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Les redresseurs chapitre 2 Chapitre II Les convertisseurs alternatif/continu Les montages redresseurs Introduction : Les...

Les redresseurs chapitre 2 Chapitre II Les convertisseurs alternatif/continu Les montages redresseurs Introduction : Les redresseurs permettent de convertir une alimentation alternative en continue. La tension et la puissance de sortie peuvent être contrôlées par les composants de puissance utilisés (Thyristors). 4.1. Redressement sur circuits monophasés : L’entrée est une tension alternative monophasée. Les circuits avec des diodes fournissent des tensions continues constantes, ceux avec les thyristors ou autre composant commandé donnent des tensions continues de valeurs moyennes variables. 4.1.1. Redressement par diode sur charge résistive : (figure 4.1.a) La tension d’alimentation est : v  v m sin wt  Pour 0  wt   : D conductrice v vc  v ; ic  c R ic et vc ont la même forme. Figure 4.1.a  Pour   wt  2 : D se bloque à wt   donc : vc = 0 et ic = 0 La valeur moyenne de la tension vc est : 1  1  Vc   2 0 v.d ( wt )  2 0 v m sin( wt )d ( wt ) v I v Vc  m et Ic  m avec I m  m   R Figure 4.1.b 1 Les redresseurs chapitre 2 4.1.2. Redressement par thyristor sur charge résistive (figure 4.2) : On amorce le thyristor à wt    donc conduction du thyristor jusqu’à  où le courant s’annule (charge résistive). L’amorçage suivant s’effectue à 2   1  Vm Vc  2  Vm.sin(wt ).d (wt )  2 (1  cos ). Vm Pour   0  Vc   Pour     Vc  0 Vm Donc, en variant  de 0 à  , on peut varier la tension de sortie vc de à 0.  Figure 4.2.b 4.1.2. Redressement par thyristor sur charge inductive (figure 4.3) : On amorce le thyristor à wt    Donc conduction du thyristor jusqu’à  (instant de blocage) où le courant s’annule. Donc sur une période 2 , la conduction est de  à  , avec : 2 Les redresseurs chapitre 2 Figure 4.3.a vc  v  Vm sin wt Vm   R  t ic(t )  sin .e L  sin( wt   ) Z    à wt   : ic(t )  0, t. w R Vm  .  0  sin .e L w  sin(   ) Z   d’où l’angle . On présente les courbes de vc et de ic dans la figure 4.3.b. Figure 4.3.b 4.2. Les ponts de redressement en monophasé : On peut les représenter par le schéma global de la figure 4.4 où nous remplaçons les interrupteurs statiques par des interrupteurs mécaniques. Trois cas pratiques existent : 1. Tous les interrupteurs sont des diodes. 2. Tous les interrupteurs sont des thyristors. 3. Pont mixte symétrique (k1 et k3 sont des thyristors / k2 et k4 sont des diodes). 3 Les redresseurs chapitre 2 Figure 4.4 4.2.1. Pont à diodes sur charge résistive (figure 4.5.a): De 0 à  : (voir figure 4.5.b) D1 et D2 sont conductrice car la polarité de la borne 1 est positive et de 2 est négative, d’où vc = v de   à 2  : La polarité de la borne 1 devienne négative et la polarité de la borne 2 devienne positive, donc D3 et D4 conduisent et D1 et D2 se bloquent, d’où vc = -v On remarque que le taux d’ondulation s’améliore : le nombre d’alternance par période = 2 par rapport à 1 dans le cas d’un redressement par une diode, donc:  La tension est plus proche du continu  Pas de problème de discontinuité dans le cas des charges inductive (le courant est toujours >= 0 continu) 4 Les redresseurs chapitre 2 4.2.2. Pont mixte symétrique (figure 4.6.a) : Figure 4.6.a Ce pont est utilisé pour le contrôle de vitesse des machines à courant continu.  Les thyristors T1 et T2 sont déclenchés respectivement à  et  .  D1 conduit à  et à 2  car la polarité de la borne 1 est négative, D2 conduit à 0 et à 2  car la polarité de la borne 2 est négative Les séquences d’amorçage sont (voir figure 4.6.b): De 0 à : D2 et T2 conducteurs (fonctionnement en roue libre) d’où : i  0, iT 1  i D1  ic De  à  : D2 et T1 conducteurs i  ic, vc  v De  à   D1 et T1 conducteurs (fonctionnement en roue libre) i  0, vc  0 De   à   D1 et T2 conducteurs. i  ic, vc  v Figure 4.6.b 5 Les redresseurs chapitre 2 Valeur moyenne de vC : Vc  2   Vm. sin wt.d ( wt )   Vm cos(wt )   Vm (1  cos ) 2    Vm Vc  (1  cos )  Vm Donc, pour  variant de 0 à  , Vc varie de à zéro.  Note : à wt =  , v = 0 et tend de devenir négative , d’où vD1 > 0 et vD2 < 0 donc D1 est «ON » et D2 est « OFF ». 4.2.3. Pont tous thyristors (figure 4.7.a) : Figure 4.7.a Ce montage est utilisé pour alimenter les machines à courant continu (DC). Il permet la récupération de l’énergie électrique en cas de fonctionnement de la machine en mode génératrice. C’est à dire le transfert de l’énergie s’effectue de la machine vers le réseau.  Figure 4.7.b donne les courbes ic(t) et vc(t) pour  = 30 deg.  Figure 4.7.c donne les mêmes courbes pour  = 120 deg. Dans les 2 cas : 2Vm Vc  cos  6 Les redresseurs chapitre 2 Nous remarquons que :  pour 0 <  <  /2 : vC est positive 7 Les redresseurs chapitre 2  pour  /2 <  <  : vC est négative Le courant moyen à la sortie du redresseur Ic est toujours positif , donc si Vc < 0 on obtient une puissance VcIc < 0, ce qui veut dire que la puissance passe de la machine à la source : Inversion de l’opération. Ce mode est utilisé pour la récupération. Dans ce cas, il faut inverser la f.c.e.m. E de la machine en inversant le courant d’excitation Iex de telle sorte que la machine se comporte comme une génératrice. Donc pour  >  la tension de sortie Vc devient négative. On appelle le convertisseur dans ce cas par « Onduleur non autonome » car la fréquence de sortie de l’onduleur est fixée par le réseau. 4.2.4. Montage P2 à diodes (figure 4.8.a) : L’alimentation du convertisseur n’est pas directe mais par un transformateur monophasé à point milieu au secondaire. v1 et v2 sont 2 tensions égales déphasées de π. On les redresse avec les diodes D1 et D2 : v1  Vm sin( wt ) v2  v1  Vm sin( wt ) Figure 4.8.a (a) Pour 0 ≤ wt ≤ π (voir figure 4.8.b): v1 > 0 et v2 < 0 , donc D1 conduit et D2 bloquée, d’où : vc =v1, et vD1 = 0 vD2 = v2 - v1 = -2 Vm sin wt is1 = ic , et is2 = 0. (b) Pour π ≤ wt ≤ 2π : v1 < 0 et v2 > 0 , donc D2 conduit et D1 bloquée, d’où : vc =v2, et vD2 = 0 vD1 = v1 - v2 = -2 Vm sin wt is2 = ic , et is1 = 0. 8 Les redresseurs chapitre 2 (c) Calcul de la valeur moyenne de vC (Vc): 2Vm Vc   (d) Facteur d’ondulation : vc max vc min Vm  0  K0   K0   K0  2.Vc Vm 4 4.  (e) Etude des courants : Si le montage débite un courant continu ic peu ondulé (constant) = Ic, donc chaque diode assure le passage de ic pendant π (voir les courbes de la figure 4.8). Au primaire, nous avons : n1.ip = n2 is1 - n2 is2 si D1 conductrice et D2 bloquée, donc : ip = (n2/n1).is1 = a. is1 si D1 bloquée et D2 conductrice, donc : ip = -(n2/n1).is2 = -a. is2 où a = n2/n1 est le rapport de transformation du transformateur. Donc, ip courant alternatif non sinusoïdal. (e.1) Courants dans les diodes (exemple : diode D1) : Im ax  Ic 1  Ic Im oy  2  0 Icd ( wt )  2 Ic id1  is1  id1eff  2 9 Les redresseurs chapitre 2 (e.2) Courant et facteur de puissance secondaire : Ic  Courant secondaire : is1  i D1  2  Puissance de la charge : Pc = Vc. Ic = (2.Vm/π). Ic  Puissance apparente secondaire : S = 2 V. Is = 2. (Vm/√2). (Ic/√2) = Vm.Ic Pc (2.Vm /  ).Ic 2  Facteur de puissance : fs     0.636 S Vm.Ic  (e.3) Courant et facteur de puissance primaire :  Courant efficace primaire Ip = (n2/n1). Ic , Tension efficace primaire Vp = (n1/n2). V V est la tension efficace secondaire Pc (2.Vm /  ).Ic (2.Vm /  ).Ic 2 2  Facteur de puissance primaire : fp      0.9003 SP V.Ic Vm / 2  Sp est la puissance apparente au primaire. 4.3. Redressement d’une source triphasé : Pour des puissances plus élevées (quelques kW ou plus), on utilise du redressement sur des sources triphasées. Dans ce cas les tensions sont mieux redressées. 4.3.1. Redresseur à diodes simple (P3) : C’est un circuit simple composé de 3 diodes et d’une charge. On va analyser le fonctionnement sur une charge résistive (figure 4.9). Nous avons une source triphasée, les tensions d’alimentation sont : va = Vm sin wt vb = Vm sin (wt -2π/3) vc = Vm sin (wt -4π/3)  De 0 à π/6 : vc > va et vc > vb, donc D3 est conductrice, D1 et D2 sont bloquées.  De π/6 à 5π/6: va > vb et va > vc, donc D1 est conductrice, D2 et D3 sont bloquées.  De 5π/6 à 3π/2: vb > va et vb > vc, donc D2 est conductrice, D1 et D3 sont bloquées.  De 3π/2 à 2π+ π/6: vc > va et vc > vb, donc D3 est conductrice, D1 et D2 sont bloquées. Et la séquence se répète pour la période suivante. Donc, nous avons à partir de θ=π/6 qu’on appelle l’angle d’amorçage naturel, la séquence d’amorçage suivante : D1, D2, D3, D1,..etc. 10 Les redresseurs chapitre 2 Sur une période (π/6 à 2π+ π/6), nous avons des intervalles de conductions de 2π/3. A titre d’exemple : pendant la conduction de D1 : vD1 =0, vD2 = (vb - va)