TP REDRESSEMENT MONOPHASE COMMANDE REDRESSEMENT MONO-ALTERNANCE

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1 KERJEAN Mickael FAREIE Matthieu P REDRESSEMEN MONOPHASE COMMANDE Dan la vie courante, nou utilion tout le jour de appareil dont l alimentation et compoé de convertieur et dont le but et d adapter la tenion du réeau pour une utiliation pécifique. Un de problème poé par l utiliation de diode concerne la puiance que l on peut envoyé a la charge qui et une contante du circuit. Une de manière de moduler cette puiance envoyée et l utiliation de thyritor qui permettra avec une commande appropriée d influer directement ur la puiance diipée par la charge. out au long de ce P nou avon utilier de onde, il faudra donc multiplier le tenion par 12,4 et le courant par 0,8 pour avoir le valeur réelle. REDRESSEMEN MONO-ALERNANCE 1) Charge réitive:

2 on a trouvé expérimentalement que la tenion efficace aux borne de la charge était de 16V enion moyenne aux borne de la charge : 1 < U >= U ( t) dt 0 /2 1 1 < U >= U ( t) dt + U ( t) dt α /2 /2 1 < U >= U in ( ωt) dt + 0 /2 U < U >= co( ωt) 2π α U < >= U ( co( π ) co( α )) < >= U < >= + α U 2π co 2π 2 U 2π U 2π ( 1 co( α )) 16 2 < U >= 1 + co 0 2π < U >= 7.2V ( ( )) Courant moyen traverant la charge : 1 < I >= /2 /2 /2 1 < I >= t dt + i( t) dt 1 1 < I >= i( t) dt i( t) dt + ( ω ) ( ωt) ( co ( π ) co( α )) ( 1 co( α )) ( ( )) /2 < >= < >= < >= + α α α U < I >= R I I I U R co 2π in 0 U 2π co R 2π 2 U 2π R U 2π R 16 2 < I >= 1 + co 0 2π 100 < I >= 72mA α co co ( α ) ( α )

3 En pratique on obtient avec le multimetre en poition dc <U>=7,1V et <I>=70mA A un incertitude de meure prêt le réultat théorique et expérimentaux ont le même. tenion d'entrée (en bleu) et courant d entrée (en jaune) on a bien coupé le alternance négative de la tenion du réeau. tenion aux borne de la charge (en bleu) et le courant dan la charge (en jaune) Courant et tenion ont bien la même forme telle que U=RI

4 Ordre de commande du thyritor On peut voir ur le graphe repréentant le courant qui travere la charge réitive, le intant de commutation: Courbe repréentant la valeur moyenne de la tenion de ortie en fonction de l angle d amorcage : <Ur>=f(α)

5 la valeur moyenne de U n et pa du tout linéaire. U On rappelle l expreion : < U >= 1+ co( α ) 2π ( ) 2) Filtrage capacitif: La tenion d'entrée (en jaune), tenion aux borne de la charge (en bleu) avec un angle égal à 0.

6 courant d'entrée (en jaune) et courant qui travere la charge (en bleu) avec un angle égal à 0. tenion d'entrée (en jaune) et tenion aux borne de la charge (en bleu) avec un angle égal à 50. courant d'entrée (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) avec un angle égal à 0. La charge étant de nature capacitive, la diode pour e bloquer provoque aux borne de la

7 charge une dicontinuité en courant viible ur le ocillogramme. Ce qui e traduit phyiquement a l intant ou le condenateur commence a e déchargé. Cependant, celui-ci étant de valeur trop faible le liage ne permet pa de redreé correctement la tenion. En utiliant un retard on remarque, courant et tenion moyenne diminue et donc courant et tenion efficace diminue de la même facon, ce qui a pour effet de modifier la puiance que l on peut envoyé a la charge. Plu l angle et grand et plu la puiance diponible pour la charge et faible. Cette puiance étant imale pour alpha=0. N ayant pa repecté le principe de la converion d énergie : un ytème doit voir a e borne une ource et une charge de nature oppoé le courant réultant et caca. fft du courant qui travere la charge: Le harmonique préente ont de multiple entier entier de la fréquence fondamental : 50Hz. Cette fft préente un grand nombre d harmonique qui ne ont pa atténué.il y a de nombreue harmonique peu atténuée en haute fréquence. 3) Filtrage inductif:

8 tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle de 0 et une bobine avec L=1,2H: tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle nul et une bobine avec L= 0,4H: tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle de 20 et une bobine avec L =0,4H:

9 courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) L =1,2H Dan ce ca pour bloquer le thyritor il faut a la foi que la tenion d anode oit inférieur a la tenion de cathode (qui correpond a l intant ou le courant et imale et ou l inductance renvoit l énergie accumulé a traver la réitance) et que l on ait un paage par zéro du courant. C et a cette intant alor que la tenion préente une dicontinuité ur la charge. fft du courant dan la charge : Contrairement au montage avec filtrage capacitif ou l on ne repectait pa la rêgle diant charge et ource doivent être de nature différente, ici on a bien ource en tenion et charge en courant, le courant réultant ne préente plu d harmonique importante aprè la 5 ème raie. C et eulement la préence de première rai de rang et 5 qui fait que la forme d onde du courant préente de irégularité. Pour y rémédier il aurait fallut urdimenionner le compoant utilié lor du filtrage. Cependant en redreement monoalternance ur charge inductive pure, utilié une bobine de forte valeur ne diminuera pa le taux d ondulation du courant puiqu à peine celle-ci aura commencer a e charger que la tenion d anode deviendra inférieur a la tenion de cathode et qu elle devra e décharger pour avoir un paage du courant ver 0 telle que la diode e bloquera (vérifié en imulation et par le calcul )

10 4) Concluion ur le redreement mono alternance: L utiliation de redreement mono alternance commandé a l avantage de pouvoir réguler la tenion moyenne et le courant moyen circulant dan la charge et donc par extenion le courant et la tenion efficace et donc la puiance fournit a la charge. C et bien ce que l on a obervé en pratique. On dintingue bien le deux type de charge (capacitif ou inductif) qui ne joue pa du tout ur le même phénomène puique que contrairement a la charge de type capacitive, la charge inductive ne permettra jamai d avoir une conduction continue. Cependant on pourrait peut être y arriver en utiliant un filtrage adéquat (filtre en ou en pi). L inconvenient majeur de ce type de tructure et que la tenion moyenne courant moyen de ce tructure ont faible comparé a un redreement double alternance. REDRESSEMEN DOUBLE-ALERNANCE 1) Charge réitive:

11 enion moyenne aux borne de la charge : 1 < U >= U ( t) dt 1 < U >= U ( t) dt 0 0 /2 2 < U >= U in ( ωt) dt 2U < U >= ( ωt) /2 < U >= 2U 2π 2U < U _ α = 0 >= π < U >= 253V ( co( π ) coα ) < U >= _ α = 0 α co 2π 2U 2π 2π co co α 2π 2 α Courant moyen traverant la charge : 1 < I >= 1 < I >= 2 < I >= 0 0 /2 2U < I >= R ( ω ) ( ωt) /2 < I >= ( co( π ) co ( α )) < I >= _ α = 0 i( t) dt i( t) dt in co 2π 2U 2π 2π co co α R 2π 2 2U 2π R 2U < I_ α = 0 >= π R < I >= 253mA α U R t dt α

12 Comme précédemment le valeur meuré et théorique concordent. tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle nul: Le alternance négative du ignal redreé ont bien été redreé telle que la tenion de ortie a une fréquence de 100Hz tenion d'entrée (en bleu) et la tenion aux borne de la charge (en jaune) pour un angle égal à 90 :

13 courant d'entré (en jaune) courant qui travere la charge (en bleu): ordre de commande de thyritor en fonction de intant de commutation. Il et évident que le deux ignaux de commande ont en oppoition de phae afin d éviter un court circuit pur et imple entre la borne poitive et négative du tranformateur. On peut voir ur le graphe uivant le intant de commutation correpondant :

14 2) Filtrage capacitif: tenion d'entrée (en bleu) tenion aux borne de la charge (en jaune) pour un angle de retard nul et C=35µF: tenion d'entrée (en bleu) et la tenion aux borne de la charge (en jaune) pour un angle de retard nul pour un C=20µF:

15 Ici la tenion a été redreé correctement telle qu on a plu la conduction continue obtenue en redreement mono alternance. Ce qui explique qu avec le condeateur pri la fréquence de coupure était compri entre 50 et 100Hz. courant d'entrée (en jaune) et courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de retard nul avec un C=35µF: fft du courant qui travere la charge. On peut voir comme dan la première partie que la décharge du condenateur permet de lier légèrement le courant auf que maintenant le condenateur e charge et e décharge deux foi plu ouvent, ur l'alternance poitive et l'alternance négative de la tenion d'entrée,. Le harmonique préente ont de multiple entier entier de la fréquence fondamental : 100Hz. Cette fft préente un grand nombre d harmonique qui ne ont pa atténué.il y a de nombreue harmonique peu atténuée en haute fréquence. Comme précédemment cela et caractériitque que la charge et la ource ont de même nature (en tenion)

16 3) Filtrage inductif: tenion d'entrée (en bleu) et la tenion aux borne de la charge (en jaune) pour un angle nul: tenion d'entrée (en bleu) et la tenion aux borne de la charge (en jaune) pour un angle de 50 :

17 ayant repecté le principe charge en courant et ource en tenion la tenion ne préente pa de déformation courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle nul: courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de 50 :

18 La variation de l angle de retard permet bien de modifier la valeur moyenne du courant dan la charge telle qu ici on a une conduction continue. Cependant le courant d entrée qu edf nou donne préente beaucoup de déformation due a la commutation de thyritor. fft du courant qui travere la charge angle de retard nul : Il n'y a quaiment pa d'harmonique, plu la valeur de la bobine et élevé et plu le raie de la fft ont petite et plu le courant de ortie et quai continue. 4) Concluion ur le redreement double-alternance: Comme précédemment,l utiliation d un redreement double alternance commandé a l avantage de pouvoir réguler la tenion moyenne et le courant moyen circulant dan la charge et donc par extenion le courant et la tenion efficace et donc la puiance fournit a la charge. C et bien ce que l on a obervé en pratique. Ici une charge de type capacitive permet de redreé uniquement la tenion et une charge de type inductive permet de redreé uniquement le courant. L avantage majeur de ce type de tructure et que la tenion moyenne courant moyen de ce tructure ont le double du redreement double alternance. REDRESSEMEN EN PON 1) Charge réitive:

19 Le facteur de forme et le rapport de la valeur efficace ur la valeur moyenne d un ignal. Le taux d ondulation et le rapport entre la valeur efficace de l ondulation ur la valeur moyenne d un ignal. La tenion de ortie d un redreeur et compoée d une tenion continue contante à laquelle et uperpoée une tenion alternative : l ondulation On peut aini écrire : ( Vortie _ eff ) = ( Vondulation _ eff ) + ( Vmoy ) ( _ ) ( ) ( Vortie _ eff ) ( Vmoy ) 2 ( Vmoy ) ( Vortie _ eff ) 2 ( Vmoy ) 2 2 V = V V τ τ τ ondulation _ eff ortie eff moy V ondulation _ eff = = V V moy ondulation _ eff = = V V moy ondulation _ eff = = Ff Vmoy on remarque qu en diminuant la valeur moyenne d un ignal le facteur de forme et donc le taux d ondulation diminue. tenion d'entrée (en bleu) et la tenion aux borne de la charge (en jaune) pour un angle nul:

20 Le alternance négative du ignal redreé ont bien été redreé telle que la tenion de ortie a une fréquence de 100Hz le courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle nul. On peut voir ur le graphe uivant le ordre de commande de thyritor et ur le graphe d'aprè le commutation. 1 et 4 et en jaune et 2 et 3 et en turquoie. On a un angle nul.

21 2) Filtrage capacitif: tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle de 90 pour un C=35µF:

22 tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle de 0 pour un C=35µF: courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de 90 pour un C=35µF: courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de 0 pour un C=35µF:

23 fft du courant aborbé par la charge : La fréquence entre chaque harmonique et de 100Hz. On voit qu'avec le pont de Graëtz il n'y a de harmonique que tou le 100Hz contrairement aux redreement double alternance avec deux thyritor ou l'on voit de harmonique de faible amplitude tout pour le harmonique paire. 3) Filtrage inductif: tenion d'entrée (en jaune) et la tenion aux borne de la charge (en bleu) pour un angle de 0 pour un L = 1,2H:

24 courant d'entré (en jaune) et courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de 0 pour L= 1,2H: courant d'entré (en jaune) et courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de 0 pour un L= 0,2H: courant d'entré (en jaune) et le courant qui travere la charge (en bleu) pour un angle de 90 pour un L= 1,2H:

25 Même remarque que pour le redreement double avec le tranformateur. Plu on prend une bobine de grande valeur et plu le courant qui travere la charge et lié. On obtient la fft du courant aborbé par la charge uivante: Si l'on réalie un pont de Graëtz avec un filtrage de type inductif eul une raie pectrale ubite, le continu et une légère ocillation centré en 100hz. 4) Concluion ur le redreement double-alternance: Le redreement en pont de greth permet d enlevé la puiance déformante préent dan le autre type de redreement. Comme précédemment,l utiliation d un redreement double alternance commandé a l avantage de pouvoir réguler la tenion moyenne et le courant moyen circulant dan la charge et donc par extenion le courant et la tenion efficace et donc la puiance fournit a la charge. C et bien ce que l on a obervé en pratique.

26 Ici une charge de type capacitive permet de redreé uniquement la tenion et une charge de type inductive permet de redreé uniquement le courant. L avantage majeur de ce type de tructure et que la tenion moyenne courant moyen de ce tructure ont le double du redreement double alternance.