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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Kamal Al-Haddad


PLAN DE COURS

Hiver 2022
ELE355 : Électronique de puissance I (4 crédits)


Modalités de la session d’hiver 2022


Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2022, les modalités suivantes seront appliquées :


Les activités d’enseignement de la session d’hiver 2022 comprendront des activités en présence et à distance, lesquelles seront ajustées en fonction de l’évolution de la situation socio-sanitaire.


Pour les cours (ou séances de cours) donnés à distance, l’étudiant ou l'étudiante doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. Il ou elle doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.


Les cours (ou séances de cours) donnés à distance pourraient être enregistrés afin de les rendre disponibles aux personnes inscrites au cours.


La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l’ÉTS.


Les examens (intra, finaux) se feront en présence, si la situation socio-sanitaire le permet.


Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à suivre de près l’évolution de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, avant ou après le début de la session d’hiver 2022, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et, si requis, qu'elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner que toutes les activités d’enseignement et d’évaluation soient exclusivement données à distance pour toute ou pour une partie de la session d’hiver 2022. Ainsi, si les examens (intra, finaux) devaient se faire à distance, leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.


Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.


En vous inscrivant ou en demeurant inscrit à la session d'hiver 2022, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2022.


Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 18 janvier 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.


Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 1er février 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.




Préalables
Programme(s) : 7483,7694,7883
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    ELE200    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 25,0 % 75,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure de comprendre le fonctionnement des sources, redresseurs et onduleurs utilisés pour alimenter les équipements électriques de types résidentiels et industriels.

Caractéristiques des composants réactifs (condensateurs, inductances) et semi-conducteurs de puissance (diodes, thyristors, Mosfet, Igbt, Gto). Étude des différents montages redresseurs à diodes avec et sans isolation galvanique. Redresseurs réversibles et non réversibles alimentés à partir du réseau monophasé et triphasé. Qualité de l’énergie électrique. Circuits de protection des redresseurs. Étude des filtres de puissance.

Alimentations à moyenne et à haute fréquences : méthode d’étude et principe de fonctionnement des alimentations à découpage. Applications industrielles. Hacheurs pour les alimentations en télécommunication et les onduleurs pour les entraînements industriels à vitesse variable. Normes de sécurité pour les appareils électroniques de puissance branchés sur le réseau électrique.

Séances de laboratoire, de simulation et de travaux pratiques orientées vers l’analyse, le calcul et la réalisation des montages redresseurs, hacheurs et onduleurs de puissance pour différentes applications industrielles.




Objectifs du cours

À la fin du cours, l'étudiant(e) devra être capable de choisir, de concevoir et d’analyser la topologie de convertisseur qu'il (elle) a choisi pour son application.




Stratégies pédagogiques
  • Un (1) cours magistral par semaine
  • Une (1) heure par semaine de travaux pratiques
  • Une heure trente minutes (1.5 heures) par semaine de laboratoire

Notes :   La présence aux séances des laboratoires est obligatoire.

Les expérimentations doivent obligatoirement se faire lors des séances de laboratoire; elles ne peuvent en aucun cas être exportées.

Matériels et logiciels dont l’étudiant (e) doit disposer pour suivre le cours totalement à distance :

  • Un ordinateur personnel
  • Installation de Matlab 2020b
  • Plateforme d’enseignement à distance : zoom

 




Utilisation d’appareils électroniques

Les équipements du Laboratoire des machines électriques et électronique de puissance de l'ÉTS.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 18:00 - 22:00 Laboratoire (Groupe A)
Mardi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Mercredi 18:00 - 20:00 Travaux pratiques aux 2 semaines
Jeudi 18:00 - 22:00 Laboratoire (C)
Vendredi 18:00 - 22:00 Laboratoire (Groupe B)



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Abdelhamid Hamadi Laboratoire (C) cc-Abdelhamid.HAMADI@etsmtl.ca A-2760
01 Abdelhamid Hamadi Laboratoire (Groupe A) cc-Abdelhamid.HAMADI@etsmtl.ca A-2760
01 Abdelhamid Hamadi Laboratoire (Groupe B) cc-Abdelhamid.HAMADI@etsmtl.ca A-2760
01 Abdelhamid Hamadi Travaux pratiques aux 2 semaines cc-Abdelhamid.HAMADI@etsmtl.ca A-2760



Cours

 

Date Contenus traités dans le cours Heures
  Outils de base pour aider à analyser les circuits électroniques de puissance
  • Introduction
  • Quelques définitions
  • Quelques rappels sur les circuits électroniques
  • Quelques rappels sur l'analyse des circuits multisources
3 heures
  Généralités sur l'électronique de puissance
  • Faits saillants dans l'histoire de l'électronique industrielle
  • Conversion de l'énergie électrique par convertisseurs statiques
  • Divers types de convertisseurs
  • Composants électroniques de puissance constituant les convertisseurs statiques
  • Interrupteurs non contrôlés (diodes)
  • Interrupteurs commandés à la fermeture (thyristors)
  • Interrupteurs commandés à la fermeture et à l'ouverture (transistors et GTO)
  • Autres composants semi-conducteurs (IGBT, IGCT, Mosfets, WBG, SicFET, Schotcky)
  • Caractéristiques générales d'utilisation des semi-conducteurs de puissance
3 heures
  Redresseurs monophasés à diodes
  • Grandeurs caractérisant les montages redresseurs
  • La diode
  • Redresseur simple alternance
  • Redresseur double alternance à point milieu
  • Redresseur double alternance en pont
3 heures
  Redresseurs monophasés à thyristors
  • Le thyristor, caractéristiques statique et dynamique
  • Redresseur à simple alternance commandé
  • Redresseur à double alternance à point milieu commandé
  • Redresseur double alternance en pont complet commandé
  • Redresseur double alternance en pont mixte semi-commandé
6 heures
  Redresseurs monophasés alimentant une charge avec force contre-électromotrice
  • Charge avec force contre-électromotrice
  • Fonctionnement en mode redresseur
  • Fonctionnement en mode onduleur non autonome
  • Fonctionnement en mode chargeur de batterie
  • Fonctionnement en mode injection de l'énergie dans le réseau électrique
3 heures
  Redresseurs triphasés
  • Redresseurs triphasés à diodes simple voie
  • Redresseurs triphasés à diodes en pont complet
  • Redresseurs triphasés commandés simple voie
  • Redresseurs triphasés commandés en pont complet
  • Redresseurs triphasés hybride semi-commandés en pont
  • Applications industrielles
6 heures
  Phénomène d'empiètement et protection des redresseurs
  • Phénomène d'empiètement, principe et opération
  • Impact de l'empiètement sur les caractéristiques du redresseur
  • Chute de tension inductive
  • Calcul du dissipateur thermique: dimensionnement des radiateurs
  • Circuit auxiliaire contre les variations rapides des tension et courant
  • Dimensionnement du circuit de protection des thyristors à l'aide d'un circuit Snubber (R-C)
3 heures
 

Les alimentations à découpages

  • Hacheur abaisseur de tension (dévolteur)
  • Hacheur élévateur de tension (survolteur)
  • Hacheur abaisseur-élévateur (dévolteur-survolteur)
  • Calcul du filtre de sortie pour un hacheur abaisseur
  • Calcul du filtre de sortie pour un hacheur élévateur
  • Calcul du filtre de sortie pour un hacheur abaisseur-élévateur
  • Hacheurs réversibles quatre quadrants
  • Alimentation à découpage type Flyback
  • Application aux chargeurs de batteries, énergie solaire
  • Les panneaux solaires photovoltaïques: principe de fonctionnement, MPPT et caractéristiques
  • Intégration des panneaux solaires-convertisseurs pour les alimentations résidentielles

6 heures

  Onduleurs monophasés et triphasés
  • Onduleurs monophasés
  • Onduleurs triphasés
  • Réglage de la tension et de la puissance
  • Applications industrielles, énergie solaire, entrainement à vitesse variables, machine à courant alternatif
3 heures
        EXAMEN INTRA 3 heures
  TOTAL 39 heures

 

Note : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.

 

 




Laboratoires et travaux pratiques

Il est à noter que le total des heures de laboratoires ou travaux pratiques doit totaliser 24 heures (3 cr.) ou 36  heures (4 cr.)

 

Date Description Heures
  Simulation des systèmes de puissance Initialisation à la simulation des composantes électroniques de puissance. Modélisation des composantes réactives et de puissance. Utilisation de la simulation numérique pour étudier les circuits de puissance, initiation au SimPowerSystem 4 heures
  Les redresseurs monophasés à diodes Étude des structures de base des redresseurs à diodes, montages à simple et à double alternance, montage à transformateur à point milieu et en pont. Calcul des valeurs moyennes et efficaces pour la tension et le courant. Calcul de rendement et comparaison des différentes structures. 4 heures
  Les redresseurs monophasés à thyristors Montages à thyristors à simple et à double alternance à transformateur à point milieu et en pont. Observation de l'effet de l'angle de retard à l'amorçage sur les formes d'onde. Calcul des valeurs moyennes et efficaces en fonction de l'angle de retard à l'amorçage et comparaison des différentes structures. 4 heures
  Le redresseur monophasé à thyristors alimentant une charge R.L.E. Montage à thyristors en pont alimentant une charge RLE. Fonctionnement en mode redresseur et en mode onduleur. Observation des formes d'ondes pour conduction continue et discontinue. 4 heures
  Les redresseurs triphasés  Montage en pont triphasé à thyristors et mixte alimentant une charge active (RLE) : formes d'ondes; empiètement, mesures des grandeurs moyennes et contraintes; application à l'alimentation d'une machine à courant continu à vitesse variable. 4 heures
  Les hacheurs Hacheur à transistors fonctionnant en modulation de largeur d'impulsion.  Hacheur abaisseur, hacheur élévateur de tension.  Alimentation à partir d'une source d'énergie photovoltaique. 4 heures
  Travaux pratiques Une série de six (6) séances de deux (02) heures chacune sera consacrée à la résolution d’exercices types. 12 heures
  Total 36 heures

 

 

 




Utilisation d'outils d'ingénierie
  • Simulations des convertisseurs statiques de l’électronique de puissance à l’aide des logiciels Simulink et SimPowerSystems de Matlab.
  • Caractérisation de la qualité de conversion d’énergie à l’aide d’un analyseur d’énergie
  • Utilisation des équipements de traitement et de visualisation des signaux de puissance
  • Utilisation des différents capteurs de tension et des courants



Évaluation
Description Pondération  Date
Trois (3) devoirs 10 %  
Laboratoires 20 %  

Examen intra

35 %

22 février 2022

Examen final 35 %  

 

Note : Les examens sont d'une durée de trois heures avec toute documentation permise.




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 22 février 2022



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

La politique pour la remise des travaux en retard est la suivante : -10 % par jour de retard, incluant la fin de semaine.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire
  • Notes de cours du professeur
  • Cahier de travaux pratiques
  • Cahier de laboratoires



Ouvrages de références
  1. L. UMANAND, Power Electronics: Essentials & Applications, ( 2017)

  2. Bose, B. K. , Power Electronics And Motors: Advances And Trends(2017)
  3. GUY SEGUIER et PHILIPE DELARUE, Electronique de puissance - 10e éd. - Structures, commandes, applications, 19 août 2015
  4. ANTONI FERANTTI , "Smart grids" : Les réseaux et compteurs d’électricité "intelligents", 4 novembre 2015
  5. SINGH B., CHANDRA A., AL-HADDAD K.  Power Quality: Problems and Mitigation Techniques, ISBN: 978-1-118-92205-7,  Willy 2015, PP. 600
  6. HAITHAM ABU-RUB H., MARIUSZ MALINOWSKI M., AL-HADDAD K., Power Electronics for Renewable Energy Systems, Transportation and Industrial Applications, Wiley-IEEE, July 2014,
  7. Nicolas Patin, Électronique de puissance pour l'industrie et les transports 3, 3 novembre 2014
  8. Christophe Basso , Switch-Mode Power Supplies : SPICE Simulations and Practical Designs(2014)
  9. Erickson , Fundamentals of Power Electronics ( 2013)
  10. Seddik Bacha;Iulian Munteanu;Antoneta Iuliana Bratcu , Power Electronic Converters Modeling and Control: with Case Studies (2013)
  11. Gilles Guerassimoff, Smart Grids. Au-delà du concept, comment rendre les réseaux plus intelligents, 3 janvier 2013
  12. De Femia, Nicola, Petrone, Giovanni, Spagnuolo, Giovanni, Vitel, , Power Electronics and Control Techniques for Maximum Energy Harvesting in Photovoltaic Systems ((2012)
  13. Mohamed A. El-Sharkawi, Electric Energy: An Introduction, Third Edition (Power Electronics and Applications Series) 3rd edition by El-Sharkawi, Mohamed A. (2012)
  14. Fréderic P. Miller et Agnès F. Vandome, Hacheur: Électronique de puissance, Rendement, Transformateur électrique, Alimentation à découpage, Convertisseur Buck, Rapport cyclique, Convertisseur Boost, 4 décembre 2010.
  15. MAYÉ PIERRE, Problèmes corrigés d'électronique de puissance, Dunod, 2013.
  16.  MOHAN, NED, Electric Power Systems, A First Course, Wiley, 2012.
  17. M.D. SINGH, Power Electronics, McGraw Hill series, 2nd ed.2012.
  18. SÉGUIER GUY, Électronique de puissance: Structures, fonctions de base, principales applications, Dunod; 9ième ed., 2011.
  19. LASNE LUC Électronique de puissance, Dunod, 2011.
  20. MAKALLIKARJUNA A. PRASAD, BALASUBBA M. REDDY and S. SIVANAGARAJU, Power Electronics, Prentice-Hall, 2010.
  21. DANIEL HART,  Power Electronics, McGraw-Hill Science / Engineering / Math, 1st ed. , 2010.
  22. TRIPATHY, Power Electronics, Alpha Science International, 2009.
  23. KRISHNA KANT and VINEETA AGRAWAL, Power Electronics, BPB Publications, 2008.
  24. PINARD M.,  Convertisseurs et Électronique de puissance: Commande, description, mise en oeuvreDunod, 2007.
  25. FREDE BLAABJERG, ZHE CHEN and JERRY HUDGINS, Power Electronics for Modern Wind Turbines, Morgan & Claypool Publishers, 1st ed., 2006.
  26. PHILIPPE BARRADE, Électronique de puissance, Presses Polytechniques Romandes, 2006.
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  30. MARIAN KAZEMIRKOWSKI, R. KRISHNAN, FREDE BLABJERG, Control in Power Electronics, Elseivier Science, 2002.
  31. J. MICHAEL JACOB, Power Electronics: Principles and Applications, Delmar Publishers Inc; 1st ed., 2001.
  32. JAI P. AGRAWAL, Power Electronic Systems: Theory and Design, Prentice Hall, 1st ed., 2000.
  33. The Matworks, Power System Blockset, edition 1998.
  34. ASHFAQ AHMED, Power Electronics for Technology, Prentice Hall, 1st ed., 1998.
  35. VEDAM SUBRAHMANYAM, Power Electronics , Halsted Press 1st ed., 1997.
  36. MOHAN, UNDELAND, ROBBINS, Power Electronics Converters Applications and Design, Wiley, 2nd Ed., 1995.
  37. P. C. SEN,  Power Electronics, McGraw-Hill Inc.,US, 2nd Revised ed., 1992.
  38. MARVIN J. FISHER,  Power Electronics, Pws Pub Co, 1991.
  39. LANDER, CYRIL W., Électronique de puissance, McGraw-Hill, 1989.
  40. RASHID, M., Power Electronics, Circuits Devices and Applications, Prentice Hall, 1988.
  41. D. A. BRADLEY,  Power Electronics, Van Nostrand Reinhold, 1987.
  42. SÉGUIER, G., L'électronique de puissance, les fonctions de base et leurs principales applications, Dunod, 1985.
  43. CHAMPENOIS, A., Électronique industrielle, alimentation et thyristors, Éditions du renouveau pédagogique, 1984.
  44. BUHLER, H., Électronique industrielle I : Électronique de puissance, 2e éd., Dunod, 1981.
  45. SÉGUIER , G., L'électronique de puissance, Dunod, 1979.
  46. SCR Manuel Sixth Edition, General Electric, Prentice Hall, 1979.
  47. F. CSAKI and etc., Power Électronics, Akademiai Kiado, 1975.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/




Autres informations
  • Responsable(s) du cours : Professeur Kamal Al-Haddad
  • Coordonnées de l’enseignant : kamal.al-haddad@etsmtl.ca