Définition: Le redressement est la conversion d une tension alternative en une tension continue. La conversion alternatif-continu : Les redresseurs

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2 La conversion alternatif-continu : Les redresseurs Définition: Le redressement est la conversion d une tension alternative en une tension continue. Signal obtenu en courant alternatif Signal obtenu en courant continu Comment obtenir un signal continu à partir d une source de courant alternatif? 2

3 La conversion alternatif-continu : Les redresseurs A : REDRESSEMENT NON COMMANDE : REDESSEURS A DIODES B : REDRESSEMENT COMMANDE : REDESSEURS A THYRISTORS Méthodes utilisées REDRESSEMENT SIMPLE ALTERNANCE REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE 3

4 Redressement non commandé : Les redresseurs à diodes LA DIODE La diode est un dipôle passif polarisé. Son symbole est le suivant: i Une diode a la propriété de laisser passer le courant dans un sens (diode passante) et de l'arrêter dans l'autre sens (diode bloquée). Une étude approximative semble montrer que la diode se comporte comme un fil de résistance négligeable quand elle est passante et comme un interrupteur ouvert quand elle est bloquée. La caractéristique d une diode dite «parfaite» est la suivante: v 4

5 Redressement non commandé : Les redresseurs à diodes La réalité est un peu différente. La caractéristique V= f(i) nous le montre: La diode n'est passante que lorsque la tension dépasse un seuil (environ 0,6V pour une diode au silicium). La tension aux bornes de la diode passante varie très peu en fonction de l'intensité 5

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7 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE a. Cas d une charge résistive Pendant l alternance négative, la diode est polarisée en inverse, le courant électrique ne passe pas On dit qu il y a redressement simple alternance 7

8 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE Le montage réalisé est le suivant: 8

9 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE L alternance négative a donc été supprimée La période de la tension redressée mono alternance est la même que celle de la tension sinusoïdale T = T 9

10 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE Expressions de la tension et du courant dans la charge : vc (t) V V i c (t) R vc (t) 0 i c (t) 0 max max sin t sin t pour t 0, pour t,2 10

11 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE Tension moyenne aux bornes de la charge : Courant moyen dans la charge : 11

12 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE Tension efficace aux bornes de la charge : Courant efficace dans la charge : 12

13 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE Courant moyen de la diode : Courant efficace de la diode : Tension inverse maximale de la diode : 13

14 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE Facteur de forme de la tension de sortie Puissance : La puissance instantanée est : La puissance moyenne est alors: Facteur de puissance : 14

15 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE b. Cas d une charge inductive Redresseur à simple alternance alimentant une charge RL 15

16 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE b. Cas d une charge inductive 16

17 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE b. Cas d une charge inductive Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL 17

18 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE b. Cas d une charge inductive Où : et : D où : avec et à t 0 sin( 0 0 ) sin e 0 18

19 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE b. Cas d une charge inductive Tension moyenne aux bornes de la charge : Courant moyen dans la charge : 19

20 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE c. Cas d une charge inductive avec diode de roue libre : La diode de roue libre se met à conduire dès que la tension aux bornes de la charge devient négative. Son rôle est d assurer un chemin pour le courant inductif. Il s en suit un courant de charge plus lissé et une valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge plus élevée. Pour le calcul des différentes grandeurs, les équations du paragraphe précédent peuvent être utilisées. 20

21 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE c. Cas d une charge inductive avec diode de roue libre : Chronogrammes des tensions et des courants : charge RL avec diode de roue libre 21

22 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE c. Cas d une charge inductive avec diode de roue libre : Conduction continue idéalisée sur charge inductive à forte constante de temps 22

23 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE d. Cas d un circuit avec f.c.é.m. E: Cas d une charge RE: D commence à conduire lorsque : 23

24 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE c. Cas d un circuit avec f.c.é.m. E: Cas d une charge RE: Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RE 24

25 REDRESSEUR A SIMPLE ALTERNANCE d. Cas d un circuit avec f.c.é.m. E: Cas d une charge RLE: Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RLE 25

26 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes En monophasé on ne dispose que d une seule phase. Une pseudo-phase est crée grâce à un transformateur à deux secondaires (transformateur à point milieu). La source biphasée qui en résulte délivre des tensions en opposition de phase. Redresseur double alternance type P2 à diodes 26

27 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes Cas d une charge résistive : Le transformateur fournit 2 tensions opposées v 1 et v 2 par rapport au milieu N. 27

28 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes Expressions de la tension et du courant dans la charge : 28

29 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes Tension moyenne aux bornes de la charge : Courant moyen dans la charge : 29

30 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes Tension efficace aux bornes de la charge : Courant efficace dans la charge : 30

31 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes Courant moyen dans une diode : I Dmoy I 2 cmoy VTIM 2V max V max R Courant efficace dans une diode : I Deff I ceff 2 2 V max 2R Tension inverse maximale de la diode 31

32 Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes Cas d une charge inductive : Pour une charge inductive, la seule forme d onde qui change c est celle des courants qui devient plus lissée à cause de l inductance qui agit comme un filtre (figure). Formes d ondes du redresseur P2 sur charge RL. 32

33 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Le redresseur à double alternance en pont, appelé aussi «pont de Graëtz» ou PD2 à diodes, est le montage le plus utilisé à cause de sa simplicité (figure). 33

34 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes D 4 D 1 ~ v D 3 D 2 R v c 34

35 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Le montage réalisé est le suivant: 35

36 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Le signal obtenu est le suivant: 36

37 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Si v > 0: D 4 D 1 ~ v D 3 D 2 R v c 37

38 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Si v < 0: D 4 D 1 ~ D 3 D 2 R 38

39 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes L explication théorique peut se faire de la façon suivante: les branches dans lesquelles il n y a pas de courant ont été supprimées. Pour v>0: Pour v<0 39

40 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Sur l écran de l oscilloscope, on obtient: v(t) v c (t) t L alternance négative est redressée 40

41 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes a) Charge résistive : La figure suivante résume le fonctionnement du redresseur à double alternance type PD2 à diodes. 41

42 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes a) Charge résistive : Ce montage à les mêmes grandeurs caractéristiques (tension moyenne, courant moyen, ) que le redresseur à point milieu à l exception de la tension inverse maximale V TIM qui s est améliorée. 2V 2V 1 max eff Vcmoy Vmax sin d V eff I cmoy V cmoy R 2V max R I Dmoy I 2 cmoy V max R VTIM V max 42

43 Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes Charge inductive : Sur charge inductive, le comportement du redresseur PD2 est similaire au redresseur P2 43

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45 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes Pour augmenter la puissance à la sortie, on utilise des montages triphasés. La structure du redresseur triphasé à simple alternance type P3 est donnée à la figure suivante. Les cathodes des trois diodes sont reliées ensemble (montage à cathodes communes). A chaque instant la diode dont l anode est au potentiel le plus élevé conduit. D1 v 1 v 2 D2 D3 i c v 3 v c 45

46 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes La tension de sortie v C est donc la tension la plus positive des sources d alimentation. Chaque diode conduit donc pendant 2π/3. Si l on avait disposé d un montage parallèle simple à anodes communes, la tension de sortie serait les portions de sinusoïdes les plus négatives. 46

47 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes Cas d une charge résistive : 47

48 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes - Expressions de la tension et du courant dans la charge : - Tension moyenne aux bornes de la charge : 48

49 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes - Tension inverse aux bornes d une diode : Lorsque par exemple D1 conduit, D2 voit à ses bornes une tension v 2 -v 1. v 3 v 1 v 2 v 2 -v 1 D où : 49

50 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes Cas d une charge inductive : Chronogrammes des courants du redresseur P3, cas d une charge RL 50

51 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes Cas d une charge inductive : Si la charge est fortement inductive, on peut alors dire que le courant qui la traverse est continu et on la représente par une source de courant. Redresseur P3 alimentant une charge fortement inductive 51

52 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes Cas d une charge inductive : La figure suivante donne les différentes formes d ondes. 52

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56 Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes - Courant moyen dans une diode : I D I c 3 - Courant efficace dans une diode : I Deff I c 3 - Puissance apparente du transformateur : S transfo 3( Ic V )( 3 2 max ) 3 V 2 max I c

57 Redresseur triphasé à diodes à double alternance en pont : Montage PD3 à diodes La structure du redresseur triphasé à double alternance type PD3 à diodes est donnée à la figure suivante. Il est constitué par 6 diodes. 3 diodes (D1, D2, D3) dans un montage P3 à cathodes communes réalisant un commutateur plus positif et 3 diodes (D 1, D 2, D 3) dans un montage P3 à anodes communes réalisant un commutateur plus négatif. D1 D2 D3 i c + v 1 v 2 v 3 D 1 D 2 D 3 - v c Redresseur PD3 à diodes 57

58 Redresseur triphasé à diodes à double alternance en pont : Montage PD3 à diodes Schéma de principe : Parallèle simple à cathodes communes N Parallèle simple à anodes communes Les montages parallèle double sont une association en série (car traversés par le même courant I c ) de deux redresseurs parallèles simples. Un premier à cathodes communes qui fournit une tension U AN (θ) et un second à anodes communes qui fournit une tension U BN (θ). 58

59 Redresseur triphasé à diodes à double alternance en pont : Montage PD3 à diodes Allure de la tension de sortie La tension de sortie u C est donc : A uc ( ) uan ( ) ubn ( ) u : tension de sortie d un montage AN redresseur parallèle simple à cathodes communes. La plus positive des tensions N simples. B ubn : tension de sortie d un montage redresseur parallèle simple à anodes communes. La plus négative des tensions simples. 59

60 Redresseur triphasé à diodes à double alternance en pont : Montage PD3 à diodes 3 V 6 U 13 U 23 U 21 U 31 U 32 U 12 =V 1 -V 2 2 V 2 1 V s V v D1 i D1 D3 D5 i 1 I c V s 0 D2 D4 D6 D3 D5 D1 D6 D2 D4 I c D1 i 1 id1 0 D2 T 60

61 Redresseur triphasé à diodes à double alternance en pont : Montage PD3 à diodes - Tension moyenne aux bornes de la charge : Avec: U 3V eff - Tension inverse aux bornes d une diode : Pour une conduction continue - Etude des courants : Courant moyen dans la charge : Courant moyen dans une diode : Courant efficace dans une diode : I c I I D Deff V cmoy R IC 3 Ic 3 61

62 Imperfection L empiètement 62

63 Imperfection L empiètement 63

64 Imperfection L empiètement Pendant un court instant, dépendant directement de la valeur de l inductance du réseau, les diodes D1 et D2 seront simultanément en conduction. On parle alors d empiètement Le même raisonnement s appliquant aux diodes D3 et D4, les 4 diodes du pont PD2 sont en conduction durant l empiètement. 64

65 Imperfection L empiètement La conduction des diodes a pour effet de court-circuiter la tension de sortie. L allure de la tension de sortie. La tension moyenne de sortie se trouve alors diminuée par rapport au cas sans empiètement. 65