme le thyristor. Le blocage est alors réalisé au passage à zéro du courant, nommé ZCS (Zéro Current Switching) en anglais.
- Interrupteur à blocage commandé et amorçage spontané. Le blocage est alors réalisé au passage à zéro de la tension ou ZVS (Zéro Voltage Switching) en anglais
Pour parvenir au passage à zéro de l’une des grandeurs il est nécessaire d’ajouter un circuit oscillant dans le montage, d’où leurs noms de convertisseurs quasi résonants.

Quelques dispositifs

On distingue généralement quatre grandes fonctions des convertisseurs de l'électronique de puissance :
Conversion continu - continu, alternatif - continu, continu - alternatif et alternatif - alternatif. Mais en plus de ses dénominations purement fonctionnelles, des noms particuliers ont été donnés à certains convertisseurs. center
- Conversion continu - continu
- Hacheurs
- Convertisseurs à pompe de charge
- Conversion alternatif - continu
- Redresseurs
- Alimentations à découpage
- Conversion continu - alternatif
- Onduleurs
- Conversion alternatif - alternatif
- Gradateurs
- Alimentations sans interruption (ASI)
- Cycloconvertisseur
- ja:パワーエレクトロニクス

Électronique

__NOTOC__ =Introduction= L’électronique est une science appliquée, c'est aussi l’un des arts de l’ingénieur. En raison du succès des appareil fonctionnant grâce à l'électronique et de leur impact sur la vie courante, le grand publique confond souvent l’électronique avec la cybernétique, ou science des automatismes, aussi bien que l'informatique dans sa partie matériel (hardware).
- Cet article commence par décrire l’électronique comme une branche de la connaissance. Les contributeurs se sont attachés à donner des renseignements sur l’état actuel de l’électronique, ne s’intéressant à l’électronique qu’en tant que discipline scientifique. Ils en fournissent une description selon le schéma suivant : # Objet d’étude; # Structures de connaissance; # Méthodes.
- L’article se poursuit ensuite avec des informations et des descriptions d'ordres pratiques, renvoyant bien souvent le lecteur à des articles plus détaillés sur de tel ou tel domaine particulier. __TOC__ =1^ère Partie=

Définition

: L’électronique est une science technique ou science de l’ingénieur, qui étudie et conçoit les structures effectuant un traitement non linéaire des signaux électriques, c-à-d. courant électrique ou tension électrique, porteurs d’information ou d’énergie. Dans cette définition la notion de l’information est considérée dans le sens le plus large : elle désigne toute grandeur (physique, telle la température ou la vitesse, ou abstraite, tel un son, une image, un code) qui évolue en temps réel selon une loi inconnue à l’avance. Comme tous les automatismes, les systèmes électroniques bien conçus comportent deux parties :
- l’une, opérative, gère les signaux de puissance porteurs d'énergie (courants forts) ;
- l’autre, informationnelle, gère les signaux porteurs d’information (courants faibles). Dans les systèmes électroniques classiques traitant l’information, celle-ci est codée par les tensions et les courants électriques. Les applications de l’électronique peuvent être subdivisées selon la finalité de l’action qu’elles visent : le traitement de l’information à proprement parler ou la commande. Les premières englobent les domaines comme l’informatique, les télécommunications, les mesures (prélèvement et stockage de l’information), etc. Les applications de commande ont pour objet le contrôle du fonctionnement d’un système naturel ou technogène. Un contrôle implique généralement une mesure du paramètre contrôlé, sa comparaison avec le modèle et, en cas d’erreur, la génération d’une consigne de correction. Ainsi, un contrôle peut être vu comme une succession d’opérations de traitement du signal : ceci renvoie à la définition générale donnée plus haut.

Structure de la science : disciplines de l’électronique

L’électronique est une famille de disciplines se distinguant suivant le type de signal traité, la famille d’application ou encore le niveau hiérarchique qu’occupe l’élément étudié dans le système global.

Classement selon le type du signal traité

Signal informationnel analogique : électronique analogique

La discipline s’intéressant au traitement des signaux analogiques, c’est-à-dire évoluant d’une façon continue dans le temps et pouvant prendre des valeurs appartenant à un espace de valeurs continu s’appelle « électronique analogique ». La plupart des systèmes physiques le sont, car les grandeurs physiques évoluent le plus souvent d’une façon continue (par exemple, la température).

Signal informationnel numérique : électronique numérique

Par opposition, l’électronique numérique s’intéresse au traitement des signaux dont l’espace de valeurs est discret. Ainsi le nombre de valeurs que peuvent prendre ces signaux est limité. Celles-ci sont codées par des nombres binaires. Dans le cas le plus simple, un signal numérique ne peut prendre que deux valeurs : 1 et 0. L’électronique numérique est utilisée le plus souvent dans des systèmes contenant un microprocesseur ou un microcontrôleur. Par exemple, un ordinateur est un appareil constitué dans sa plus grande partie par de l’électronique numérique. A l’heure actuelle les circuits en électronique numérique sont en train de remplacer tous les circuits en électronique analogique. On peut observer ce changement directement en regardant les caméscopes ou les appareils photo numériques mais c’est vrai dans tous les domaines. Par contre, il ne faut pas oublier que comme les valeurs discrètes n’existent pas physiquement, des phénomènes d’électronique analogique peuvent survenir dans les circuits numériques, notamment dans les hautes fréquences. La fréquence (ou fréquence d’horloge), exprimée en Hertz (Hz) d’un circuit numérique représente le nombre de changements d’état possibles d’une valeur par seconde.

Électronique mixte

On parle également de l’électronique mixte, il s’agit alors d’un système dans lequel coexistent les signaux numériques et analogiques. Les modules particuliers à cette discipline sont le Convertisseur Numérique-Analogique (CNA) et le Convertisseur Analogique-Numérique (CAN). Ils permettent de transformer un signal analogique en signal numérique et vice versa, en réalisant ainsi une interface entre les modules purement analogiques et purement numériques. Par exemple, un thermomètre à affichage numérique prélève la température (qui est une grandeur analogique), mesure sa valeur, la code en une séquence numérique et puis l’affiche sur un écran. Ainsi, les deux premières opérations sont effectuées par des modules de l’électronique analogique, la troisième nécessite une conversion numérique-analogique et la dernière relève d’un traitement numérique.

Signal de puissance : électronique de puissance

L’électronique de puissance est l’ensemble des techniques qui s’intéressent à l’énergie contenue dans les signaux électriques, contrairement aux autres disciplines électroniques, qui elles s'intéressent principalement à l’information contenue dans ces signaux. La gamme de puissance traitée en électronique de puissance varie de quelques micro Watt à plusieurs Mégawatts. L’électronique de puissance repose sur des dispositifs permettant de changer la forme de l’énergie électrique, (convertisseurs) et des dispositifs transducteurs (le plus couramment des turbines et des moteurs électriques). L’électronique de puissance a comme champ d’application l’électrotechnique domestique et industrielle où elle remplace les anciennes solutions électromécaniques.

Classement suivant la hiérarchie de l’objet d’étude

D’une façon indépendante de l’application, certaines disciplines de l’électronique sont définies suivant la place qu’occupe l’objet de l’étude dans la hiérarchie d’un système électronique.

Physique des composants - technologies de l’électronique

Au niveau le plus bas se situe un composant, ou un dispositif électronique. La branche s’intéressant à la conception et à l’étude d’un composant électronique élémentaire s’appelle « physique des composants ». Elle est connexe au savoir-faire technologique, qui lui regroupe l’ensemble des connaissances et outils nécessaires pour fabriquer un composant. On parle ainsi de la « technologie de l’électronique ». Les domaines de la technologie et de la physique des composants électroniques font essentiellement appel aux compétences dans les sciences fondamentales, telles que la physique du solide et des procédés chimiques. Même si ces activités sont vitales pour l’électronique, elles ont peu à voir avec l’électronique en tant que génie du traitement du signal. On devrait plutôt les gérer comme une porte d’entrée du monde de la physique fondamentale vers la science appliquée qu’est l’électronique. Les composants de base de l’électronique sont les transistors, les résistances, les condensateurs, les diodes, etc.

Génie électronique : théorie et conception des circuits électroniques

Un circuit électronique est le principal objet d’étude de la science de l’électronique. Un circuit électronique est un système incluant plusieurs composants électroniques associés. Le mot circuit vient du fait que le traitement s’effectue grâce à des courants électriques circulant dans les composants interconnectés. La branche étudiant les propriétés des circuits électroniques s’appelle « théorie des circuits ». La discipline qui étudie la méthodologie permettant de réaliser une fonction de traitement particulière à base d’un circuit s’appelle « conception des circuits électroniques ». Les systèmes électroniques modernes comportent des centaines de millions de composants élémentaires. Pour cette raison le génie des circuits électroniques ne s’intéresse qu’à la réalisation de fonctions (ou modules) relativement simples, nécessitant quelques dizaines de composants.

Classement suivant la taille des circuits électroniques

Le classement précédent se recoupe avec un classement suivant la taille des circuits électroniques considérés.

Électronique des tubes à vide

Comme son nom l’indique, elle recourt à des tubes à vide, ou tubes électroniques comme composants actifs élémentaires (diodes à vide, triodes, tétrodes, pentodes...). Elle ne subsiste guère plus aujourd’hui que sous la forme des tubes cathodiques des récepteurs de télévision et de certains composants d’émetteurs radio de très forte puissance, et ces tubes-là sont d’ailleurs eux aussi en voie de disparition.

Électronique individuelle

Elle recourt à des composants élémentaires individuels ( non-intégrés) assemblés le plus souvent sur des cartes électroniques. Cette électronique n’est plus guère utilisée que pour des montages expérimentaux ou dans le cadre de l’électronique de loisir, car elle a été supplantée par la micro-électronique.

Micro-électronique

Ce vocable est né du processus de la miniaturisation des composants électroniques élémentaires. Cette miniaturisation a commencé dans les années cinquante avec la naissance des semi-conducteurs, elle a atteint une phase presque extrême aujourd’hui. En effet, depuis six décennies la taille des composants élémentaires n’a cessé de diminuer, pour atteindre des dimensions de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres. Ces progrès sont devenus possibles grâce aux avancées dans les procédés de traitement des matériaux semi-conducteurs, notamment du silicium, qui ont permis de réaliser plusieurs millions de composants élémentaires sur une surface de quelques millimètres carrés. Ainsi, la micro-électronique s’intéresse aux systèmes électroniques utilisant des composants de dimensions micrométriques et nanométriques. L’expression « électronique intégrée » est un synonyme de ce vocable : elle évoque une ensemble de composants « intégrés » sur une seule puce de semi-conducteur.

Nano-électronique et électronique moléculaire

Par ailleurs, en parlant des systèmes de l’électronique moderne, le préfixe « micro » commence à être obsolète, dans la mesure où l’on voit apparaître des composants dont la taille se mesure en nanomètres et parfois comparable à celle des molécules. On évoque ainsi la nano-électronique, les nanotechnologies et l’électronique moléculaire. Des avancées techniques récentes permettent même d’envisager la conception de composants basés sur la propriété des électrons et de leur spin : la spintronique.

Microsystèmes

Depuis quelques années, avec les progrès dans les micro- et nano-technologies, on observe une fusion des systèmes appartenant à différents domaines techniques (mécaniques, thermiques, optiques...) autour des circuits et systèmes électroniques. Ces fusions sont souvent appelées « systèmes à traitement de signal multi-domaine », ou « systèmes multi-domaines ». A l’origine de ces progrès sont les procédés d’usinage du silicium très évolués, qui permettent de réaliser des structures tridimensionnelles sur les mêmes cristaux de silicium avec les circuits électroniques. Cette proximité offre une interpénétration des traitements traditionnellement se déroulant dans des domaines différents, et une coexistence des signaux de différentes natures physiques (thermique, mécanique, optique...) dans un même système.

Systèmes microélectromécaniques

Ainsi, dans les années 1990 la véritable révolution technologique a eu lieu avec l’apparition des systèmes micro-électro-mécaniques (en anglais MEMS comme MicroElectroMechanical Systems). Il s’agit de mécanismes classiques tels que des résonateurs, poutres, micromoteurs etc. réalisés sur silicium à l’échelle micrométrique. Ces différents éléments mécaniques sont mis en mouvement (actionnés) grâce aux forces générées par des transducteurs électromécaniques. Ceux-ci sont alimentés par des tensions produites avec des circuits électroniques avoisinants. Les transducteurs électromécaniques jouent alors le rôle de l’interface entre les domaines mécanique et électrique. Les transducteurs électrostatiques ou capacitifs y sont utilisés le plus souvent, bien que l’on puisse rencontrer des interfaces électromécaniques basées sur des phénomènes magnétiques et thermomécaniques. =2^eme Partie=

Historique rapide

Depuis le début du 19 siècle, au fur et à mesure des découvertes des possibilités de l’électricité, les composants et applications électroniques ont vu le jour, (parfois sans possibilité d’application immédiate ou de fabrication industrielle, ces découvertes ne seront utilisées que plus tard). Sans électronique et bien évidemment l’alimentation en électricité indispensable à son fonctionnement, la vie dans notre société moderne serait bien différente. Voir aussi les composants électroniques en général.

Base théorique

Un composant est un élément permettant de construire un circuit électrique où circule un courant électrique.

Composants passifs

- Un composant est dit passif quand il obéit à la Loi D'ohm généralisée, c’est-à-dire quand la tension U aux bornes du composant varie linéairement avec l’intensité I du courant qui y circule, ou que : :

U = Z.I + U_0 \,

- Ils n'ont pas pour fonction de modifier la nature du courant électrique qui les traverssent.
- Les composant dits passifs (résistance, condensateur, bobine, connecteur) ont vu leurs techniques de fabrication évoluer très sensiblement, suivant de près les améliorations technologiques.
- Par contre leur principe fondamentaux n’ont jamais été remis en question.

Composants actifs

- Un composant est dit actif lorsque celui-ci a pour but de modifier le ou les courants qui le traverse. Par exemple, les diodes, triode, les transistors, les thyristors, etc. sont des composants actifs.
- Au début, les composants actifs comprenaient uniquement des tubes électroniques.
- Depuis avec l'utilisation des semi-conducteur et entre autres l’invention du transistor en 1948, l’électronique grand public a envahie nos maisons, nos automobiles, le téléphone et toutes les machines de la vie courante.
- Les circuits intégrés, évolution intégré du transistor, gagnent de jour en jour en densité. Ceux-ci ont favorisé l’explosion de l’électronique moderne: analogique et surtout numérique.
- L’ère des micro-ordinateurs a pu voir le jour grâce aux avancées de l’électronique numérique.
- Lors des deux dernières décennies du , l’électronique a été associée aux possibilités de la lumière et de l’optique (laser et fibre optique) : l’Opto-électronique, pour fabriquer de nouvelles générations de machines électroniques.

Articles décrivant l’électronique

externe

- [http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/opto.htm Optoélectronique]

Métiers de l’électronique

- Électronicien
- Ingénieur en électronique
- Technicien en fabrication électronique

Outillage

- De base

- Alimentation réglable
- Fer à souder
- Multimètre
- Jeux de pinces
- Jeux de tournevis

- Évolué

- Analyseur logique, Émulateur
- Echomètre
- Générateur de signaux
- Oscilloscope
- Programmateur logique
- Simulateur logique
- Synthese logique
- Testeur de composant

Divers

- Alimentation.
- Protection.
- Codes DTMF.
- Micro-électronique.
- Électrotechnique.

Articles connexes

- Électrocinétique
- Électricité
- Algèbre de Boole
- Connectique
- Fonction logique
- Systèmes embarqués
- Langage de description matériel (HDL) = Liens externes =
- [http://perso.wanadoo.fr/f6crp/elec/index.htm Un traité d’électronique par F6CRP]
- [http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/resources/pe_html/contents.htm Interactive Power Electronics Online course]
- [http://stielec.ac-aix-marseille.fr/ Ressources en génie électronique] catégorie:Électricité
- Electronique ja:電子工学 ko:전자공학 ms:Elektronik simple:Electronics th:อิเล็กทรอนิกส์

Inductance

Catégorie:électronique Catégorie:électrotechnique Catégorie:Composant électronique L'inductance d’un circuit électrique est un coefficient qui traduit le fait qu’un courant traversant le circuit crée un flux d’induction. L’inductance est égale au quotient de ce flux par l’intensité de ce courant. L’unité de l’inductance est le Henry (H). Par extension, on désigne par inductance tout circuit électrique ou dipôle électrique qui par sa construction a une certaine valeur d’inductance (grandeur physique). Ces dipôles sont généralement des bobines, souvent appelées inductances ou self par abus de langage (ou métonymie) comme pour la résistance. =Inductance propre= En anglais self inductance qui a donné le mot self
Tout déplacement de charges électriques crée un champ magnétique H et une induction magnétique B avec la relation

\vec = \mu \vec

où

\mu

est la susceptibilité magnétique du matériau dans lequel règne les champs. D'une manière générale,

\mu

est un tenseur. Elle se réduit à un nombre réel constant dans le cas d'un matériau isotrope, homogène et linéaire. A l'utilisation, il est fréquent de dire qu'une inductance s'oppose aux variations brutales de courant. La surface circonscrite par un circuit électrique parcouru par un courant I va donc être traversé par le flux de ce champ magnétique (appelé également flux d’induction) Φ. L’inductance L du circuit électrique est alors définie comme le rapport entre le flux embrassé par le circuit et le courant :
:

L = \frac \,

Pour les matériaux magnétiques non linéaires, cette définition est encore valable, mais dans ce cas L n'est plus une constante. On peut également définir une " inductance différentielle " donnée par :
:

Ld = \frac \,

. Pour un matériau linéaire l'inductance différentielle est rigoureusement égale à l'inductance L . Pour un matériau non linéaire, l'inductance différentielle est inférieure à l'inductance L dans la zone de saturation. Une partie du flux d’induction produit par le courant traverse le câble lui-même. Il convient donc de distinguer l’inductance externe et l’inductance interne d’un circuit. L’inductance interne d’un câble diminue lorsque la fréquence du courant augmente à cause de l’effet pelliculaire ou effet de peau. =Inductance mutuelle= Lorsqu’un circuit 1 traversé par un courant noté

i_1 \,

, produit un champ magnétique à travers un circuit 2, on peut écrire :
:

M_ = \frac \,

La valeur de cette mutuelle inductance dépend des deux circuits en présence (caractéristiques géomètriques, nombre de spires) mais aussi de leur position relative : éloignement et orientation. =Le dipôle « Inductance », ou bobine= Son symbole dans les schémas est L. Une inductance L est un dipôle tel que : :

u = L  \frac \,

Cette relation vient de l’expression du flux du champ magnétique et de la loi de Faraday qui seront vues en magnétostatique : :

u =\frac \,

et de

\Phi= L \cdot i \,

Cette équation montre que l’intensité du courant traversant une inductance ne peut pas subir de discontinuité, cela correspondrait en effet à une tension infinie à ses bornes, donc à une puissance infinie.

Puissance emmagasinée

La puissance emmagasinée est égale à :

P = u \cdot i = L  \frac \cdot i\,

En utilisant la transformation mathématique suivante : :

\frac  =i \cdot \frac + \frac\cdot i = 2 \frac\cdot i  \,

on obtient la relation : :

P = \frac \cdot  L  \frac \,

la puissance instantanée emmagasinée par une inductance est liée à la variation du carré de l’intensité qui la traverse : si celui ci augmente, l’inductance emmagasine de l'énergie. Elle en restitue dans le cas contraire. L’énergie échangée entre 2 instants ti et tf vaut : :

W = \frac \cdot  L  (i^2_-i^2_) \,

Il en résulte qu’il est difficile de faire varier rapidement le courant qui circule dans une bobine et ceci d’autant plus que la valeur de son inductance sera grande. Cette propriété est souvent utilisée pour supprimer de petites variations de courant non désirées. (L’effet de l’inductance face aux variations du courant est analogue en mécanique à l’effet de la masse face aux variations de la vitesse : quand on veut augmenter la vitesse il faut fournir de l’énergie cinétique et ceci d’autant plus que la masse est grande. quand on veut freiner, il faut récupérer cette énergie. Débrancher une bobine parcourue par une intensité, c’est un peu arrêter une voiture en l’envoyant contre un mur.)

Précaution d’emploi

Il ne faut pas dépasser en valeur instantanée la valeur maximale de l’intensité prescrite par le constructeur. En cas de dépassement, même très bref, on risque de « saturer » le circuit magnétique, ce qui provoque une diminution brutale de la valeur de l’inductance pouvant entraîner une surintensité.

Puissance en régime sinusoïdal

Une inductance idéale (dont la résistance est nulle) ne consomme pas de puissance active. En revanche, il y a stockage ou restitution d’énergie par la bobine lors des variations de l'intensité du courant.

Impédance

A chaque instant

\frac = \frac

. On a

u(t) = U\sqrt\sin(\omega t)

i(t) = I\sqrt\sin(\omega t - \varphi)

\frac = \frac\sqrt\sin(\omega t)

Donc

i(t) = \left(\frac\sqrt\right)\left(-\frac\cos(\omega t)\right) = \frac\sqrt(-\cos(\omega t))

On obtient finalement:

i(t) = \frac\sqrt\sin\left(\omega t -\frac\right) = I\sqrt\sin(\omega t - \varphi)

. Donc:

I = \frac

.
- Loi d'Ohm en valeurs efficaces:

U = L\omega I = ZI \Leftrightarrow Z = L\omega = 2\pi Lf

avec

Z

en Ohms,

L

en Henrys,

\omega

en rad/s et

f

en Hz.
- En continu,

f = 0

: une bobine parfaite de comporte comme un court-circuit (en effet:

Z = 0 \Rightarrow U = 0\cdot I = 0[V]

). circuit magnétique

En complexes

\underline=\underline\,\underline

avec
-

\underline = [U, 0]

\underline = [I = \frac, -\frac rad]

D'où:

|\underline| = Z = \frac = L\omega

; et

Arg(\underline) = \varphi = \frac

On en déduit que

\underline = \mathbfL\omega

avec

\underline

imaginaire pur de la forme

\underline = \mathbfX

X = L\omega > 0

FACTS

Un FACTS est un équipement d'électronique de puissance utilisé pour améliorer la controllabilité et les capacités de transfert des réseaux de transmission d'électricité. Le nom est l'acronyme anglais pour Flexible Alternating Current Transmission System, c'est-à-dire Système Flexible de Transmission en Courant Alternatif (il n'existe pas d'acronyme d'usage courant en français).

Fonctionnement

Un FACTS agit généralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de la puissance réactive sur le réseau. Ceci a pour effet de modifier l'amplitude de la tension à son point de connexion, et par conséquent la puissance active maximale transmissible. L'ordre de grandeur de la puissance d'un FACTS va de quelques MVA à quelques centaines de MVA.

Types de FACTS

Le terme FACTS désigne en fait une classe d'équipement qui regroupe une longue liste de sigles (anglophones):
- SVC (Static VAR Compensator): compensateur d'énergie réactive shunt (source de courant).
- TCR (Thyristor Controlled Reactor): inductance controllée par thyristor.
- TSC (Thyristor Switched Capacitor): condensateur commuté par thyristor.
- MSC (Mecanically Switched Capacitor): condensateur commuté mécaniquement.
- Statcom (Static Compensator): compensateur d'énergie réactive shunt (source de tension).
- D-Statcom: idem mais pour les réseaux de distribution.
- UPFC (Unified Power Flow Controller).
- TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitors).
- SSSC (Static Synchronous Series Compensator).
- ...

Autres équipements assimilables

HVDC

Un HVDC dit "back to back" (dos à dos), dont les deux extrémités sont sur le même lieu et ne comporte donc pas de ligne de transmission à courant continu, peut être assimilé à un FACTS, puisque son unique rôle est de contrôler le transit de puissance entre deux réseaux alternatifs.

Systèmes de stockage d'énergie

Les systèmes de stockage temporaire d'énergie ne sont pas à proprement parler des FACTS, mais peuvent leur être combinés ou associés et participer à la qualité du réseau électrique :
- BESS (Battery Energy Storage System): stockage d'énergie par batterie.
- SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage): stockage d'énergie par inductance supraconductrice.
- SCES (?) stockage d'énergie par supercondensateur.
- KESS (Kinetic Energy Storage System): stockage inertiel d'énergie.
- CAES (Compressed Air Energy Storage): stockage d'énergie par air comprimé.

Liens

[http://www.epri.com/ EPRI] catégorie:électrotechnique Catégorie:Électronique de puissance catégorie:sigle

Silicium

Le silicium est un élément chimique, de symbole Si et de numéro atomique 14. C'est l'élément le plus abondant sur la Terre après l'oxygène (27,6%). Il n'existe pas à l'état libre mais sous forme de composés : sous forme de dioxyde silice (dans le sable, le quartz, la cristoballite, etc) ou de silicates (dans les feldspath, la kaolinite, etc). Le nom dérive du latin silex, ce qui signifie cailloux ou silex.

Caractéristiques

Les cristaux de silicium sont gris à noirs, en forme d'aiguille ou d'octaèdres (forme cubique). La phase amorphe est une poudre marron foncée.
Le silicium est un faible conducteur d'électricité. Il est quasiment insoluble dans l'eau. Il est attaqué par l'acide fluorhydrique (HF) ou un mélange acide fluorhydrique/acide nitrique (HNO3) en fonction de la phase. Il existe trois isotopes naturels du silicium: ²⁸Si (92,18%), ²⁹Si(4,71%) et ³⁰Si(3,12%). Il existe également des isotopes artificiels: ²⁵Si, ²⁶Si, ²⁷Si, ³¹Si, ³²Si.

Découverte

Le silicium était déjà connu dans l'Antiquité sous forme de silice (dioxyde de silicium). Elle a été considérée comme élément par les alchimistes puis les chimistes. Du silicium a été isolé pour la première fois en 1823 par Jöns Jacob Berzelius. Ce n'est qu'en 1854 que Henry Sainte-Claire Deville obtient du silicium cristallin.

Utilisations

Alliages Aluminium-Silicium

La principale utilisation du silicium en tant que corps simple est comme élément d'alliage avec l'aluminium. Les alliages Aluminium-Silicium sont utilisés pour l'élaboration de pièces moulées, en particulier pour l'automobile (par exemple jantes en alliage). Les alliages Aluminium-Silicium représentent à peu près 55 % de la consommation mondiale de silicium.

Silicones

Une autre utilisation importante du silicium est la synthèse des silicones. Cette application représente à peu près 40 % de la consommation de silicium.

Semi-conducteur

Le silicium est un élément de très grande importance de nos jours. Ses propriétés de semi-conducteur ont permis la création de la deuxième génération de transistors, puis les circuits intégrés (les « puces »). C'est aujourd'hui encore l'un des éléments essentiels pour l'électronique, notamment grâce à la capacité technologique actuelle permettant d'obtenir du silicium pur à plus de 99,99999% (tirage Czochralski, zone fondue flottante).

Photovoltaïque

En tant que semi-conducteur, le silicium est aussi l'élément principal utilisé pour la fabrication de cellules solaires photovoltaïques. Celles-ci sont alors montées en panneaux solaires pour la génération d'électricité. La magie de la lithographie sur silicium : les productions commerciales courantes (2004) de circuit intégré réalisent la prouesse d'une finesse de gravure de 90 nm sur des plaques de 30 cm (un 33 tours pour ceux qui ont connu !). Ce qui permettrait de graver 300 millions de sillons (soit un disque de 10 millions de minutes, environ 20 ans de musique, ou bien de l'ordre de 10 milliards de chansons au format numérique Ogg Vorbis).

Composés

- le carbure de silicium possède une structure cristalline analogue à celle du diamant ; sa dureté en est très proche. Il est utilisé comme abrasif ou sous forme céramique dans les outils d'usinage.
- le verre est fabriqué depuis des millénaires en faisant fondre du sable principalement composé de SiO₂ avec du carbonate de calcium CaCO₃ et du carbonate de sodium Na₂CO₃. Le verre peut être amélioré par différents additifs.
- le quartz forme de superbes cristaux, est utilisé comme matériau transparent, plus résistant à la chaleur que le verre (ampoule de lampes halogène). Il est également beaucoup plus difficile à fondre et à travailler.
- la silice se trouve dans la nature sous forme compacte (galets, quartz filonien par exemple), ou sous forme de sable plus ou moins fin. On l'obtient aussi industriellement, sous forme pulvérulente. La silice a de nombreux usages. Récemment elle complète le carbone dans la fabrication des pneus économes en énergie.
- le silicate de calcium CaSiO₃ est un des composants des ciments.
- silicones : ces polymères [(CH₃)₂SiO]_n sont utilisés dans des mastics pour joint, des graisses résistantes à l'eau ou conductrices de la chaleur, les poudres lessivielles ou les shampoings conditionneurs, etc. :Une erreur fréquente de traduction de l'anglais où silicon signifie silicium, tandis que silicone correspond bien au silicone.

Dans la nature

Le sable de silice est le résultat de la dégradation de roches comme le granit (composé de feldspath, de mica et de silice (quartz)). Les diatomées qui extraient la silice pour former leurs membranes externes peuvent prendre des formes très complexes. En revanche, elles sont toujours caractéristiques de l'étendue d'eau dans laquelle elles ont été prélevées : deux échantillons de deux lacs différents seront forcément dissemblables l'un de l'autre.

Oligo-élément

L'organisme humain en contient entre 200 mg et 7g suivant les sources. Il potentialiserait l'action du Zinc (Zn) et du Cuivre (Cu) et permettrait la fixation du Calcium (Ca).
Les céréales et l'eau de boisson (donc la bière, fabriquée à partir d'eau et de céréales) apportent naturellement la quantité suffisante (25 mg par jour) pour satisfaire les besoins (environ 5mg/jour).
L'Afssa (Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments) n'a pas défini d'apports nutritionnels conseillés pour le silicium car ils sont largement couverts par l'alimentation.

L'hypothétique biochimie du silicium

A la limite (actuellement) de la science-fiction et de la science tout court, de multiples travaux visent à mettre en évidence une tout autre forme de vie, basée non pas sur le carbone comme sur notre bonne vieille Terre, mais sur le silicium.
La position médiane actuelle semble être négative, le silicium ne participant que peu à des réactions biologiques mais servant plutôt de support (enveloppes, squelettes, gels, ...).

Production industrielle du silicium par électrométallurgie

Le silicium n'existe pas naturellement à l'état libre sur la terre ; mais il est très abondant sous une forme oxydée : silice, silicates. Pour obtenir du silicium libre (parfois appelé improprement "silicium métal" pour le distinguer du ferrosilicium), il faut donc le réduire ; industriellement, cette réduction s'effectue par électrométallurgie, dans des fours électriques ouverts dont la puissance peut aller jusqu'à environ 30 MW. La réaction globale de principe (oxydo-réduction) est très simple : :::SiO₂ + C → Si + CO₂ La réalité est un peu plus complexe ... Le silicium est introduit sous forme de morceaux de silice (galets, ou morceaux de quartz filonien), en mélange avec des réducteurs tels que le bois, le charbon de bois, la houille, le coke de pétrole. Compte tenu des exigences de pureté des applications finales, la silice doit être relativement pure (faible teneur en oxyde de fer en particulier), et les réducteurs soigneusement choisis (houille lavée par exemple). Le mélange est déversé dans un creuset de plusieurs mètres de diamètre, où plongent des électrodes cylindriques en carbone (trois le plus souvent) qui apportent la puissance électrique et permettent d'atteindre les très hautes températures dont les réactions recherchées ont besoin (autour de 3000°C dans la région de l'arc électrique, à la pointe des électrodes). Le silicium obtenu est recueilli dans des "poches", à l'état liquide, grâce à des orifices pratiqués dans le creuset. Il est ensuite affiné dans ces poches, par injection d'air pour oxyder l'aluminium et le calcium. Puis il est séparé du "laitier" (oxydes produits au cours des différentes étapes du procédé et entraînés avec le silicium) avant d'être solidifié : :- soit par coulée en lingotières ou sur une surface plane, :- soit par granulation à l'eau (le silicium liquide est alors versé dans de l'eau et les gouttes de silicium se solidifient en petits granules : opération relativement délicate). Les réactions intermédiaires conduisant à la réduction du silicium produisent aussi une très fine poussière de silice amorphe, qui est entraînée par les gaz chauds (essentiellement air et dioxyde de carbone) émis par le four ; dans les pays développés, ces gaz sont filtrés pour recueillir la poussière de silice amorphe, qui est utilisée comme élement d'addition dans les bétons à haute performance. Selon les applications, le silicium est utilisé sous forme de morceaux (production des alliages aluminium-silicium) ou sous forme de poudre obtenue par broyage (production des silicones). Le silicium pour électronique est obtenu à partir du silicium électrométallurgique, mais nécessite une étape chimique (purification réalisée sur des silanes) puis un ensemble de purifications physiques, avant le tirage des monocristaux.

Voir aussi

Catégorie:Élément chimique Catégorie:Semi-conducteur Catégorie:Métallurgie ja:ケイ素 ko:규소 th:ซิลิคอน

Thyristor

ja:サイリスタ

Généralités

Le thyristor est un composant électronique à base de semi-conducteur (diode) dont la mise en conduction est commandée. Il est muni de 2 électrodes principales :
- l'anode A
- la cathode K Plus une électrode de commande appelée la gâchette G. C'est l'un des interrupteurs commandés de l'électronique de puissance pour les applications concernant les très fortes tensions (> kV) et les forts courants.

Fonctionnement

électronique de puissance
- Le courant principal circule de l'anode vers la cathode et le courant de commande de la gâchette vers la cathode.
- Il suffit d'une impulsion sur la gâchette pour amorcer le passage d'un courant continu entre l'anode et la cathode.
- La disparition du courant, ou un courant inférieur au seuil minimun de maintient, désamorce le thyristor, il faut appliquer une nouvelle impulsion sur la gâchette pour déclencher un nouveau courant.

Voir aussi

- Thyristor GTO
- Triac
- MOS controlled thyristor

Liens externes

- [http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/thyristor.htm Thyristor] Catégorie:Électronique de puissance Catégorie:Composant actif

Thyristor GTO

Le Thyristor GTO, de l'anglais Gate Turn-Off Thyristor, c'est à dire thyristor blocable par la gâchette, est un interrupteur électronique utilisé dans les dispositifs de forte puissance de l'électronique de puissance. Le HDGTO (hard driven GTO: GTO à commande dure), plus connu sous le nom de GCT (gate-commutated thyristor) ou IGCT (integrated gate-commutated thyristor), est une évolution "moderne" du GTO, permettant un fonctionnement sans circuit d'aide à la commutation. Les applications usuelles du GTO sont les onduleurs, redresseurs et hacheurs pour la vitesse variable et la conversion d'énergie, mais aussi pour les FACTS. FACTS

Fonctionnement

FACTS Le GTO est un composant électronique dont la mise en conduction et le blocage sont commandés. C'est l'un des interrupteurs commandés de l'électronique de puissance pour les applications concernant les fortes tensions (quelques kV) et les forts courants (quelques kA). Son usage est fonctionnellement similaire à celui d'un transistor utilisé en commutation. Il est d'ailleurs directement en concurrence avec l'IGBT pour ces applications.

Mise en conduction

Pour mettre en conduction un GTO, il faut injecter un courant de quelques ampères dans la gâchette. Comme un thyristor et contrairement à un transistor, sa mise en conduction s'auto-verrouille, il ne possède donc pas de zone de fonctionnement linéaire. Toujours comme un thyristor, le GTO se bloque si le courant d'anode s'annule. C'est pourquoi, dans la majorité des applications, on maintient le courant de gâchette pendant toute la phase de conduction.

Blocage

Pour bloquer un GTO, il faut détourner la quasi-totalité du courant d'anode dans la gâchette, afin d'annuler le courant de base du transistor côté cathode et de bloquer celui-ci. L'électronique de commande de gâchette doit donc être capable d'absorber quelques centaines à quelques milliers d'ampères selon le calibre du GTO. Une fois la séquence de blocage démarrée (par application d'une tension négative sur la gâchette), il ne faut en aucun cas l'arrêter avant qu'elle ne soit entièrement terminée (risque de casse du composant). Il y a donc un temps minimum de blocage (typiquement 100µs), ce qui est l'une des limitations en fréquence de commutation du GTO.

Circuits d'aide à la commutation

Un GTO "classique" est limité:
- en vitesse de croissance du courant à la mise en conduction (dI/dt typique: 300A/µs),
- en vitesse de croissance de la tension au blocage (dV/dt typique: 400V/µs),
- et comme tout composant, en tension crête instantanée (valeur selon le calibre). Pour respecter ces contraintes, on aura généralement besoin:
- d'un circuit inductif en série,
- d'un circuit capacitif en parallèle,
- d'un circuit d'écrêtage de la tension en parallèle. Ceci a généralement pour conséquence d'augmenter les pertes globales du système. Néanmoins, il est possible de concevoir des schémas à récupération d'énergie pour améliorer le rendement. Le HDGTO peut supporter des dV/dt bien plus importants et peut donc fonctionner sans le circuit capacitif.

Structure

rendement Le GTO est structurellement identique à un thyristor, donc muni de 3 électrodes :
- l'anode A
- la cathode K
- l'électrode de commande appelée gâchette G. Il est composé de quatre couches dopées alternativement P, N, P, N. La différence principale avec un thyristor est que la gâchette est fortement interdigitée, c'est-à-dire divisée en un réseau de mini-gâchettes distribuées sur toute la puce, afin de permettre une extraction uniforme du courant lors du blocage.

Technologie

dopées Les GTO, comme les gros thyristors, sont réalisés sous la forme de grandes puces monolithiques en forme de disque (jusqu'à 150mm de diamètre). Ils sont généralements encapsulés dans des boitiers céramiques, qui doivent être pressés entre deux refroidisseurs, lesquels assurent aussi les contacts électriques d'anode et de cathode (anglais: press-pack). Ces boitiers ont une faible résistance thermique, et sont bien adaptés au refroidissement à l'eau. Ils se prêtent aussi très bien à la contruction de piles de composants en série.

Gammes et usages

On trouve les GTO et les GCT en trois «saveurs» :
- les GTO symétriques supportent la même tension dans les deux sens (V_ak-max ≈ V_ka-max);
- les GTO asymétriques, les plus courants, ne supportent la tension que dans le sens V_ak, et doivent donc être utilisés avec une diode anti-parallèle (diode de roue libre);
- les GTO à conduction inverse (anglais: reverse-conducting GTO), sont en fait des GTO asymétriques dont la diode de roue-libre est intégrée sur la même puce. Les GTO asymétriques sont utilisés dans les onduleurs de tension, de la même façon que les IGBT. Les GTO symétriques peuvent être utilisés dans les onduleurs de courant, les contacteurs statiques, etc. Actuellement il n'existe plus sur le marché que trois gammes de tension – 2500V, 4500V et 6000V –, pour des courants commutables d'environ 600A jusqu'à 6000A.

Principaux fabricants

- ABB [http://www.abb.com/global/abbzh/abbzh251.nsf!OpenDatabase&db=/global/seitp/seitp161.nsf&v=17EC2&e=us&m=9F2&c=B3587B772E41C72EC12569D0003BA819]
- Dynex [http://www.dynexsemi.com/products/gto/]
- Mitsubishi Electric [http://www.mitsubishichips.com/Global/selectmap/index.html]
- Poseico [http://www.poseico.com/gate_turn.htm]
- Powerex [http://www.pwrx.com/thyristor.asp?catid=90]

Voir aussi

- MOS controlled thyristor
- Transistor bipolaire à grille isolée (IGBT)
- MOSFET
- thyristor
- transistor catégorie:Composant électronique Catégorie:Électronique de puissance ja:ゲートターンオフサイリスタ

IGBT

L'IGBT, de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor, en français Transistor bipolaire à grille isolée, est un interrupteur électronique utilisé dans les dispositifs de forte puissance de l'électronique de puissance. Les applications usuelles de l'IGBT sont les onduleurs, redresseurs et hacheurs pour les alimentations à découpage et la vitesse variable, mais aussi pour les FACTS. FACTS

Caractéristiques

FACTS C'est un transistor hybride, MOSFET côté commande et bipolaire côté sortie. Comme un transistor à effet de champ, il est commandé par la tension de grille (entre grille et émetteur) qui lui est appliquée, mais ses caractéristiques de conduction (entre collecteur et émetteur) sont ceux d'un bipolaire. Ceci lui donne le faible coût énergétique de commande d'un MOSFET, avec les pertes de conduction plus faibles (à surface de puce donnée) d'un bipolaire. De plus, on sait faire des IGBT de tension bien plus élevée que pour le MOSFET. Ces caractéristiques font qu'aujoud'hui l'IGBT a presque totalement supplanté les autres types de composants pour les gammes de tension 600V à 3300V, et qu'il perce dans les tensions supérieures face au GTO, ainsi que dans les tensions inférieures face au MOSFET, bien qu'il soit plus lent. |+ Caractéristiques moyennes comparées ! !! MOSFET 600V !! IGBT 600V !! IGBT 1700V !! IGBT 3300V !! IGBT 6500V !! GTO 6000V |- | Vce-sat @ 125°C || 2,2 V || 1,8 V || 2,5 V || 3,5 V || 5,3 V || 3 V |- | fréquence typique || 15-30 kHz || 6-12 kHz || 3-6 kHz || 1-2 kHz || 0,8-1,5 kHz || 300-600 Hz |{{

Thyristor GTO

Fonctionnement

Mise en conduction

Blocage

Circuits d'aide à la commutation

Structure

Technologie

Gammes et usages

Principaux fabricants

Voir aussi

MOSFET

Le MOSFET, acronyme anglais de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, en français Transistor à Effet de Champ (à grille) Métal-Oxyde, est un type transistor à effet de champ. Il trouve ses applications dans les circuits intégrés logiques (mémoires, FPGA, microprocesseurs...), en particulier avec la technologie CMOS, ainsi que dans l'électronique de puissance (alimentations à découpage, variateurs de vitesse...).

Voir aussi

- Transistor à effet de champ
- IGBT ja:MOSFET Catégorie:Transistor Catégorie:Électronique de puissance

Diamant

Le diamant est un minéral composé de carbone cristallisé dans le système cubique. C'est le plus dur (dureté Mohs de 10) de tous les matériaux naturels. Mohs]

Étymologie

Le mot est dérivé du grec adamas (dadamastos, inflexible, inébranlable), qui désignait initialement le métal le plus dur, puis toute matière très dure, comme la magnétite. Il a ainsi servi à désigner une grande variété de gemmes, telles que (toutes ces dénominations sont désormais interdites, sauf indication de la provenance d'un véritable diamant) :
- le corindon synthétique : diamant d'alumine ;
- l'hématite : diamant noir du Névada, diamant d'Alaska (hématite noire) ;
- l'obsidienne décolorée : diamant du Névada ;
- la pyrite : diamant alpin, diamant de Pennsylvanie ;
- le quartz :
- diamant de Bohème, de Briançon, de Brighton, de Bristol, de Buxton, de Hawaï ; diamant irlandais, diamant mexicain, diamant occidental ;
- diamant Marmorosch (variété de quartz) ;
- diamant d'Alaska, diamant du Brésil (cristal de roche) ;
- diamant d'Alençon, diamant allemand (quartz enfumé) ;
- diamant d'Arkansas (quartz nommé également Horatio Diamond) ;
- diamant du Colorado (quartz fumé transparent) ;
- diamant du Dauphiné, diamant de Rennes (quartz hyalin) ;
- le zircon : diamant de Ceylan (incolore), diamant de Matura (zircon décoloré). Il faut aussi noter qu'en France, l'usage commercial du terme diamant de culture (diamant synthétique) est interdit (cf. article gemme).
Histoire
La découverte en 1793 de sa composition, du carbone pur, par Antoine Lavoisier, a marqué le début de l'épopée de sa synthèse. Cependant, il a fallu attendre le milieu du pour qu'enfin des chimistes réussissent à le fabriquer. Dès lors, le diamant est devenu un matériau industriel dont la production annuelle atteint aujourd'hui plus de 400 millions de carats, soit 80 tonnes.
Propriétés
Le diamant est une forme métastable du carbone dans les conditions de température et de pression normales. Il brûle dès 500 °C dans un courant d'air, mais s'il est maintenu à 1100 °C sous atmosphère neutre, il se transforme en graphite. carbone Dans son état naturel, le diamant possède une structure cubique à faces centrées et huit atomes par maille conventionnelle. Sa masse volumique est de 3520 kg/m. Dans l’édifice cristallin du diamant, les liaisons entre atomes de carbones résultent de la mise en commun des électrons de la couche périphérique afin de former des couches saturées. Chaque atome de carbone est ainsi associé de façon tétraédrique à ses quatre voisins les plus proches (hybridation sp3 du carbone), et complète ainsi sa couche extérieure. Ces liaisons covalentes, fortes et donc difficiles à casser, couvrent tout le cristal, d’où son incroyable dureté. La conductivité électrique est basse car les électrons ne se regroupent pas comme dans un métal : ils restent liés aux atomes et ne peuvent pas, par exemple sous l'action d'un champ électrique extérieur, former un nuage électronique qui transporterait le courant de façon continue. En d'autres termes, le diamant est un très bon isolant. Néanmoins, il fait l'objet d'études en temps que semi-conducteur à large bande pour l'électronique de puissance. La conductivité thermique du diamant est exceptionnelle, ce qui explique pourquoi il parait si froid au toucher. Ce minéral est, de loin, le meilleur conducteur connu de la chaleur. Dans un cristal isolant électrique comme le diamant, la conductivité thermique est assurée par les vibrations cohérentes des atomes du réseau. Des valeurs de 2500 W/(m.K) ont été mesurées, que l’on peut comparer aux 400 W/(m.K) du cuivre et de l’argent. Cette propriété en fait un candidat comme substrat pour le refroidissement des semi-conducteurs. Enfin, le coefficient de dilatation du diamant, lié aux propriétés des vibrations du réseau de ce matériau, est très faible. Pour le diamant pur, l'accroissement relatif de longueur par degré est d'environ un millionième à température ambiante, que l’on peut comparer aux 1,2 millionième de l'invar, alliage constitué de 64 % de fer et de 36 % de nickel, qui est réputé pour sa très faible dilatation. Le fer est très loin derrière, avec 11,7 millionièmes.
Propriétés optiques
Le diamant est transparent ou translucide ; son indice de réfraction est particulièrement élevé, et varie en fonction de la longueur d'onde : ce sont ces propriétés qui lui donne son éclat caractéristique, « adamantin ». Cet indice est de 2,407 pour la lumière rouge (687 nm), 2,418 pour la lumière jaune, et 2,451 pour la lumière bleue (431 nm).
Gisements
Jusqu'en 1896, l'Inde et plus particulièrement la région de Golkonda (Golconde) était la seule zone de production de diamants au monde. C'est en Inde qu'ont été extraits les plus célèbres diamants (voir la section Diamants célèbres). Depuis cette date, la plupart des diamants viennent d'Afrique (62,1 % en 1999). Cette situation a été la cause de plusieurs guerres, dont notamment celle du Sierra Leone.
Les producteurs de diamants
Sierra Leone] Voici les principaux pays producteurs de diamants :
- Afrique du Sud
- Angola
- Australie
- Botswana
- Canada
- Chine
- Namibie
- République centrafricaine
- République démocratique du Congo
- Russie
- Sierra Leone |+ Production de diamants industriels naturels ! Pays !! Millions de carats !! % du total |- |align="center" |Australie |align="center" |18,5 |align="center" |33,5 |- |align="center" |Russie |align="center" |11,9 |align="center" |20,8 |- |align="center" |République démocratique du Congo |align="center" |9,1 |align="center" |16,5 |- |align="center" |Botswana |align="center" |7,1 |align="center" |12,9 |- |align="center" |Afrique du Sud |align="center" |6,5 |align="center" |11,8 |- |align="center" |Total 5 pays |align="center" |52,7 |align="center" |95,5 |- |align="center" |Total monde |align="center" |55,2 |align="center" |100,0 |{| align=center border=0 cellpadding=4 cellspacing=2 |---- align=center bgcolor=#fdffff ! rowspan=2 | Couleur ! colspan=4 bgcolor=#fdfdff | Pierre brute ! colspan=2 | Pierre taillée |---- align=center bgcolor=#fdffff | bgcolor=#fdfdff | Nom | bgcolor=#fdfdff | Carats | bgcolor=#fdfdff | Lieu de découverte | bgcolor=#fdfdff | Année | Nom | Carats |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | rowspan=7 | incolore | rowspan=2 | Cullinan || rowspan=2 | 3106 || rowspan=2 | Afrique du Sud
(mine Premier) || rowspan=2 | 1905 | Grande Étoile d'Afrique
(Cullinan I) || 530,20 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | Petite Étoile d'Afrique
(Cullinan II) || 317,40 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | || 787,50 || Inde || || Orloff || 194,75 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | || 410 || Inde || 1698 || Régent || 140,50 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | || || || || Kuh-i-Nur || 108,93 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | Excelsior || 995,2 || Afrique du Sud
(Jagersfontein) || 1893 || Excelsior I || 69,68 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | || || || || Sancy || 55,23 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | rowspan=2 | rose | || || || || Darya-i-Nur || 175 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | || || || || Hortensia || 20 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | vert | || 119,50 || Inde || 1743 || Dresde vert || 40,70 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | bleu | || || || || Hope || 44,50 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | noir | || || || || Orloff noir || 67,50 |---- align=center bgcolor=#f8f8ff | jaune-marron | || 755 || Afrique du Sud|| 1985 || Golden Jubilee
(couronne impériale de Thaïlande) || 545.67 |{{{{{{

MOSFET

Voir aussi

- Transistor à effet de champ
- IGBT ja:MOSFET Catégorie:Transistor Catégorie:Électronique de puissance

IGBT

Caractéristiques

Thyristor

ja:サイリスタ

Généralités

Fonctionnement

Voir aussi

- Thyristor GTO
- Triac
- MOS controlled thyristor

Liens externes

- [http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/thyristor.htm Thyristor] Catégorie:Électronique de puissance Catégorie:Composant actif

HVDC

Un HVDC est un équipement d'électronique de puissance utilisé pour la transmission de l'électricité en courant continu haute tension. Le nom est le sigle anglais pour High Voltage Direct Current, c'est-à-dire Courant Continu Haute Tension (on voit parfois —rarement— CCHT en français). Les HVDC représentent certainement le summum de l'électronique de puissance: les puissances unitaires se comptent couramment en giga watt.

Exemples de HVDC

- Liaison Italie-Corse-Sardaigne: 200MW
- IFA2000 (interconnection France-Angleterre): 2000MW
- Itaipu (Brésil): 6300MW

Voir aussi

- FACTS catégorie:électrotechnique Catégorie:Électronique de puissance catégorie:sigle

Convertisseur à pompe de charge

Les convertisseurs à pompe de charge (de la traduction de l'anglais Charge Pump Converter) ou convertisseur à transfert de charge font partie de la famille des convertisseurs continu -continu de l'électronique de puissance. Ce sont des dispositifs réalisant des changements de connexion très rapides entre des condensateurs afin d’obtenir en sortie une tension différente de celle de l’entrée. Ils ont utilisés dans le domaine des faibles puissances (quelques watts) Exemple : La figure ci-dessous représente le principe d’un montage qui, en basculant des états 1 à 2 et réciproquement, avec un rapport cyclique de 0,5 permet de diviser la tension V_E par 2. Si on intervertit V_S et V_E, on obtient un doubleur de tension. center Ce type de convertisseur ne peut fournir en sortie qu'une tension égale à une fraction simple de la tension d'entrée : :V_S = K . V_E, avec K = 1/2 ; 1/3 ; 2/3 ; 3/2 ; 2/1 , ... Catégorie:électrotechnique Catégorie:Électronique de puissance

Alimentation à découpage

Une alimentation à découpage est un dispositif de l'électronique de puissance qui permet de fournir à un système électronique de puissance faible (quelques centaines de Watts) une ou plusieurs tensions parfaitement stabilisées (maintenues constantes quelles que soient les fluctuations de l'alimentation électrique et quelque soit l'utilisation). Elle est constituée de la mise en cascade :
- d'un montage redresseur,
- d'un convertisseur continu-continu (au minimum un hacheur) dont le fonctionnement est asservi à la consigne
- d'un filtrage. Les alimentations à découpage se sont fortement développées depuis les années 1980 pour pallier les inconvénients des montages à transistor ballast : (poids élevé, rendement faible). Elles sont utilisées dans tous les appareils électroniques « grand public ».
- [http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/decoup.htm Alimentations à découpage] Catégorie:Électronique de puissance

Onduleur

Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance permettant de délivrer des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique continue. C'est la fonction inverse d'un redresseur.

Principe

Les onduleurs sont des structures en pont constituées le plus souvent d'interrupteurs électroniques tel que les IGBT, des transistors de puissance ou thyristors. Par un jeux de commutations commandées de manière appropriée, on module la source afin d'obtenir un signal alternatif de fréquence désirée.
Deux types d'onduleurs sont utilisés. On retrouve l'onduleur de tension et l'onduleur de courant. On distingue habituellement :
- L'onduleur autonome qui délivre une tension de fréquence soit fixe, soit ajustable par l'utilisateur. Il n'a pas besoin de réseau électrique pour fonctionner. Par exemple un convertisseur de voyage que l'on branche sur la prise allume-cigare d'une voiture pour convertir le 12V continu en 230V alternatif 50Hz
- L'onduleur non autonome : c'est le nom donné à un montage redresseur tout thyristor en fonctionnement inversé. Comme son nom l'indique, il ne peut fonctionner seul et doit être relié au réseau électrique de distribution. Ce type de montage est en voie d'obsolescence

Applications

L'onduleur est l'un des montages les plus répandus de l'électronique de puissance. Il intervient comme élément de nombreux convertisseurs :
- Les nombreux dispositifs nécessitant de fonctionner à une fréquence particulière :
- Les générateurs d'ultrasons ou d'électricité utilisés dans le domaine médical,
- L' alimentation des lampes fluorescentes basse consommation
- Les alimentations de secours et les alimentations non interruptibles
- Les variateurs de vitesse des machines alternatives : La tension du réseau est redressée puis un onduleur refabrique une tension dont la fréquence est réglable par l'utilisateur.
- Certains convertisseurs continu-continu : La tension continue est d'abord ondulée en haute fréquence (quelques dizaines de kHz) puis appliquée à un transformateur en ferrite puis enfin redressée.
- Les filtres actifs : pour éliminer des bruits (électriques ou sonores) on produits des contre-bruits à l'aide d'onduleurs.
- Par abus de langage on appelle souvent "onduleur" les alimentations de sécurité pour ordinateur de bureau. (ASI - En fait l'onduleur n'est qu'une partie de l'alimentation, tout comme le "transistor" l'était pour les postes de radio à transistors des années 60). Ces alimentations de sécurité comprennent aussi des filtres, un circuit de charge, une batterie et une interface de pilotage.

Alimentation sans interruption

Le terme onduleur est souvent utilisé, par abus de langage, pour désigner une alimentation sans interruption. Catégorie:Électronique de puissance Catégorie:Électrotechnique ja:インバータ

Alimentation sans interruption

Une alimentation sans interruption (anglais: UPS, Uninterruptible Power Supply) est un dispositif de l'électronique de puissance qui permet de fournir à un système électrique ou électronique une alimentation électrique stable et dépourvue de coupure ou de micro-coupure, quoi qu'il se produise sur le réseau électrique. Elle est constituée de la mise en cascade d'un montage redresseur, d'un dispositf de stockage de l'énergie (batterie d'accumulateurs, supercondensateurs, volant d'inertie, etc.) et d'un onduleur fonctionnant à fréquence fixe. Le terme onduleur est fréquemment utilisé pour désigner ce type d'alimentation. C'est le cas, par exemple, pour les onduleurs que l'on intercale entre le réseau de distribution et les ordinateurs. Dans le domaine de la transmission d'électricité, on parle de BESS (Battery Energy Storage System) pour le stockage par batteries et de SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) pour le stockage par inductance supraconductrice.

Liens

- [http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/flash/onduleur.swf Fonctionnement d'une ASI] (animation Flash) Catégorie:Électronique de puissance

Cycloconvertisseur

Un cycloconvertisseur est un montage de l'électronique de puissance qui réalise une conversion directe altertatif/alternatif. C'est une forme de convertisseur matriciel (c'est-à-dire que pour N phases à l'entrée et P phases à la sortie, il faut NxP interrupteurs bidirectionnels), généralement à base de thyristors. Généralement, l'amplitude et la fréquence de la tension d'entrée sont fixes, tandis que celles de la tension de sortie sont variables (mais ce n'est pas obligatoire). Contrairement aux convertisseurs indirects (redresseurs-onduleurs), un cycloconvertisseur ne peut fabriquer qu'une fréquence inférieure à celle de l'entrée. Catégorie:Électronique de puissance

משפחת הסולניים

משפחת הסולניים עשבים, שיחים או עצים קטנים, זקופים או מטפסים. העלים מסורגים ושפתם משוננת, שסועה או מחולקת לאונות. לוואים אין. הפרחים אנדרוגיניים (בעלי אברים זכריים ונקביים) נכונים או בלתי נכונים. הגביע בעל 5 אונות. הכותרת מאוחת עלים ובעלת 5 אונות. מספר האבקנים כמספר אונות הכותרת, לעיתים 1 מהם או יותר חסר או מנוון. השחלה עילית בעלת 2 מגורות ובעלת שליות זוויתיות, מספר הביציות גדול, עמוד עלי 1, צלקת 1 או יותר. הפרי הלקט או ענבה. כ- 90 סוגים ובהם למעלה מ- 2600 מינים באזורים אקלימיים שונים. בישראל גדלים שבעה סוגים, הכוללים 23 מינים של סולניים. הבולטים בהם: האטד, הדטורה, הדודא הרפואי, והסולנום. הסולנום הוא הסוג הגדול והחשוב במשפחת הסולניים, שערכה הכללי רב. סוג זה כולל כמה מיני ירקות חשובים. אחד מהם הוא סולנום העגבנייה, שמוצאו באמריקה הטרופית, מצמח זה פותחו מאות זני תרבות. מינים חשובים נוספים של הסולנום הם: תפוח האדמה, החציל והפלפל. רבים מן הסולנים הם צמחי רעל המכילים חומרים כימיים הנקראים אלקלואידים. הידועים בניהם הם אטרופין, ניקוטין וסקופולמין, המשמשים כרעלים וכתרופות. הסולניים נקראים כך משום חומר הסולנין שקיים בהם הרעיל לבני אדם. מבחינה נטורופתית משפחת ירקות זו עלולה להחריף סימפטומים במצבים כגון דלקות פרקים ובעיות עור ולכן לפעמים חלק מהטיפול הוא איסור אכילת ירקות אלו. מקורות:
- פאהן .א., הלר .ד. ואבישי .מ., 1998, מגדיר לצמחי התרבות בישראל, הוצאת הקיבוץ המאוחד.
- שמיר עמי, 1978, אנציקלופדית אביב, כרך 13, הוצאת מסדה בע"מ.
- http://naturemed.co.il/faq/faq_30.html

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