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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Kamal Al-Haddad


PLAN DE COURS

Hiver 2024
ELE355 : Électronique de puissance I (4 crédits)





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’étudiante ou 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
  • Deux heures  (2 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 en présentiel:

  • Un ordinateur personnel
  • Installation de Matlab 2021b
  • Plateforme d’enseignement à distance :Zoom éventuellement, mais le cours est en présentiel

 



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 13:30 - 15:30 Travaux pratiques aux 2 semaines
Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mercredi 13:30 - 17:30 Laboratoire (Groupe A)
Jeudi 13:30 - 17:30 Laboratoire (Groupe B)
Vendredi 13:30 - 17:30 Laboratoire (C)



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Kamal Al-Haddad Activité de cours Kamal.Al-Haddad@etsmtl.ca A-2461
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 une batterie
  • 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
  • Alimentation à découpage type Flyback
  • Application aux chargeurs de batteries, alimentation à partir des panneaux solaires photovoltaiques
  • Principe de fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques: Fonctionnement à puissance maximum MPPT 

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
  • Application Intégration des panneaux solaires-convertisseurs pour les alimentations résidentielles et pour aimenter le réseau électrique
 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 Power Systems

 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 des courants et tensions. Calcul de rendement et comparaison des différentes structures.

 4 heures
 

Les redresseurs monophasés à thyristors

Montages à thyristors à simple et à double alternance opérant avec et sans transformateurs d'isolation. Observation de l'effet de l'angle de retard à l'amorçage sur les formes d'onde et l'écoulement de la puissance. Calcul des valeurs moyennes et efficaces en fonction de l'angle de retard à l'amorçage et comparaison des différentes structures incluant les ponts mixtes.

 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 chargeur de batterie et en mode onduleur. Calcul de puissance et observation des formes d'ondes pour conductions continue et discontinue. Formes d'ondes avec et sans empiètement. 4 heures
  Les redresseurs triphasés  Montage en pont triphasé à thyristors et mixte alimentant une charge RL:  mesures des grandeurs instantannées et calcul des contraintes. Mesure des puissances active, réactive et apparente. Mesure de facteur de puissance, Facteur de déplacement et le taux de distorsion harmonique. Application à l'alimentation d'une machine à courant continu à vitesse variable. 4 heures
 

Hacheurs et onduleurs monophasés 

Hacheur à transistors fonctionnant en modulation de largeur d'impulsion.  Hacheur abaisseur, hacheur élévateur de tension.  Applications à l'utilisation d'une source d'énergie photovoltaique et aux chargeur des batteries.

 4 heures
  Travaux pratiques Une série de six (6) séances de deux (02) heures chacune sera consacrée à la résolution d’exercices types permettant de mieux comprendre la matière et maîtriser la théorie enseignée dans le cours. 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 Power Systems de Matlab.
  • Caractérisation de la qualité de conversion d’énergie à l’aide d’un analyseur d’énergie
  • Utilisation des équipements de mesures, de traitement et de visualisation des signaux de puissance
  • Utilisation des différents capteurs de tension et des courants
  • Utilisation des charges électroniques
  • Utilisation du système d'aquisition des données LabVolt


Évaluation
Description Pondération 
Trois (3) devoirs 6 %
Quiz 4%
Laboratoires 20 %

Examen intra

35 %
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 20 février 2024



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).



Infractions de nature académique
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/Etudes/citer-pas-plagier). Les clauses du règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS (« Règlement ») 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 qui constituent des infractions de nature académique au sens du Règlement ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignant(e) du cours.



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 oeuvre, Dunod, 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.
  27. PHILIPPE BARRADE, Électronique de puissance, Eyrrol, 2006.
  28. LAROCHE , Électronique puissance: convertisseurs: cours et exer. corriges, Dunod, 2005.
  29. A ASHGAR,  Power Electronics, Prentice-Hall of India Pvt.Ltd , 2004.
  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