Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoà¯dal: exploitation pédagogique

République du bénin

*********

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

*********

Université Nationale Des Sciences, Technologies, Ingénierie et Mathématiques

d'Abomey

École Normale Supérieure de L'Enseignement Technique (ENSET) de Lokossa
Filière : Sciences et Techniques Industrielles

Option : ELECTROTECHNIQUE

Projet Technique et Pédagogique pour l'obtention du Brevet d'Aptitude au
Professorat de l'Enseignement Technique (BAPET)

Thème :

Rédigé par : Esaïe KPOVIESSI

Lieu de stage : ELECTRO-TECHNO situé à Porto-Novo non loin de l'Hôpital El-Fateh

Superviseur :

Dr AREDJODOUN Jacques

Docteur en Génie électrique

Encadreur :

Mr OGOUBIYI Assane

Professeur certifié en Electrotechnique

9ème Promotion

Année Académique

2021-2022

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

FICHE DE CERTIFICATION DE L'ORIGINALITE DU PROJET TECHNIQUE

ET PEDAGOGIQUE.

Je soussigné KPOVIESSI Esaïe certifie que ce travail réalisé sous l'encadrement de Mr OGOUYI Assane, ingénieur, Professeur certifié en Electrotechnique et de Dr AREDJODOUN Jacques, Docteur en Génie Electrique, est original et n'a jamais été présenté pour l'obtention de quelque grade universitaire que ce soit.

L'AUTEUR

Date :
Signature

KPOVIESSI Esaïe



Date : Date :

Signature Signature

Docteur en Génie électrique Professeur certifié en

Electrotechnique

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



Je dédie ce travail à :

? Mes chers parents Ambroise GBESSADE KPOVIESSI & Jeanne HOUNKPEVI. Aucun hommage ne pourrait être à la hauteur des multiples efforts et sacrifices dont vous avez toujours fait preuve pour mon éducation. Merci pour tout l'amour dont vous ne cessez de me gratifier.

? Toute la famille KPOVIESSI

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



Mes sincères remerciements vont à l'endroit de :

+ DIEU Tout Puissant pour tous les bienfaits dont il me fait grâce ainsi qu'à tout mon entourage ;

+ Dr Aristide HOUNGAN, Directeur de l'Ecole Normale Supérieure de l'Enseignement Technique (ENSET) de Lokossa ;

+ Dr G. Richard AGBOKPANZO, chef du département des Sciences et Techniques industrielles (CD/STI) à l'ENSET ;

+ Dr AREDJODOUN Jacques, Docteur en Génie Electrique, pour avoir accepté diriger notre travail malgré ses multiples sollicitations ;

+ Mr OGOUBIYI Assane Professeur certifié en Electrotechnique pour avoir accepté être le Co-superviseur de notre travail ;

+ Tout le personnel enseignant et administratif de l'ENSET Lokossa ;

+ Messieurs les professeurs du Lycée Technique de LOKOSSA pour le travail abattu ;

+ Le Directeur et tout le personnel de l'entreprise ELECTRO-TECHNO pour l'encadrement du stage en entreprise ;

+ Toute la 9ème promotion de l'Ecole Normale Supérieure de l'Enseignement Technique de Lokossa en particulier celle de l'Electrotechnique pour tous les bons moments que vous nous avez fait passer durant ces trois (03) années de dur labeur ; + Tous ceux qui, de près ou de loin et de quelque manière que ce fût, ont contribué à la rédaction de ce mémoire ;

+ Membres du jury, pour l'honneur qu'ils nous ont fait en acceptant d'apprécier notre travail que nous espérons améliorer après les critiques et suggestions.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



+ Introduction générale

+ PREMIER CHAPITRE : Situation professionnelle réelle

> 1 : Présentation de la structure d'accueil

> 2 : Déroulement de stage

+ DEUXIEME CHAPITRE : Projet technique

> 1 : Généralité sur l'onduleur

> 2 : La conception d'un onduleur de 220V, 50Hz à base d'un contrôleur MLI SG3525 et présentation des tests réalisés et les résultats obtenus

+ TROISIEME CHAPITRE : Exploitation pédagogique

> 1 : Présentation du thème centrale et des élèves concernés

> 2 : Présentation et Conduite des leçons + Conclusion

+ REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE + TABLES DES MATIERES

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



UNSTIM : Université Nationale des Sciences, Technologies, Ingénierie et

Mathématiques

ENSET : Ecole Normale Supérieure de l'Enseignement Technique

ONG : Organisation Non Gouvernementale

EL : Electricité

CI : Circuit intégré

MLI : modulation de largeur d'impulsion

CAO : conception assistée par ordinateur

LTP : Lycée Technique Professionnel

TP : Travaux Pratiques

R : Résistance

C : Condensateur

V : Volt

A : Ampère

? : Ohm

AC : Courant alternatif

CC : Courant continue

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



Tableau 1 : Le coût de réalisation de l'onduleur photovoltaïque 41

Tableau 2 : Planification du thème central de la didactisation 45

Tableau 3 : Réseau conceptuel 46

Tableau 4 : Formulation des objectifs pédagogique 48

Tableau 5 : Opérationnalisation des objectifs spécifiques d'une leçon de la

classe de 1^emeA / EL (Electrotechnique) 52
Tableau 6 : Opérationnalisation des objectifs spécifiques d'une leçon de la

classe de 2^emeA / EL (Technologie) 54
Tableau 7 : Opérationnalisation des objectifs spécifiques d'une leçon de la

classe de 3^emeA / EL (Mesures et Essais au Laboratoire) 55

Tableau 8 : Tableau de spécialisation évaluative 67

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



Figure 1.1 :Organigramme d'Electro-Techno 15
Figure1. 2 :Situation géographique d'ELECTRO-TECHNO	16
Figure 2.1 : La représentation symbolique d'un onduleur	25
Figure 2.2 : Onduleur monophasé en demi-pont . 27
Figure 2.3: Onduleur monophasé en pont (pont H)	28
Figure 2.5 Onduleur triphasée	28
Figure 2.6 le schéma synoptique ..30
Figure 2.7 : L'architecture interne du circuit SG3525 ..36
Figure 2.1.8 : le schéma de simulation de l'onduleur push-pull par logiciel
ISIS 38
Figure 2.1.9: Le signaux de commande des MOSFET ..40
Figure 2.2.1 : signal de sortie de l'onduleur 40
Figure 2.2.2: Le circuit à réaliser .	41
Figure 3.1 Champ conceptuel 52

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



La plupart des appareils électriques fonctionnent au courant alternatif de 220V, 50Hz. Afin de les employer dans les milieux isolés à partir de sources courant continue de 12V des batteries ou panneaux photovoltaïque, il est nécessaire d'employer des onduleurs adaptés. L'objectif de ce travail est l'étude et la réalisation d'un onduleur solaire. Pour répondre à ce besoin, on a conçu un onduleur qui convertit l'énergie issue des batteries ou des panneaux voltaïques en tension alternative de 220V/50Hz. Le cahier des charges de cet onduleur indique l'emploi du régulateur MLI SG3525 et du convertisseur PUSH-PULL à MOSFET. Le choix de ces composants est fondé sur les critères de performance, de disponibilité, de maintenabilité et de faible cout.

Mots clés : Onduleur, onduleur push-pull, commande, puissance, contrôleur MLI, CI SG3525, Mosfets



Most electrical appliances operate on 220V, 50Hz alternating current. In order to use them in environments isolated from 12V direct current sources of batteries or photovoltaic panels, it is necessary to use suitable inverters. The objective of this work is the study and the realization of a solar inverter. To meet this need, an inverter has been designed which converts energy from batteries or voltaic panels into alternating voltage of 220V/50Hz. The specifications for this inverter indicate the use of the PWM SG3525 regulator and the PUSH-PULL to MOSFET converter. The choice of these components is based on the criteria of performance, availability, maintainability and low cost.

Keywords: inverter, push pull inventer, control, power, PWM controller, CI SG3525, Mosfets

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Introduction général

La plupart des appareils électroménagers fonctionne avec une tension 230v 50Hz. En occurrence certains appareils tels que : les réfrigérateurs congélateurs, autrement dit les appareils équipés d'un moteur électrique nécessite un courant alternatif sinusoïdal. Ce type de courant est fourni par les alternateurs disponibles dans les centrales électriques. Il faut dire, que le souci de combler le déficit en énergie électrique et d'en disposer en permanence fait que les sources photovoltaïques sont de plus en plus utilisées dans les milieux isolés comme en milieux urbain. Elles sont adaptées pour les récepteurs à courant continu 12V ou 24V.

Cependant il existe des dispositifs de conversion appelé onduleur, qui permet de transformer la tension continue en tension alternative. La tension obtenue à la sortie d'un onduleur solaire peut-être en créneau, quasi-sinus, triangulaire ou sinusoïdale. Sur le marché, les onduleurs les plus rencontrés délivrent la tension créneau ou le quasi-sinus que les gens appellent abusivement sinus. L'utilisation de ses genres d'onduleurs ne favorise pas le bon fonctionnement de certains appareils électroménagers à moteur électrique. Nous assistons le plus souvent au sur-chauffage de ses onduleurs et soit à leurs destructions soit au disfonctionnement de l'appareil qu'ils sont censé d'alimenter. Par contre, le pur sinus existant dans le marché coute excessivement cher. Pour résoudre ce problème, nous avions réalisation un onduleur solaire sinusoïdal dont la tension de sortie a les caractéristiques d'une tension alternative sinusoïdale délivrée par la SBEE; pour cela, envie de faire une exploitation pédagogique le thème faisant objet de notre réflexion est intitulé « Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal ».

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

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Chapitre 1



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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

1.1 Présentation de l'entreprise ELECTRO-TECHNO

1.1.1 Historique et Présentation. 1.1.1.1 Historique

ELECTRO-TECHNO est une organisation non gouvernementale d'obédience industrielle et informatique qui a vu le jour en 2017 et dont le siège social se situe à Porto-Novo au quartier Dowa. Elle a été fondée par un groupe d'ingénieure et de techniciens béninois en électricité bâtiment et se revendique avant tout, être un cadre privilégié de réflexion, de concentration et d'actions au service du développement du Bénin.

Elle est donc la résultante de la volonté d'un ensemble d'individus décidés à mettre en commun leurs connaissances et des ressources en vue d'apporter des solutions aux problèmes que rencontre le Bénin dans le domaine scientifique. Étant dynamique, elle assure l'électrification et la sécurité des bâtiments utilisant l'énergie de la SBEE ou d'énergie électrique photovoltaïque. Elle offre également des formations de qualité sur les installations de systèmes solaires photovoltaïques.

1.1.1.2 Présentation

Au sein d'ELECTRO-TECHNO, se fixent des missions et d'objectifs,

tels que :

1.1.1.3 Mission

La mission d'ELECTRO-TECHNO est de contribuer au développement des sciences et techniques industrielles pouvant offrir aux jeunes la possibilité de développer leurs connaissances grâce aux divers projets de recherches auxquels ils seront soumis au sein de l'ONG. Par ailleurs, elle forme aussi, tous jeunes désireux de faire carrière dans le secteur industriel et bâtiment en électricité afin de leur permettre d'évoluer avec la technologie.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

1.1.1.4 Objectif

L'entreprise ELECTRO-TECHNO a pour objectifs de:

> Produire et promouvoir la vente des kits solaires.

> Faire la conception des plans de dimensionnement, le montage et un devis précis. > Être autonome sur le plan énergétique et faire la promotion de l'Énergie solaire. > inciter des jeunes élèves et étudiants aux Sciences et Techniques Industrielles.

> Soutenir aux organisations privées, publiques ou parapubliques ayant la même vision que l'association.

1.1.2 Structures et performances

Quartier Dowa non loin de l'hôpital EL-FATEH Porto-Novo. ELECTRO-TECHNO est maitre d'oeuvre de plusieurs réalisations à l'intérieur du pays et mène un certain nombre de travaux en électricité bâtiment tels que : Eclairage bâtiment, sécurité bâtiment, installation panneau solaire, montage antenne parabolique, la vente des kits solaire, etc.

1.1.3 Organisation structurelle

L'association est composée des membres actifs, des membres associés ou honoraires. Les membres actifs participent régulièrement aux activités de l'association et sont tenus de s'acquitter de leurs obligations. Les associés ou honoraires sont des personnes physiques ou morales admises par le Conseil d'Administration pour leur contribution dans les domaines d'intérêts de l'association. Les personnels élus de l'association sont :

- Directeur Général

- Directeur commercial

- Directeur Technique

- Chef département des services généraux

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

- Secrétaire commercial - Comptable commercial

- Des personnels pour les réalisations des projets et commande

1.1.4 Performance et organigramme de l'entreprise

L'organisation de la structure hiérarchisée de toute l'équipe administrative d'ELECTRO-TECHNO permet la fidélité à la clientèle et l'efficacité dans le travail. Comme l'indique-la figure ci-dessous, l'organigramme de cette entreprise se présente comme suit :

Direction
Générale

Direction Commerciale

Direction Technique

Département Services Généraux



Secrétariat

Service De vente

Comptabilité

Installation Domestique et Industrielle

Atelier Réparation

Figure 1.1 : Organigramme d'Electro-Techno

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Entreprise de promotion des énergies solaires, ELECTRO-TECHNO est située dans la première von à gauche après l'hôpital EL-FATEH de Porto-Novo. La localisation géographique se présente comme suit (figure 1.2) :



Cinquantenaire

ELECTRO-TECHNO

Pharmacie

AKONABOE

HOPITAL
EL-FATEH

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Figure 1. 2 : situation géographique d'ELECTRO-TECHNO

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

1.2 Déroulement du stage

1.2.1 Travaux effectués en stage

1.2.1.1.1 Relation Stagiaire-Directeur-Encadreur-Ouvrier

Durant une période de douze (12) semaines, nous avons été accueillis dans l'entreprise par les dirigeants, ceux avec qui nous avons eu de très bonnes relations car très souvent ils nous prodiguaient des conseils. Ensuite nous avons été envoyés sur les chantiers de construction des bâtiments scolaires et religieux où ces derniers ont ménagé assez d'effort pour nous aider à bien comprendre les notions aux cours de la réalisation des travaux. ELECTRO-TECHNO étant dynamique et sollicité un peu partout, nous a permis d' intervenir sur divers chantiers et différentes autres structures du domaine comme :

1.2.1.2 Energie photovoltaïque

L'énergie photovoltaïque résulte de la transformation directe de la lumière du soleil en énergie électrique aux moyens des cellules généralement à base de silicium cristallin qui reste la filière la plus avancée sur le plan technologiques et industriel. En effet, le silicium et l'un des éléments les plus abondants sur terre sous forme de silice non toxique.

1.2.1.3 Tâches réalisées

Pour y parvenir, nous avons installé généralement les éléments suivants :

? Un générateur photovoltaïque.

? Un convertisseur statique continu / continu (DC/DC).

? Un convertisseur statique continu / alternatif (DC/AC). ? Un système de régulation et de stockage.

? Une source auxiliaire d'appoints.

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 18

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

1.2.1.4 Avantages et inconvénients de l'énergie solaire.

Les systèmes photovoltaïques présentent un grand nombre d'avantages et d'inconvénients qui sont :

1.2.1.4.1 Systèmes photovoltaïques

Systèmes photovoltaïques ont plusieurs avantages:

- Ils sont non polluants sans émissions ou odeurs discernables.

- Ils peuvent être des systèmes autonomes qui fonctionnent sûrement, sans

surveillance pendant de longues périodes.

- Ils n'ont besoin d'aucun raccordement à une autre source d'énergie où à un

approvisionnement en carburant.

- Ils peuvent être combinés avec d'autres sources d'énergie pour augmenter la

fiabilité du système.

- Ils peuvent résister à des conditions atmosphériques pénibles comme la neige et

la glace.

- Ils ne consomment aucun combustible fossile et leur carburant est abondant et

libre.

- Une haute fiabilité car l'installation ne comporte pas de pièces mobiles, ce qui la

rend particulièrement appropriée aux régions isolées, d'où son utilisation sur les

engins spatiaux.

- Le système modulaire de panneaux photovoltaïques permet un montage adaptable

à des besoins énergétiques variés ; les systèmes peuvent être dimensionnés pour

des applications allant du milliwatt au mégawatt.

- la technologie photovoltaïque présente des qualités sur le plan écologiques car le

produit est non polluant, silencieux, et n'entraîne aucune perturbation du milieu.

- Ils ont une longue durée de vie.

- Les frais et les risques de transport des énergies fossiles sont éliminés.

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

1.2.1.4.2 Inconvénients du système photovoltaïque ont plusieurs avantages: -La fabrication des modules photovoltaïques relève de la haute technologie, ce qui rend le coût très élevé.

-Le rendement réel d'un module photovoltaïque et de l'ordre 10 à 15 %,

-Ils sont tributaires des conditions météorologiques.

1.2.1.5 Quelques montages faits



Photo 1.1 montage de panneau dans une maison dans le village d'ADJARRA HAHAME



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Photo1. 2 : installation panneau solaire dans une maison à SAKETE

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

1.2.2 Électricités bâtiments

1.2.2.1 Descriptions des travaux effectués

Après un bref entretien avec le chef chantier, on a travaillé sur ce chantier. Bien vrai, certains travaux ont été réalisé avant notre arriver, mais malgré cet avancement nous avons reçu quelques explications du chef chantier et des ouvriers sur ces travaux.il s'agit de :

> La pose des tuyaux et encastrage des tuyaux dans le mur.

> Serrage des boitiers.

> Tirage des câbles conducteurs.

> Réalisation des circuits.

> Montage des appareils ménagers.

> Réalisation de la terre. 1.2.2.2 Tâches réalisées

Nous avons réalisé la filerie de toute l'installation électrique du lieu qui consiste à mettre dans les tuyaux posés les fils conducteurs électrique, il est à noter que ces fils sont mis dans les tuyaux selon la fonction à accomplir. Nous distinguons ainsi trois 3 types de fil conducteur électrique à savoir :

- Fil sénégalais, de section 1,5 mm² pour l'alimentation des lampes

- Fil sénégalais de section 2,5 mm² pour l'alimentation des prises de courant Fil sénégalais de section 4 mm² pour la source d'alimentation.

*Pose des appareillages

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Elle consiste à poser les différents appareils qui assureront le bon fonctionnement de l'installation. Nous avons donc posé

- Les appareils de commandes à savoir les interrupteurs et les rhéostats, - Les appareils de protection à savoir les disjoncteurs

- Les récepteurs tel que les lampes et les brasseurs et installé de nouvelles prises électriques, et enfin fixer les brasseurs d'air

1.2.2.3 Quelques réalisations



Photo1.3 : montage des tuyaux, montage de brasseur et serrage des boîtes 1.2.3 Difficultés rencontrées

ELECTRO-TECHNO est comme nous l'avions mentionné ci-dessus, une association à but non lucratif qui contribue au renforcement des capacités des professionnels et étudiants des secteurs informatique et industriel. Cependant, elle rencontre de nombreuses difficultés au nombre desquelles nous pouvons citer :

? L'insuffisance de matériels pouvant servir à la mise en place d'un laboratoire à la hauteur des objectifs de l'association ;

? L'insuffisance du personnel enseignant ;

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 22

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

? Le manque de soutien de la part de l'Etat.

? L'absence du planning d'exécution du chantier

? Le temps relativement court de la période de stage. Ce qui ne facilite pas vraiment le brassage entre le personnel de l'entreprise et les stagiaires.

1.2.4 Suggestions

Pour pallier ces difficultés, nous suggérons à l'endroit des responsables de l'ONG ELECTRO-TECHNO, la mise en place d'une politique d'ouverture visant à agrandir la toile relationnelle de l'association avec les autres associations et organisations du même domaine. Aussi l'Etat devra-t-il venir en aide à l'association à travers des subventions ou des dotations en matériels afin de favoriser le perfectionnement des jeunes dans le domaine des sciences et techniques industrielles

1.2.5 L'enseignement

Avec le perfectionnement des nouvelles technologies, les connaissances pratiques ne peuvent s'acquérir qu'au contact des réalités du terrain, d'où l'intérêt des stages qu'organise l'Ecole Normale Supérieur de l'Enseignement Technique (ENSET) aux étudiants en formation. Notre séjour bien qu'il ne fût pas assez long, il nous a permis de nous immerger dans le monde de notre future profession. Il nous a également permis de capitaliser une certaine expérience dans les domaines de suivi et d'exécution des projets d'électricité bâtiment.

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 23

2. Chapitre 2



REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 24

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.1 Généralités sur les onduleurs 2.1.1 Définition

Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance permettant de délivrer des tensions et des courants alternatifs à fréquence fixes ou variables sous forme d'une alimentation alternative monophasée ou triphasée à partir d'une source d'énergie électrique continue. La représentation symbolique d'un onduleur est donnée par la figure (2.1) :



Figure 2.1 : La représentation symbolique d'un onduleur.

Les onduleurs sont classés selon le type d'application et leurs performances, en deux grandes catégories : les onduleurs autonomes et les onduleurs non autonomes.

2.1.2 Onduleurs autonomes

L'onduleur autonome est un système de commutation à transistors ou à thyristors, dont les instants de commutation sont imposés par des circuits externes, il n'a pas besoin le réseau électrique pour fonctionner. Ils utilisent des batteries pour le stockage et des contrôleurs de charge pour assurer la durabilité de ces batteries. La fréquence et la forme d'onde (amplitude et phase) de la tension de sortie sont imposées à la charge, c'est à dire elles sont propres à ce type d'onduleur.

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 25

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2-1-3 Onduleurs non autonomes(ou assistés)

Un onduleur non autonome est un système de commutation à thyristors, dont les instants de commutation sont imposés par la charge. Dans ce cas, la fréquence et la forme d'onde de la tension de sortie sont imposées au réseau alternatif sur lequel débite ce type d'onduleur.

Ces onduleurs sont employés pour :

? Le transport d'énergie en courant continu. On peut transporter de grandes puissances à très haute tension (de l'ordre du million de volts) par lignes aériennes sur des distances élevées (500-1000 Km) pour lesquelles, les lignes à courant alternatif posent des problèmes délicats (stabilité, pertes...). De plus, le transport sur des plus faibles distances par câbles souterrains dont la capacité très élevée, limite leur emploi en courant alternatif.

? Le freinage par récupération pendant les phases de freinage des moteurs à courant continu. Ils Peuvent fonctionner en génératrices et l'énergie mise en jeu, dans ce cas, peut être récupérée et transférée au réseau alternatif par un onduleur assisté (domaine de la traction électrique à courant continu).

? La cascade hyposynchrone pour le réglage de la vitesse de rotation des moteurs asynchrones à rotor bobiné.

Dans ce travail on s'intéresse aux onduleurs autonomes. Deux types d'onduleurs sont donc utilisés pour assurer une telle conversion

V' Onduleur Monophasé

V' Onduleur Triphasé

2.1.3 Onduleur monophasé

Ce type d'onduleur qui délivre en sa sortie une tension alternative monophasée, est généralement destinée aux alimentations de secours. Trois classes d'onduleurs monophasés sont à distinguer, suivant leur topologie.

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.1.3.1 Onduleur monophasé en demi-pont



Figure 2.2 : Onduleur monophasé en demi-pont Onduleur monophasé en pont (pont H).



Figure 2.3: Onduleur monophasé en pont (pont H) 2.1.3.2 Onduleur push-pull



REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 26

Figure 2.4: Onduleur push-pull

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 27

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.1.6 Problématique et choix du thème

Au cours de notre stage, nous avons remarqué quelques problèmes pendant les activités sur le terrain. Ces problèmes sont liés aux déficits énergétiques des détenteurs de sources d'énergie photovoltaïque dans les installations domestiques pour le pompage d'eau. Ce qui conduit sans doute à des inconvénients comme :

Ø Impossibilité d'utiliser les appareils électroménagers lorsqu'il n'y a pas la

conversion de la tension continue reçu du panneau ou de la batterie en une tension alternative ;

Ø Coût élevé des factures d'électricité pour les utilisateurs de la source local SBEE pour les appareils électroménagères.

Ø Risque de se retrouver dans l'obscurité suite à l'utilisation de toute l'énergie photovoltaïque pour les appareils électroménagers.

Vu les effets de ces problèmes, nous avons jugé très utile de réaliser un onduleur à prix vif permettant l'utilisation de la source photovoltaïque afin de pouvoir utiliser les appareils électroménagères dans les milieux isolés ; sans risque de manquer d'énergie pour l'utilisation domestique et à moindre coût. Ceci pour permettre aux populations d'avoir une indépendance en énergie.

2-1-7 Cahier de charges

Le but de ce projet est de réaliser un onduleur qui répond aux spécifications :

· Tension d'entrée 12V, CC fournie par une batterie ou des panneaux solaires.

· Tension de sortie sinusoïdale 220VRMS, 50Hz, Puissance 100W.

· Utilise un circuit intégré SG3525.

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 28

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

· L'onduleur utilise un convertisseur push-pull.

· La commande utilise un régulateur MLI pour la régulation

2.1.7 Objectif général

L'objectif général est de réaliser un convertisseur d'énergie photovoltaïque ou de la batterie étant continue en alternative pour permettre d'alimenter les appareils électroménagers dans les milieux isolés.

2.1.8 Objectifs spécifiques

L'objectif général visé par ce thème englobe les objectifs spécifiques ci-après :

§ Identifier les différents éléments du dispositif ;

§ Etudier les différents éléments du dispositif ;

§ Réaliser le dispositif ;

§ Tester le dispositif.

2.1.9 Méthodologie

Afin de réaliser ce convertisseur, nous avons mené des démarches afin d'identifier les différentes composants d'électronique pouvant être utile dans sa revalidation. Nous avons aussi faire :

· la consultation des documents ;

· la consultation des anciens mémoires qui sont les très proches de notre thème, des laboratoires ;

· des recherches concernant le thème sur les sites web.

Apres l'analyse des informations collectées sur notre réalisation, nous avons établi un cahier de charges, un schéma synoptique, un schéma électrique de

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 29

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

la réalisation et faire le choix des composants. A la fin de cette étude, une estimation financière de la réalisation a été faite.

2.1.9.1 Résultat attendu

2.1.9.2 Définition

Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion d'énergie électrique de la forme continue (DC) à la forme alternative (AC). En fait, cette conversion d'énergie est satisfaite au moyen d'un dispositif de commande (semiconducteurs). Il permet d'obtenir aux bornes du récepteur une tension alternative réglable en fréquence et en valeur efficace, en utilisant ainsi une séquence adéquate de commande.

2.2 Conception et réalisation de l'onduleur photovoltaïque 2.2.1 Cahier de charge

2.2.1.1 Données techniques

Il s'agira de faire la description d'un onduleur photovoltaïque, de présenter son schéma synoptique et de décrire ses caractéristiques physiques et électriques.

2.2.1.1.1 Description de l'onduleur photovoltaïque

L'onduleur photovoltaïque doit convertir l'énergie électrique issue d'un panneau solaire en onde quasi-sinus. L'onduleur se compose de cinq parties :

1- source d'alimentation.

2- circuit de commande.

3- Circuit de puissance.

4- la charge.

5- Bloc de la régulation

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Le schéma synoptique de la figure.

Source

D'alimentation

Circuit de Commande

La Charge

Circuit de
Puissance

Circuit

Régulation ou

feedback

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 30

Figure 2.6 le schéma synoptique

- Source d'alimentation

C'est un dispositif pouvant fournir de l'énergie électrique. La source d'alimentation utilisée est la batterie 12V ; 75Ah chargée par des panneaux photovoltaïques.

- Circuit de commande MLI

Le circuit de commande permet de générer les signaux de commande au convertisseur push-pull de puissance. Ce circuit utilise un circuit intégré SG3525 qui permet de réaliser plusieurs fonctions notamment de générer les signaux de commande et de moduler la largeur d'impulsion (Modulation MLI) en fonction des signaux émanant du circuit de feedback. Ainsi le circuit assure la régulation de la tension de sortie et les protections contre la surcharge ou court-circuit au niveau de la charge.

- Circuit de puissance

Cet étage est formé d'un transformateur à point milieu et deux MOSFET connectés dans une configuration push-pull ; ils jouent le rôle d'interrupteurs Q1 et Q2. Les MOSFET Q1, Q2 sont de type IRF630 sont utilisés dans ce circuit parce qu'ils peuvent fournir la puissance requise dans le cahier des charges et qu'ils sont disponibles sur le marché et que leur cout est réduit. Les principales caractéristiques de ces MOSFET : VDS max = 200V, une résistance RD Son<400m? et un courant

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de Drain ID max= 9A. (Annexe(f).

Le transformateur permet d'élever la tension alternative de 12V/50Hz en une tension alternative de 220V/50Hz. Puisque la tension générée par le circuit push-pull au primaire a une forme d'onde d'une sinusoïde modifiée, c'est-à-dire qu'elle contient des harmoniques importantes, on ajoute au secondaire du transformateur un filtre passe-bas pour obtenir une onde à la charge

- la charge

La charge est connectée pour recevoir l'énergie délivrée par l'onduleur. Elle peut être une lampe, un moteur ou autre type de convertisseur d'énergie électrique qui fonctionne au courant alternative 220V, 50Hz. La puissance de cette charge ne doit pas dépasser 100W.

- Circuit de régulation ou feedback

Maintenir constante la tension de sortie de l'onduleur même lorsque la charge varie, nécessite l'introduction d'une boucle de régulation qui permet de modifier le rapport cyclique des signaux de commande dans le sens requis pour garder la tension de sortie constante a 220V. Désormais, le CI SG3525 intègre dans son boitier la fonction de régulation MLI qui sert a de la régulation pour maintenir la tension de sortie de 220V/50Hz constante. Le circuit de régulation est formé d'un petit transformateur abaisseurs 220V/9V qui est ensuite redressé à l'aide d'un pond redresseur a diode et ensuite à l'aide un diviseur de tension, il produit une tension continue de 2,5V qui sera appliquée à l'entrée d'un amplificateur opérationnel interne du CI. L'amplificateur opérationnel génère un signal d'erreur en fonction de la différence entre les deux signaux. Le CI utilise ce signal d'erreur pour modifier le rapport cyclique de l'oscillateur dans le sens approprié pour augmenter la tension et la réduire de manière à la maintenir constante sur 220V, 50Hz. Ainsi la régulation de la tension de l'onduleur fonctionne.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.2.1.1.2 Travail à faire

En se basant sur les données techniques, le travail à faire considéra à :

- Présenter le principe de fonctionnement de l'onduleur

- dimensionner de l'onduleur

- Simuler l'onduleur par la méthode de conception assisté à l'ordinateur (CAO)

- Relever la forme du signale à la sortie de commande de MOSFET et à la sortie

de l'onduleur

- Réaliser l'onduleur

- Mesurer la valeur à la sortie de l'onduleur

- Tester le prototype réalisé en charge

- Procéder à l'évaluation économique de l'onduleur

- Présenter l'exploitation pédagogique de l'onduleur

2.2.1.2 Principe de fonctionnement de l'onduleur

L'oscillateur interne du contrôleur SG3525 est fixé sur une fréquence 50Hz à l'aide de la valeur de la capacité CT (pin5-pin12) et RT (pin6-pin12) et RD (pin7-pin5). Afin d'obtenir une fréquence de 50Hz, la fiche technique ou Datasheet du CI SG3525 indique pour cela CT=1uF

RT= (1k+potentiomètre), DT= 22 ohms. La formule de calcul de la fréquence est approximativement :

Fréquence en Hz f = 1/ [CT (0.7 RT + 3 RD)]. Du fait de l'étage push-pull divise la fréquence par deux, afin d'obtenir une fréquence de 50HZ a la charge ; la fréquence de l'oscillateur du CI est fixée sur 100Hz avec précision grâce au potentiomètre. RD A pour rôle d'introduire un temps mort entre les signaux de sortie du CI. Ce temps mort permet d'éviter la commutation des deux MOSFET du push-pull en même temps durant la transition entre les états ON et OFF.

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Les pins 11 et 14 délivrent les signaux de sortie du CI qui commandent les MOSFET du push-pull par intermédiaire de R=100?. L'intérêt de ces résistances est de protéger les MOSFET lors des transitions.

2.2.1.2.1 Utilisation et la description sur les broches de SG3525

Le circuit intégré (CI) SG3525 est formé d'un seul boitier qui intègre plusieurs circuits spécialisés parmi lesquels on distingue la commande MLI, les protections et l'étage de sortie. La figure 2.6 présente l'architecture interne du circuit.



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Figure 2.7 : L'architecture interne du circuit SG3525.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

L'article explique le fonctionnement des différents pins du SG3525 qui est régulateur sur le signale des impulsions avec largeur modulé (MLI). Essayons de comprendre dans les détails :

Pin 1 (INV. Input) et Pin 2 (Non inv. Input) : des entrées de l'amplificateur opérationnel, amplificateur d'erreur intégré du CI. L'erreur est utilisée pour modifier le rapport cyclique des tensions de sortie Pin 11 et Pin 14.

Pin 3 (Syn.) : Cette broche peut être utilisée pour synchroniser le circuit intégré avec une fréquence d'un oscillateur externe. Cela se fait généralement lorsque plusieurs circuits intégrés ont utilisés et qui nécessitent d'être synchronisés avec une fréquence d'un oscillateur commun.

Pin 4 (OSC Out) : c'est le signal de sortie de l'oscillateur du CI.

Pin 5 (CT) et Pin6 (RT) : ces broches sont connectées à des résistances et des condensateurs externes pour fixer la fréquence de l'oscillateur interne.

Pin 7 (DT) : Ce pin est utilisé pour fixer le temps mort (Dead time), entre la commutation des deux sorties (A et B). Une résistance connectée entre ce Pin 7 et la masse fixe le temps mort.

Pin 8 (Soft-Start) : est utilisé pour démarrer le fonctionnement du CI lentement pour éviter le choc brutal électrique du démarrage. Un condensateur connecté entre ce Pin et la masse réalise cette fonction.

Pin 10 (Shutdown) : est utilisé pour bloquer les signaux de sortie du CI en cas d'un défaut de fonctionnement du circuit.

Pin 11(sortie A) et Pin 14(sortie B) : ces deux sorties de CI fonction dans une configuration push- pull.

Pin 12 (Ground) : ce Pin est connecté directement à la masse du circuit.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Pin 13 (Vc) : ce Pin est connecté à l'alimentation de l'étage de sortie qui commande le convertisseur push pull de puissance. Vc est comprise entre 4.5V et 35V.

Pin 15 (Vcc) : ce Pin est l'alimentation de la partie logique interne du CI. Vcc est comprise entre 8V et 35V.

Pin 16 (Vréf) : ce Pin fourni une tension de référence stable de 5.1V interne. Cette tension peut être utilisée pour la régulation du rapport cyclique à l'aide de l'amplificateur opérationnel d'erreur Interne du CI

2.2.1.3 Dimensionnement et choix de composant.

2.2.1.3.1 Dimensionnement

Pour faire le dimensionnement et le choix des composants de l'onduleur photovoltaïque, nous allons prendre en compte les caractéristiques électriques et physiques fournissent par les données techniques. Pour ce faire, nous avions procédé par simulation en utilisant le logiciel de conception assisté par l'ordinateur Proteus ISIS.



Figure 2.18 : le schéma de simulation de l'onduleur push-pull par logiciel

ISIS

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.2.1.3.2 Choix de composant

Après simulation, à partir des données technique du cahier des charges,

les composants suivants nous ont permis d'obtenir la courbe de la figure

2.2.1.

Il s'agit de :

- Transistor de commutation T1 et T2, MOSFET IRF630

- Circuit intégré permettant la commande MLI, SG3525

- Le condensateur C1=1uF, =C3=C4=C5=10nF C6=C7=C8=10nF

- La résistance R1=22?, R2=R4=R8=1K?, R3=4.1K?, R5=R6=100?,

R7=22?, R9=2.2K?

- Le potentiomètre RV1=5k?, RV2=50k?, RV3=10k?

- La batterie 12V ; 75Ah

- Transformateur 12V/220V, 50Hz et 220V/09V, 50Hz

2.2.1.4 Résultats des simulations

2.2.1.4.1 Simulation de l'onduleur push-pull par logiciel ISIS

Il est composé de deux transistors Q1 et Q2 (MOSFET) de type IRF630, un transformateur à point milieu et batteries de 12V, la porte NOT qui inverse le signal de commande avant de l'appliquer à la gâchette du MOSFET.

Nous n'avons pas simulé le fonctionnement du contrôleur MLI SG3525 parce que le logiciel Proteus ISIS n'inclus les paramètres du CI SG3525 dans sa bibliothèque interne. En effet, nous avons simulé le fonctionnement de ce CI en générant ses signaux de sortie à l'aide d'un générateur de tension carrée fixé à la fréquence de 50Hz et une amplitude de 10V. De cette façon nous avions simulé le fonctionnement de l'onduleur. Les résultats obtenus sont illustré par les figures suivantes (2.1.9).

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



Figure 2.1.9: Les signaux de commande des MOSFET



Figure2.2.1 : signal de sortie de l'onduleur.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.2.2 Réalisation d'un onduleur

2.2.2.1 Etude et réalisation d'un onduleur

L'étude théorique que nous avons donnée dans les chapitres précédents, nous facilitera la réalisation du projet.

Le problème major c'est comment obtenir en sortie est une tension alternative de 220V à une fréquence de 50Hz, à partir d'une tension de 12V.



Figure 2.2.2: Le circuit à réaliser

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal



2.2.3 Réalisation du dispositif expérimental

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Photo 4 : Réalisation du circuit d'onduleur



Photo 5: Réalisation de l'onduleur

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

2.2.4 Tests sur l'onduleur

L'essaie à vide est fait pour mesurer la tension de sortie de l'onduleur. Le multimètre est calibré à 750V AC. Nous mesurons 226V à la borne de l'onduleur.



Nous avons essayez avec une lampe de 220V 50Hz. Nous voyons que la lampe s'allume normalement.



Photo 7 : Essai en charge sur l'onduleur

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2.2.5 Estimation financière de la réalisation

Elle consiste à évaluer le prix de revient du dispositif. Les prix en francs CFA ont été relevés sur le marché au mois de juin 2022

2.2.5.1 Coût de réalisation

C'est l'estimation financière du système sans marge bénéficière Tableau 1 : Le coût de réalisation de l'onduleur photovoltaïque

Désignations	caractéristiques	quantités	Prix unitaire	Prix total
Transformateur	220V/12V	01	3000	3000
Transformateur	220V/9V	01	3000	3000
CI SG3525	CI	01	1500	1500
Transistor Mosfert	IRS 630S	02	1000	2000
Résistances	22 ?	02	200	400
Résistances	100 ?	02	200	400
Résistance	1K?	03	200	600
Résistance	2.2K?	01	200	200
Résistance	4.1K?	01	200	200
Résistance variable	5K?	01	400	400
Résistance variable	50K?	01	400	400
Résistance variable	10K?	01	400	400
condensateur	1uF	01	200	200
condensateur	100nF	04	200	800
condensateur	10nF	03	200	600
Diode de redressement	1N4002	04	100	400
Rouleau d'éteint		01	900	900
Voltmètre		01	8000	8000
Mètre de câble souple	3 x 1,5mm^2	01	400	400
boitier		01	1200	1200

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Support fusible	15A	01	250	250
fusible	15A	01	200	200
Vérobord		01	1200	1200
Main d'oeuvre	.		10000	10000
Total partiel				36650
TVA (18?)				6597
Total				43247

Ce tableau montre que le coût financier de réalisation de la maquette de l'onduleur est estimé à 36650 FCFA.

2.2.5.2 Coût de cession

C'est le coût de vente de l'onduleur afin de tirer un profil minimum de notre conception. Fixons la marge bénéficiaire à 10? du cout de réalisation.

Le coût de cession de l'onduleur est 47600FCFA

2.2.6 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons effectué la conception et la réalisation d'un onduleur capable de convertir le courant continu d'une batterie ou d'un panneau solaire en une tension de 220V/50Hz. Grâce à l'emploi du CI SG3525, l'onduleur réalisé fonctionnent correctement, facile à réaliser et qu'il est très peu couteux. Ainsi, les résultats obtenus s'alignent nettement avec les objectifs et le cahier décharges fixé au départ de ce projet.

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Chapitre 3



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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.1 Présentation du thème centrale et des élèves concernés 3.1.1 Présentation du thème central

Il s'agit ici de didactiser le thème, c'est à dire transformer en objets d'enseignement, des situations d'entreprise. En partant donc des situations réelles complexes provenant de l'environnement économique et social, il faut traiter ces situations par rapport à des objectifs de formation.

Cette approche de didactisation est importante pour la formation dans le sous-secteur de l'enseignement technique et professionnel qui vise à préparer et outiller les techniciens professionnels pour leur prestation de qualité au développement économique de la nation béninoise.

Ainsi, le technicien en électrotechnique, au cours de sa formation devra être préparé à intervenir efficacement sur les systèmes électriques existants et à venir. Cette aptitude lui permettra non seulement d'intervenir sur les équipements mais aussi de concevoir des systèmes nouveaux pour accroître le rendement des entreprises.

Les différents travaux menés au cours de notre stage et les expériences professionnelles vécues nous ont permis d'opérer comme choix du thème central de didactisation : étude des composants électronique d'un onduleur solaire sinusoïdal > >.

L'objectif principal de ce travail est d'amener les élèves à réaliser eux-mêmes un tel dispositif en se basant sur la pédagogie par projet technique centrée sur l'approche et l'analyses systémiques.

3.2. Elèves concernés

La didactisation de ce thème rentre en droite ligne dans le cadre de l'exécution du programme d'enseignement dans les spécialités de Sciences Technique et Industrielle. Les élèves concernés sont ceux du premier cycle de la filière

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

électricité. Toutefois une planification rigoureuse dudit thème nous permettra de connaitre non seulement le profil des élèves, mais surtout de cerner les disciplines et les sous thèmes concernés.

3.2.1 Planification du thème central de la didactisation

La planification du thème central consiste à confronter les thèmes sur lesquels il est centré avec le programme de formation en vigueur afin d'en dégager les différentes classes et disciplines concernées. Le tableau ci-dessous présente la planification de ce thème central à didactiser :

Tableau 2 : Planification du thème central de la didactisation

Matières	Classes
	1ère A / EL	2ème A / EL	3ème A / EL
Matières aux programm es d'étude	Mesures et Essais	Mesures et Essais	Mesures et Essais
	Electrotechnique	Electrotechnique	Electrotechnique
	Travaux pratiques	Travaux Pratiques	Travaux Pratiques

Le tableau de planification du thème central de la didactisation montre que toutes les classes du niveau I de la série Electricité sont concernées par le thème de la didactisation.

3.3.2 Démarche conceptuelle

Elle consiste à construire le réseau et le champ conceptuel afin de présenter concrètement le thème de la didactisation.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.3.2.1 Réseau conceptuel

Grâce à ce réseau, le thème central est situé dans les référentiels de formation. Il y aura donc pour chaque classe, la composante de la situation réelle correspondante. Pour concevoir ce réseau, nous avons identifié les différentes notions indispensables à la réalisation de ce dispositif électronique et cela par promotion d'élèves.

Tableau 3 : Réseau conceptuel



Le tableau du réseau conceptuel ci-dessus, montre que le thème central de la didactisation concerne toutes les classes du niveau I et que différents sous- thèmes peuvent être développés dans différentes classe.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.2.2 Champ conceptuel

C'est la deuxième étape de l'analyse. Toutes les notions que l'élève doit acquérir sont définies ici. Ces notions sont complètes, articulées et non disjointes



Etude et réalisation d'un onduleur solaire

Figure 3.1 Champ conceptuel

3.3 Document à réaliser

Pour passer d'une situation d'entreprise à une situation d'apprentissage l'on doit confectionner un certain nombre de documents susceptibles de faciliter la mise en oeuvre du savoir et du savoir-faire pour réaliser et utiliser un onduleur solaire sinusoïdal. Les documents que nous pensons être utiles à l'enseignement un onduleur solaire sinusoïdal sont d'une part des documents de formulation des objectifs pédagogiques, d'opérationnalisation des objectifs pédagogiques, des fiches

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pédagogiques et d'autre les documents élevés.

3.3.1 Formulation des objectifs pédagogiques

Les objectifs pédagogiques expriment les capacités à atteindre, le savoir et le savoir-faire nécessaires pour maîtriser les compétences recherchées.

Il est alors nécessaire de définir pour chaque séquence les objectifs qui vont permettre d'acquérir ces compétences.

Le tableau suivant regroupe les objectifs pédagogiques que nous avons définis en tenant compte du niveau, du type des élèves et la nature de l'enseignement à dispenser :

Tableau 4 : Formulation des objectifs pédagogique

Cl ass e	Discipline	Compétence visée	Objectif Général	Objectifs Spécifiques
				- Donner les tensions
	Electrotechniq	Le	Etudier	U1 et U2 en fonction
1ère	ue	condensateur	l'association d'un condensateur	de Q, C1 et d'un condensateur - Déterminer l'expression de la tension U en fonction
A /				de Q et C
EL				-Donner la formule de l'association en série de deux condensateurs
				C1 et

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	Travaux Pratiques	Circuit imprimé	Réaliser un circuit imprimé	-Réaliser le typon sur le calque -Choisir la plaquette pré sensibilisée -Utiliser l'insoleuse et la solution révélatrice -Procéder au perçage
2eme A / EL	Technologie	Le potentiomètre	Décrire un potentiomètre.	- Donner la définition de potentiomètre - Représenter le symbole d'un potentiomètre -Donner la formule de l'association en série de deux condensateurs C1 et
3ème A / EL	Mesures et Essais	Essais en charge d'un transformateur monophasé	réaliser l'essai en charge d'un transformateur monophasé	-Réaliser le montage de l'essai en charge d'un transformateur - Tracer la caractéristique U2 = f (I2)
	Electrotechniq ue	Transformateur monophasé dans l'approximation de Kapp	Modéliser un transformateur monophasé dans l'approximation de Kapp en retrouvant les différentes grandeurs caractéristiques	-Tracer le modèle équivalent d'un transformateur. -Calculer les éléments du transformateur à partir des résultats des essais à vide et, en charge. -Calculer la puissance au secondaire et le rendement du transformateur monophasé

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

		Transformateur	Expliquer le	-Définir le
	Technologie	s	principe de fonctionnement d'un transformateur	transformateur -Donner le rôle du transformateur -Citer les éléments constitutifs d'un transformateur
	Travaux	Alimentation	Réaliser une	-Choisir le redresseur, le régulateur et le
	Pratiques	régulée	alimentation régulée	condensateur de filtrage.
				-Câbler le redresseur, le condensateur de filtrage et le régulateur
		Devis descriptif	Réaliser le devis	-Etablir la liste des
		et estimatif	descriptif et estimatif	matériels -Etablir les devis descriptif et estimatif

3.3.2 Opérationnalisation des objectifs pédagogiques Opérationnaliser un objectif, c'est exprimer clairement :

· Les performances attendues ;

· Les conditions matérielles ;

· La qualité du travail que nous attendons de l'élève.

Les tableaux suivants présentent matière par matière, classe par classe l'opérationnalisation des objectifs pédagogiques que nous avons dénombrés précédemment :

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.3.2.1 Objectif pédagogique et spécifique de la leçon 1

Matière : Electrotechnique Classe :1^ereA/EL

Masse horaire : 01 heures

OBJECTIF S SPECIFIQU ES	ON DONNE	ON DEMANDE DE	ON EXIGE	CONTENU S
Donner les		- Identifier	-Une bonne	Constitution
tensions U1 et		les tensions	lecture et parfaite	d'un
U2 en		U1 et U2 de	compréhension	condensateu
fonction de Q, C1 et d'un condensateur	-Document	l'association série du condensateur -Déterminer l'expression d'U1 en	du document élève	r
	élève n°1	fonction de	-Le respect du
	Activité 1	Q, C1 et d'un condensateur -Déterminer l'expression d'U2 en fonction de	temps imparti -Une bonne description du condensateur
		Q, C1 et d'un condensateur

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Déterminer		-Citer les	-Une	Types de
l'expression		différents	compréhension	condensateu
de la tension		types de	correcte	rs et leurs
U en fonction		condensateur	-Le respect du	symboles
de Q et C		s	temps imparti
		- Identifier leurs symboles	-Une bonne attribution des symboles aux types correspondants
Donner la		-Citer	-Une	Rôles du
formule de		quelques	compréhension	condensateu
l'association en série de deux condensateur s C1 et		rôles du condensateur	correcte -Le respect du temps imparti -Une identification ponctuelle des rôles demandés	r

Tableau 5 : Opérationnalisation des objectifs spécifiques d'une leçon de la classe
de 1^emeA / EL (Electrotechnique)

3.3.2.2 Objectif pédagogique et spécifique de la leçon 1

Matière : Technologie Classe: 2^eme A / EL

Masse horaire : 01 heure

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

OBJECTIFS SPECIFIQUES	ON DONNE	ON DEMANDE DE	ON EXIGE	CONTENUS
Donner la définition de potentiomètre	-Document élève n°2 -Activité2	-Donner la constitution du potentiomètre Donner le rôle du potentiomètre	-Une bonne lecture et parfaite compréhension du document élève -Le respect du temps imparti -Une bonne définition	Définition de Potentiomètre
Représenter le symbole d'un Potentiomètre		-Donner le symbole d'un potentiomètre	-Une compréhension correcte -Le respect du temps imparti -Une bonne représentation du Symbole	Symbole d'un potentiomètre
Donner les différentes modèle du potentiomètre		Citer les modelés du potentiomètre	-Une compréhension correcte -Le respect du temps imparti - Une bonne	Différents modèle de potentiomètre

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sélection des

Différents modèles de

potentiomètres

Tableau 6 : Opérationnalisation des objectifs spécifiques d'une leçon de la classe de 2^emeA / EL (Technologie)

3.3.2.3 Objectif pédagogique et spécifique de la leçon 1 Matière : Mesures et Essais au Laboratoire

Classe : 3^eme A / EL

Masse horaire : 02 heures

Objectifs spécifiques	On donne	On demande de	On exige
	-Activité	-Réaliser le
Réaliser le	-un	montage	-Une bonne
montage de	transformateu	-Faire varier	réalisation du
l'essai en	r monophasé	l'intensité du	montage
charge	-Un rhéostat	courant au	-Une bonne lecture
du	-Des cordons	secondaire I2	des appareils de
transformateur	-Une source	Relever pour	mesure -Huit
	fixe de	chaque valeur	valeurs de
	tension	d'I2 la valeur	l'intensité de
	alternative	de la tension	courant secondaire

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

	-Un voltmètre	secondaire U2	-Un tableau de
	-Un ampèremètre	correspondante	relevé
	- Formules	-Calculer le	-Respect des
Tracer la	-Papier	rapport de	formules Une
caractéristique	millimétré	transformation	bonne tracée de la
U2 = f(I2)		pour une valeur d'I2. Tracer la caractéristique U2 = f(I2)	caractéristique U2=f(I2) - Une bonne observation de la caractéristique tracée

Tableau 7 : Opérationnalisation des objectifs spécifiques d'une leçon de la
classe de 3^emeA / EL (Mesures et Essais au Laboratoire)

3.3.3 Conception des fiches pédagogiques

Nous avons préparé trois leçons suivant les années d'étude du premier cycle de l'enseignement technique et professionnelle de la série EL (électricité) : Une fiche pédagogique de la classe de première année en Electrotechnique sur le thème « Le condensateur ».

o Une fiche pédagogique de la classe de deuxième année en Technologie sur le thème « Le potentiomètre ».

o Une fiche pédagogique de la classe de troisième année en Mesure et Essais au

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Laboratoire sur le thème « Essais en charge d'un transformateur monophasé ».

Ces fiches pédagogiques à concevoir, permettrons aussi de mettre en exergue la conception des activités et des fiches de synthèse de ces documents élèves à réaliser.

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FICHE PEDAGOGIQUE : no 1
Matière : Electrotechnique	: L'association condensateur	série d'un condensateur			CLASSE : 1ere A / EL EFFECTIF : ---- TEMPS IMPARTI : 1h DATE : ----
Thème de la leçon
Objectif général de la leçon : Etudier l'association
MISE EN SITUATION (5min)		électronique que l'on rencontre dans la quasi-totalité des objets techniques et donc dans les schémas structurels électroniques
Rappel : Enoncez	la loi de Coulomb. sur les condensateurs condensateur est un composant
Pré requis : Notions
Motivation : Le
correspondants
SEQUENCES No	OBJECTIFS OPERATIONNELS	STRATEGIE PEDAGOGIQUE		SAVOIRS ASSOCIES (Contenu de la leçon)	MATERIEL DIDACT IQUE		DUREE	OBSERVATIONS
		Taches proposées aux élèves	Organisation des échanges
1	Donner les tensions U1 et U2 en fonction de Q, C1 et d'un condensateur	Activité 1 Tache1	Travail individuel Plénière	les tensions U1 et U2 en fonction de Q, C1 et d'un condensateur	Document élève		10min
2	Déterminer l'expression de la tension U en fonction de Q et C	Activité 1 Tache2	Travail individuel Plénière	Déterminer l'expression de la tension U en fonction de Q et C	Document élève		10min
3	Donner la formule de l'association en série de deux condensateurs C1 et	Activite1 Tache3	Travail individuel Plénière	la formule de l'association en série de deux condensateurs C1 et	Document élève		20min
Synthèse de la leçon : (12min) voir fiche de synthèse
Evaluation formative : (3min) 1- Donnez la constitution d'un condensateur. 2-Representez le symbole du condensateur non polarise 3-Donnez la formule de l'association en série de deux condensateurs C1 et
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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.2.1.1. Fiches pédagogiques de 2eme A / EL

Matière : Technologie	leçon : Le potentiomètre	un potentiomètre.				Année scolaire : 2021-2022		Date :
						Classe : 2^ème AI/EL Effectif :
Thème de la
Objectif général de la leçon : Décrire						Temps imparti : 1h
MISE EN SITUATION (5min)		de commande qui, contrairement aux interrupteurs, offre la possibilité de réglage.
Rappel : Citez	les différents types de canalisations. Notions sur le potentiomètre : Le potentiomètre est un appareil
Pré requis : Motivation
N° des séquences	Objectifs opérationnels	Stratégies pédagogiques		Savoirs associés	Matériels didactiques		Durée	Observations
		Tâches proposées aux élèves	Organisation des échanges
1	Donner la définition de potentiomètre	Activité 2 Tâche1	Travail individuel Plénière	Définition de potentiomètre	Document élève		20 min
2	Représenter le symbole d'un potentiomètre	Activité 2 Tâche2	Travail individuel Plénière	Symbole d'un potentiomètre	Document élève		10 min
3	Donner les différents modèles de potentiomètre	Activité 2 Tâche3	Travail individuel Plénière	Différents modèles de potentiomètre	Document élève		10 min
Synthèse de la leçon :(voir fiche de synthèse)		page 50
Evaluation formative ; 3mn 1) Donner		le rôle du potentiomètre 2) Représenter le symbole du potentiomètre 3) Citer les catégories de potentiomètre
du tableau
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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Fiche pédagogiques 3^eme A/EL
Spécialité : Électricité Matière : Technologie Thème de la leçon : Transformateur Objectif général de la leçon : Expliquer le principe de fonctionnement d'un transformateur					Classe : 3AI/EL Effectif : Date :.../.../20.... Temps imparti : 1 heure
Mise en situation : (5 min) Rappel de la dernière leçon : L'inductance d'une bobine Prérequis : Les flux magnétiques Motivation : La tension électrique peut être augmentée comme diminuer
N° des séque nces	Objectifs spécifiques	Stratégies pédagogiques		Savoirs associés (contenu de la leçon)	Matériel didactique	Durée	Observations
		Tâches proposées aux apprenants	Organisation des échanges
1	Définir le transformateur	Activité 3 Tache 1	Travail individuel Plénière	Définition du transformateur	Document élève	10 min
2	Donner le rôle du transformateur	Activité 3 Tache 3	Travail individuel Plénière	le rôle du transformateur	Document élève	15 min
3	Citer les éléments constitutifs d'un transformateur	Activité 3 Tache 4	Travail individuel Plénière	Constitution d'un transformateur formateur	Document élève	10 min
Synthèse de la leçon : (voir fiche de synthèse)		(10 min)
Évaluation formative : (10 min)
1. Identifiez les bornes d'un transformateur 2. Citez deux éléments constitutifs d'un transformateur 3. Décrivez le principe de fonctionnement du transformateur.
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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Document élève N^oA

Matière : Electrotechnique

Thème : Association du condensateur

Objectif général : Etudier l'association d'un condensateur Activité 1 : Le condensateur

Pour calculer la capacité équivalente de deux condensateurs C1 et montés en série, Satingo un élève de la première année électricité écrit C= Cl +. Son professeur d'électrotechnique le surprend avec cette écriture incorrecte, pour l'aider à résoudre son problème, ce dernier lui fait le schéma de la figure et ajoute les informations suivantes.

? Deux condensateurs montés en série porte les mêmes charges électriques Ql=Q2=Q

? La charge Q d'un condensateur de capacité C de tension au borne U est ; Q=CxI

C1



U1 U2

Consigne : Après avoir lu attentivement le document ci-après, aidez Ronald à obtenir des réponses à sa préoccupation en exécutant les tâches suivantes.

Tâches

1) Exprimez les tensions U1 et U2 en fonction de Q, C1 et .

2) A- Ecrivez l'expression de la tension U en fonction de Q et C sachant que C est la capacité équivalente de l'association.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

B- Sachant que U = Ui + U2 , Ecrire l'expression de Q, C1 et 3) déterminez la capacité équivalente C de l'association

Stratégies et durée de travail

Travail individuel : 20min Plénière : 20min

Fiche de synthèse élève N^oA

Résultat attendu

1- Les tensions U1 et U2 en fonction de Q, C1 et .

2-

A- L'expression de la tension U en fonction de Q et C sachant que C est la capacité équivalente de l'association.

B- L'expression de Q, C1 et , Sachant que

3- La capacité équivalente C de l'association

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Document élève N°B

Thème : Le potentiomètre Matière : Technologie

Objectif général de la leçon : Décrire un potentiomètre. Activité 3 : Le potentiomètre

Yssegnon est un élève en classe de 2ème année EL dans un lycée technique de la place. Pendant les congés de détente, il décida de se rendre chez son oncle Kpêdogbe, électronicien pour y passer quelques jours. Un matin alors que ce dernier allait dans son atelier, son neveu décide de l'accompagner afin de ne pas s'ennuyer à la maison. Au cours de sa visite dans l'atelier, Yssegnon voit un assemblage d'éléments électronique ou l'oncle tourne un composant électronique. Curieux d'en savoir plus sur le fonctionnement de ce composant électronique, il questionna alors son oncle qui lui répondit avec le document suivant :

DOCUMENT

Un potentiomètre est un élément résistif possédant trois bornes deux correspondent aux extrémités du corps de la résistance, et l'autre est reliée à un curseur qui peut se déplacer, faisant ainsi varier la résistance par rapport aux deux autres bornes, et par conséquent la tension de sortie. Symbole associé



Nous avons plusieurs modèles de potentiomètres :

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Potentiomètre ajustable 1 tours : montage horizontale ou vertical Potentiomètre ajustable multi-tours (15 ou 25 tours) : pour les réglages fins mais leur coût est plus élevé



Potentiomètre de tableau : la valeur de la résistance peut être changée par l'utilisateur (modification du volume d'une chaîne HI-FI).



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Modèle rotatif



Modèle linéaire à glissière (table de mixage)

Consigne : Après avoir lu attentivement le document ci-après, aidez André à obtenir des réponses en exécutant les tâches suivantes.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Tâche

1) Donnez la définition de potentiomètre.

2) Reproduire le symbole d'un potentiomètre.

3) Donnez les différents modèles de potentiomètre. Stratégies et durée de travail

Travail individuel : 20min Plénière : 20min

Fiche de synthèse élève N^oB

Résultat attendu

1) Définition du potentiomètre

Un potentiomètre est un élément résistif possédant trois borne deux correspondant aux extrémités du corps de la résistance et l'autre relier à un curseur qui peut déplacer, faisant ainsi varier la résistance par rapport aux deux autre borne et par conséquent la tension de sortie.

2) Symbole d'un potentiomètre



3) Différent modèle de potentiomètre.

Il existe plusieurs modèles de potentiomètres :

· Potentiomètre ajustable 1 tours

· Potentiomètre ajustable multi-tours (15 ou 25 tours)

· Potentiomètre de tableau dont le modèle rotatif et le modèle linéaire à glissière

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Document élève N°C

Matière : Technologie

Thème : la constitution d'un transformateur

Activité n° 3 : Utilité d'un Transformateur

Objectif général : Expliquer le principe de fonctionnement d'un transformateur. Consigne : Lisez attentivement le texte ci-dessous puis exécutez les tâches suivantes.

Texte :

Dans le circuit d'un onduleur photovoltaïque 12V/220V, un transformateur monophasé sert à convertir tension 12V, 50Hz en 220V, 50Hz. La constitution d'un transformateur monophasé est donnée par la figure



Source : Inédit

Tâches :

1 °) Définissez le transformateur.

2 °) Donnez le rôle du transformateur

3 °) Citez les éléments constitutifs d'un transformateur (cas d'un transformateur

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

monophasé). Stratégies :

- Travail individuel : 15 min - Plénière : 20 min

FICHE DE SYNTHÈSE N° C

1°) Définition d'un transformateur

Un transformateur est une machine statique électrique permettant de modifier les valeurs de tension et d'intensité de courant sans modifier la forme et la fréquence.

2 °) Rôle d'un transformateur

Le transformateur électrique a pour rôle de réduire ou d'élever la tension du le courant électrique.

3 °) Les éléments constitutifs d'un transformateur sont :

? Un circuit magnétique (son rôle essentiel est de canaliser le flux magnétique et de présenter un minimum de pertes, par hystérésis et courant de Foucault. ? Circuit électrique (enroulement primaire et enroulement secondaire). ? Organes mécaniques.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.3.4 Tableau de spécialisation

Tableau 8 : Tableau de spécialisation évaluative



3.4 Test d'évaluation

IDENTIFICATION DE L'APPRENANT

Nous proposons ici une évaluation sommative en électrotechnique pour les élèves de la 2^ème année.

? répondre aux questions demandées > Directives pour l'élève



Remplir le bloc d'identification sur la page tirée de votre cahier.



sonnel.



Le critère de perfectionnement serait pris en compte

> Informations sur la notation

> Exercice N^o 1 09pts

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

> Exercice N^o 2 09pts

> présenter une copie propre et lisible 02pts

3.4.1 Libellé du sujet

LYCEE TECHNIQUE ..... ANNEE SCOLAIRE : 20..-20..

Classe : 2^eme A / EL Epreuve : Electrotechnique Durée : 2h

Exercice1 Un circuit électrique est formé d'un générateur G dont on connait les nombres de spire.



On donne :

N1=1000 N2=500

1. Placer le N1et N2 après avoir reproduit le transformateur

2. Déterminer l'expression du rapport de transformation m en fonction des nombres de spires primaire et secondaire.

3. On donne U1=80V. Calculer la tension U2v.

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Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Exercice N^o2

2

Un circuit électrique est formé d'un générateur G, d'une diode à jonction D et d'une résistance R (voir figure a). La caractéristique tension - courant de la diode est pratiquement celle de la Figure b.



R

0

Figure a Figure b

Le générateur G maintient entre ses bornes une tension UG = 12,20 V. Consigne :

1- La diode est-elle polarisée en direct ou en inverse ? Quelle est la tension à ses bornes ?

2- Déduis en la valeur de la tension UR.

3- Détermine la valeur minimale de la résistance R pour que la diode ne soit pas détériorée.

4- Quelle est l'intensité I du courant dans le circuit lorsque la résistance R est égale à 1k?

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3Pts

3.4.2 Clé de correction de l'épreuve évaluative

Exercice N^°1



1. Représentation du transformateur



3Pts

2. Le rapport de transformation mv = N2 / N1

N2 / N1 = 500 /1000 = 0 ,5 N2 / N1 = 0,5 N2 / N1 = 0.5

3-Calcule de U2v

U2v = m U1

= 0,5 80 U2v = 40V



3Pts

Exercice N^°2

1) La diode D est polarisée en direct ;



1Pts

La tension U_D aux bornes de la diode est de 0,7 V.



2Pts

2) Déduisons la valeur de la tension U_R :

D'après la loi des mailles : D'où



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3) Déterminons la valeur minimale de la résistance R pour que la diode ne soit

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 71

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

pas détériorée :



D'après la loi d'ohm :

Or le courant maxima que peut supporter la diode est de 25 mA ou 0,025A



3Pts

Donc on a:

4) L'intensité I du courant dans le circuit lorsque la résistance R est égale à

:



1k?

D'après la loi d'ohm



3Pts

I = 0,0115 A ou 11,5 mA

Présentation : 2Pts

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 72

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Conclusion Générale

L'étude et la réalisation d'un prototype de l'onduleur offre beaucoup plus d'avantages que inconvénients non majeurs.

Ce type de modèle convient bien au pays en voies de développement comme le Bénin ou l'énergie électrique est peu disponible. Il peut être adapté dans les milieux isolés qui ne trouvent que les batteries ou l'énergie solaire comme source. Nous envisageons la soumettre aux chefs d'établissement des lycées techniques du Bénin. Ils pourront en faire un matériel didactique pour les apprenants de la spécialité électrotechnique et un outil de démonstration lors des journées portes ouvertes afin de faire intéresser plus de personne en électrotechnique.

L'exploitation pédagogique que nous avons faite est riche en thèmes de didactisation qui reste ouverte à tout collègue qui souhaiterait s'y investir.

Nous n'avons pas la prétention d'avoir cerné tous les contours du sujet et c'est pour cette raison que nous implorons l'indulgence des membres du Jury et sollicitons leur expertise à travers leurs remarques et suggestions pour parfaire le présent projet.

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 73

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

BIBLIOGRAPHIE

? Violaine Didier, les onduleurs pour systèmes photovoltaïques, rapport redigé sous la direction de Bruno Galddon.

? FOLY Euloge et MONTEIRO Géronimo, Etude et réalisation d'un onduleur fonctionnant à bactérie à plomb, mémoire de fin d'etudes pour l'obtension du diplôme d'ingenieur des travaux en 2004.

? Saou Souhila, Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal, en vue de l'obtention du diplôme de Master en Génie électrique, soutenue publiquement à Ain el Beida le juin 2016.

? Philippe MISSIRLIU, Strategies de commande des onduleurs, Lycée Newton-ENREA Clichy.

? MOUSSOUNI Nasser Eddine et OUADFEL Soflane, Etude et réalisation d'un onduleur de tension monophasé, l'obtention du diplôme master en électrotechnique 2016-2017.

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 74

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

Table des matières

1.1 Présentation de l'entreprise ELECTRO-TECHNO 13

1.1.1 Historique et Présentation. 13

1.2 Déroulement du stage 17

1.2.1.3 Tâches réalisées 17

1.2.2 Électricités bâtiments 20

1.2.2.1 Descriptions des travaux effectués 20

1.2.2.2 Tâches réalisées 20

1.2.5 L'enseignement 22

2.1 Généralités sur les onduleurs 24

2.1.6 Problématique et choix du thème 27

2-1-7 Cahier de charges 27

2.1.7 Objectif général 28

2.1.8 Objectifs spécifiques 28

2.1.9 Méthodologie 28

2.1.9.1Résultat attendu 29

2.1.9.2 Définition 29

2.2 Conception et réalisation de l'onduleur photovoltaïque 29

2.2.1 Cahier de charge 29

2.2.1.1 Données techniques 29

2.2.1.4.1 Simulation de l'onduleur push-pull par logiciel ISIS 36

2.2.3 Les valeurs de composants Erreur ! Signet non défini.

2.2.4 Réalisation du dispositif expérimental 39

2.2.5 Tests sur l'onduleur 40

3.1 Présentation du thème centrale et des élèves concernés 44

3.1.1 Présentation du thème central 44

3.2. Elèves concernés 44

3.2.1 Planification du thème central de la didactisation 45

3.2.2 Démarche conceptuelle 45

3.3 Documents à réaliser 47

3.3.1 Formulation des objectifs pédagogiques 48

3.3.2 Opérationnalisation des objectifs pédagogiques 50

REALISE ET SOUTENU PAR ESAÏE KPOVIESSI 75

Etude et réalisation d'un onduleur solaire sinusoïdal

3.3.3 Conception des fiches pédagogiques 55

3.3.4 Tableau de spécialisation 67

3.4 Test d'évaluation 67

Exercice N^o2 69

Consigne : 69

3.4.1 Clé de correction de l'épreuve évaluative 70

Exercice N^o1 70

Exercice N^o2 70