CH22 Les montages redresseurs à diodes

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1 BTS électrotechnique 1 ère année - Sciences physiques appliquées CH22 Les montages redresseurs à diodes Enjeu : certains systèmes électriques nécessitent une alimentation en régime continu (MCC, stockage de l énergie sur batterie, ). L interface entre ces systèmes et le réseau électrique est réalisé par les montages redresseurs. Problématique : quelles sont les performances des montages redresseurs à diode les plus répandus? Objectifs : A l issue de la leçon, l étudiant doit : 22.1 Savoir déterminer les intervalles de conduction pour en déduire les formes d ondes des tensions et des courants 22.2 Savoir calculer la valeur moyenne de la tension de sortie la relation étant donnée 22.3 Savoir calculer le facteur de puissance à l entrée du montage dans l hypothèse du courant de charge constant. 1. Que vaut la tension en sortie d un groupement de diodes reliées par la cathode? Le groupement est constitué de diodes (ou de thyristors) dont les cathodes sont reliées au même potentiel. Les anodes de chaque diode sont soumises à des potentiels différents (exemple ci-contre : les anodes sont soumises aux tensions simples d un réseau triphasée). v K On montre alors qu une seule diode conduit à la fois : c est la diode dont le potentiel à l anode est le plus grand. On a donc : v k = sup{,, } 2. Que vaut la tension en sortie d un groupement de diodes reliées par l anode? Le groupement constitué de diodes (ou de thyristors) dont les anodes sont reliées au même potentiel. Les cathodes de chaque diode sont soumises à des potentiels différents. v a On montre alors qu une seule diode conduit à la fois : c est la diode dont le potentiel à la cathode est le plus petit. On a donc : v a = inf{,, } 3. Quelle est la forme d onde d un montage parallèle double PD3 (pont de Graëtz triphasé)? Les diodes D 1, D 2 et D 3 sont reliées par la cathode. On a donc : v K = sup{,, } i 1 D 1 D 2 D 3 i C K Les diodes D 1, D 2 et D 3 sont reliées par l anode. On a donc : v A = inf{,, } D u c On en déduit : u c = v KA = v K + v A = v K v A = sup{,, } inf{,, } D' 1 D' 2 D' 3 A

2 De 0 à la tension simple la plus grande est et la tension la plus petite est. On en déduit que c est D3 et D 2 qui conduisent. On a alors : u c = = u 32 De à 2 la tension simple la plus grande est et la tension la plus petite est. On en déduit que c est D1 et D 2 qui conduisent. On a alors : u c = = u 12 etc. Pour un montage PD3, la tension u c est toujours égale à la tension composée la plus grande à un instant t. La tension redressée a pour fréquence f =f=300hz. On définit l indice de pulsation p du montage PD3 : p=.

3 4. Quelle est la forme d onde d un montage parallèle double PD2 (pont de Graetz monophasé) en conduction continue? En prenant comme référence des tensions (V =0) : i C K Les diodes D 1 et D 2 sont reliées par la cathode. On a donc : v K = sup{v, 0} Les diodes D 1 et D 2 sont reliées par l anode. On a donc : v A = inf{v, 0} v i D 1 D 2 D' 1 D' 2 D u C On en déduit : u c = v K v A = sup{v, 0} inf{v, 0} A Deux cas sont possibles : v > 0 alors u c = v 0 = v v < 0 alors u c = 0 v = v Pour un montage PD2 : u c = v lorsque v > 0 u c = v lorsque v < 0 La tension redressée a pour fréquence f =2f=100Hz. L indice de pulsation p du montage PD2 : p=2. 5. Comment détermination rapidement l indice de pulsation d un montage redresseur? Soit un montage parallèle double quelconque PDq. L indice de pulsation vaut : p=2q si q est impair p=q si q est pair Exemple : PD3 q=3 impair p=2x3= PD2 q=2 pair p=2

4 . Que vaut la valeur moyenne d un montage parallèle double à diodes? Quelque soit le montage parallèle double, on montre que : < u c >= U max p sin p Exemple : PD3 : p= donc : U max = U 2 (tension composée) < u c >= U 2 sin = U = 3U 2 PD2 : p=2 donc : U max = V 2 (tension simple) < u c >= V 2 2 sin 2 = V 2 2 2V 2 1 = 7. Que vaut la valeur efficace d un montage parallèle double à diodes? On montre que : U c = U max 2 p sin 2 p 8. Comment comparer les performances des montages PD2 et PD3? En utilisant les relations précédentes, on peut calculer la valeur théorique du facteur de forme F = U c pour les 2 montages étudiés. Cela donne F=1,11 pour le PD2 et F=1,0009 pour le PD3 <u c > Plus p est grand, meilleur est le facteur de forme (plus proche de 1) : on se rapproche davantage du continu parfait Cette conséquence se remarque très nettement sur les spectres des tensions redressées : Sur le spectre du PD3, les composantes autres que la valeur moyenne (raie à 0Hz) sont beaucoup moins importantes que pour le PD2.

5 9. Comment tracer les formes d ondes des courants absorbés par un montage redresseur dans le cas où le courant est parfaitement lissé? On se place dans le cas d un courant parfaitement lissé dans la charge : i c (t)=i c =constante. Pour le PD2 et comme pour le PD3, la phase 1 est connectée entre D1 et D1. De ce fait, il y a 3 cas possible pour le courant i 1 dans cette phase : Si D 1 conduit i 1 =I C ; Si D 1 conduit i 1 =-I C ; Si aucune des 2 ne conduit i 1 =0. On en déduit facilement les formes d ondes des courants absorbés : Pour le PD2 : D 1 conduit de 0 à Pour le PD3 : D 1 conduit de à 5 D 1 conduit de à 2 D 1 conduit de 7 à 11 i i 1 I C I C 2 ωt ωt -I C -I C 10. Comment calculer le facteur de puissance à l entrée d un montage redresseur dans le cas ou le courant est parfaitement lissé? Par définition : k = P S avec P et S les puissances absorbées par le montage redresseur (côté réseau) Pour S : on utilise : S = VI si le redresseur est monophasé S = 3UI si le redresseur est triphasé Pour P : Les montages redresseurs étant considéré sans pertes, La puissance active absorbée P est égale à la puissance fournie en sortie à la charge. P = P charge =< u c I C > Le courant dans la charge étant constant, on peut le sortir de la valeur moyenne : P =< u c > I C