TP REDRESSEMENT MONOPHASE NON COMMANDE

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1 P REDRESSEMEN MONOPHASE NON COMMANDE FAREIE MAHIEU KERJEAN MICKAEL Ce P porte ur l étude d un convertieur tatique : le redreeur (rectifier). Le but d un redreement et d obtenir en ortie du convertieur un courant et une tenion continue. Lor du P, tou le calcul ont été fait en négligeant la tenion de euil ur le diode. - CHARGE RESISIVE Schéma électrique : REDRESSEMEN MONO ALERNANCE. Etude théorique Deux mode de fonctionnement correpondant aux 2 état que peut prendre la diode D : -Lorque la diode et en poition ON : U = U e Ue I = R -Lorque la diode et en poition OFF :

2 U = I = D où le chronogramme ci deou

3 enion moyenne aux borne de la charge : < U >= U ( t) dt /2 < U >= U ( t) dt + U ( t) dt /2 /2 < U >= U in ( ωt) dt + U < U >= U co 2π ( ωt) /2 < >= U U 2π U < U >= π ( co( π ) co( ) ) < >= U 2π co co( ) 2π 2 Courant moyen traverant la charge : < I >= /2 /2 /2 < I >= t dt + i( t) dt < I >= i( t) dt i( t) dt + U < I >= R U R co 2π ( ω ) ( ωt) ( co( π ) co( ) ) in /2 < >= I U I 2π R U < I >= π R < >= U 2π co co( ) R 2π 2 D où : en théorie on devrait trouver i R=Ω < U >= 3,5V < I >=,3 A

4 .2 Etude pratique A partir du moment ou l on introduit dan le circuit un élement actif (ici la diode), il apparaît de harmonique dont le filtrage i il et bien fait a pour but de diminuer fortement l amplitude de compoante pectrale du ignal redreé. courant et tenion entrée tenion entrée tenion ortie la diode et bloquée ur le dein lorque le courant et nulle. fft du courant entrée

5 On a aini relevé en pratique <I>=,5A et <U>=3,7V ce qui et conforme a la théorie a une faible incertitude de meure prêt. 2- CHARGE CAPACIIVE la fréquence de coupure a -3dB d un telle filtre et f c = 2π RC Le tableau uivant correpond aux fréquence de coupure pour le différent couple RC : -Le but d un redreeur étant de convertir une ource alternative ver une charge alimenté en continu. Plu la fréquence de coupure du filtre et bae et plu le convertieur era efficace, c'et-àdire que le taux d ondulation de la tenion de ortie era faible. Ici, la fréquence de coupure a -3dB et upérieur a la fréquence du réeau : concluion : Le condenateur n emmagaine pa l énergie uffiante pour avoir une conduction continu telle que de l énergie era toujour diponible a tout moment. -Le deux courbe obtenue ur charge réitive et capacitive ont aini preque le même puique la tenion n et pa vraiment redreé.

6 2µF ohm tenion entrée(bleu) tenion ortie (jaune) tenion entrée courant entrée la diode et bloquée ur le dein lorque le courant et nulle : ce qui correpond ur le chronogramme de tenion a la décroiance de la tenion (correpondant a la décharge de la capacité a traver la R). N ayant pa repecter le principe de bae pour la converion de l énergie : charge et ource doivent être de nature différente pour que la connexion e pae bien le courant réultant et caca lorque la diode et en poition ON fft courant entrée :

7 fft tenion ortie 45 : différence obervé pour C grand 35µF 46 pour C petit 5µF 47

8 On a oberver que plu la contante de temp RC et grande et plu la tenion tend a devenir continu. d où plu C et et grand et plu l amplitude de raie diminuent puique la fréquence de coupure et plu petite pour C grand. 3- CHARGE INDUCIVE Schéma électrique : la fréquence de coupure a -3dB d un filtre du premier ordre LR et f c = 2 π L / R Le tableau uivant correpond aux fréquence de coupure pour le différent couple LR : Un problème apparaît ur le chéma, Il n y a pa de dipoitif de roue libre. Cela implique que la diode ne peut e bloquer qu au eul moment ou la bobine era complètement déchargé. En bref un

9 fonctionnement en conduction continu et impoible et donc le circuit ne peut fournir a la charge continuellement de l énergie. 2 mode de fonctionnement ont poible : -Lorque la diode et en poition OFF : I=A -Lorque la diode et en poition ON : in di U ω t = L + Ri dt Le circuit et régit par l équation différentielle : ( ) Plu la contante de temp L/R et grande et plu le courant tend ver dan le circuit inductif. L=,2H enion aux borne de la charge LR

10 Courant circulant dan la charge Fft courant Fft tenion ortie,5h

11 enion aux borne de la LR Courant circulant Fft courant

12 Fft tenion ortie la diode et bloquée ur le dein lorque le courant et nulle : ce qui correpond pour la tenion aux borne de la charge a une tenion également nulle car on rappelle que la diode et bloquée. En conéquence plu la bobine et de grande valeur et plu le courant diponible et faible. Concluion : La partie filtrage du redreement mono alternance obéit a quelque contrainte : -ur charge L l énergie n et pa diponible a tout moment : ni la tenion ni le courant ne ont redreé : on a aini du mal a lui apercevoir un domaine d application. -ur charge C de l énergie et diponible a tout moment : Ce circuit et particulièrement adapté i la charge veut voir une tenion fixe. -ur charge R on n a pa de filtrage. Son unique utilité conite a voir le harmonique que l on a créer par l adjonction de la diode afin de comparer ur le filtrage quelle raie pectrale ont été atténué..

13 - CHARGE RESISIVE Schéma électrique : REDRESSEMEN DOUBLE ALERNANCE 2 mode de fonctionnement : ==> Don et D2 off lorqu on a au econdaire une alternance poitive ==> D off et D2 on lorqu on a au econdaire une alternance négative valeur du courant et de la tenion moyenne, agiant d un redreement double alternance le principe de calcul et le même que ur le redreement monoalternance : enion moyenne aux borne de la charge : < U >= U ( t) dt < U >= U ( t) dt /2 2 < U >= U in ( ωt) dt 2U < U >= co 2π ( ωt) /2 < U >= 2U 2π 2U < U >= π < U >= 253V ( co( π ) co( ) ) < U >= 2U 2π co co( ) 2π 2

14 Courant moyen traverant la charge : < I >= < I >= 2 < I >= i( t) dt /2 2U < I >= R I i( t) dt U R in co 2π ( ω ) ( ωt) /2 < >= 2U I 2π R 2U < I >= π R < I >= 253mA t dt ( co( π ) co( ) ) < >= 2U 2π co co ( ) R 2π 2 partie experimentale enion entrée courant ortie

15 enion ortie S agiant d un redreement double alternance, la fréquence du ignal de ortie et de Hz Fft tenion ortie Fft courant de ortie Le pectre comportent aini de raie multiple entier de la fréquence fondamental : Hz

16 2- CHARGE CAPACIIVE enion entrée tenion ortie enion entrée courant ortie Fft courant ortie

17 Fft tenion ortie la diode et bloquée ur le dein lorque le courant et nulle : ce qui correpond ur le chronogramme de tenion a la décroiance de la tenion (correpondant a la décharge de la capacité a traver la R). N ayant pa repecter le principe de bae pour la converion de l énergie : charge et ource doivent être de nature différente pour que la connexion e pae bien le courant réultant et caca lorque la diode et en poition ON 3- FILRAGE INDUCIF enion entrée(bleu) tenion ortie(jaune) enion entrée(bleu) courant ortie(jaune)

18 Fft courant ortie Fft tenion ortie Concluion : La partie filtrage du redreement double alternance obéit a quelque contrainte : -ur charge L, le courant eulement et redreé (conduction continu) tandi que la tenion a la même forme que ur charge réitive.

19 -ur charge C de déformation apparaient mai la tenion et redreé telle qu on a conduction continu de la tenion. Le courant quand a lui et comme expliqué précédemment caca car on a ource tenion charge en tenion -ur charge R on n a pa de filtrage. Son unique utilité conite a voir le harmonique que l on a créer par l adjonction de diode afin de comparer ur le filtrage quelle raie pectrale ont été atténué. REDRESSEMEN EN PON - CHARGE RESISIVE 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 F ondulation _ eff = = f Vmoy Sur R Veff=99V Vmoy=23V d où le taux d ondulation

20 enion entrée ( bleu) et courant(jaune) enion entrée ( bleu) et tenion ortie (jaune) Valeur expérimentale : facteur de forme : F taux d ondulation : f Vortie _ eff = =, 25 V moy Vondulation _ eff τ = = Ff = 5% V moy 2- CHARGE CAPACIIVE

21 enion entrée ( bleu) et courant(jaune) enion entrée ( bleu) et tenion ortie (jaune) Fft courant

22 Fft tenion la diode et bloquée ur le dein lorque le courant et nulle : ce qui correpond ur le chronogramme de tenion a la décroiance de la tenion (correpondant a la décharge de la capacité a traver la R). N ayant pa repecter le principe de bae pour la converion de l énergie : charge et ource doivent être de nature différente pour que la connexion e pae bien le courant réultant et caca lorque la diode et en poition ON Le but d un filtrage de type capacitif et bien de diminuer i il et bien fait le taux d ondulation de la tenion : ici on a calculer : facteur de forme : F taux d ondulation : f Vortie _ eff = =,3 V moy Vondulation _ eff τ = = Ff = 8% V moy 3- CHARGE INDUCIVE On a pa eu le temp de finir cette partie du P mai on peut pener que le but et de diminuer le taux d ondulation du courant de ortie. Le courant étant redreé mai pa la tenion. -REDRESSEMEN MONO ALERNANCE : AVANAGES : facilité de mi en œuvre. INCONVENIENS : on pectre comporte de raie multiple entier de 5Hz ce qui implique comparée aux redreement double alternance pour un même taux d ondulation de compoant pour le filtrage de valeur plu grande et donc plu chère.

23 L autre inconvenient majeur intervient lor d un filtrage de type inductif. San diode de roue libre, plu la bobine era grande et moin l énergie era diponible. -REDRESSEMEN EN PON : AVANAGES : on pectre comportant de rai multiple entier de Hz, pour un même taux d ondulation, comparé au redreement monoalternance, le filtrage pourra être fait de compoant de moindre valeur et donc moin chère. INCONVENIENS : a caue de la tenion de euil de diode, la mae du montage n et pa exactement la même mae que celle de l alimentation. -REDRESSEMEN DOUBLE ALERNANCE SANS PON : AVANAGES : on pectre comportant de rai multiple entier de Hz, pour un même taux d ondulation, comparé au redreement monoalternance, le filtrage pourra être fait de compoant de moindre valeur et donc moin chère. La mae du montage era le potentiel du point milieu. Sauf i on utilie un autotranformateur on aura l iolation galvanique qui aurera la protection de l utiliateur. INCONVENIENS : Il faudra faire attention a la puiance en VA que pourra débiter le tranformateur. Plu la charge et d impédance faible et plu le tranformateur era encombrant et chère. CONCLUSION : un de gro problème de ce type de filtrage c et qu avec un filtrage de type inductif ou capacitif, on ne redree pa courant et tenion telle que la puiance intantanée que conomme le charge et nulle dan une partie du cycle. Pour remédier a cela, on pourrait utilier un filtrage en (L R L) pour une charge en tenion ou un filtrage en pi (C L C) pour une charge en courant. Cela permettrait d avoir une puiance intantannée qui ne era jamai nulle.