Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI Redressement monophasé commandé Introduction : Un montage redresseur commandé permet d’obtenir une tension continue réglable à partir d’une tension alternative sinusoïdale. L’utilisation de composants tels que les thyristors permet de réaliser des redresseurs dont la tension moyenne de sortie peut varier en fonction de l’angle de retard à l’amorçage. I. Redressement monophasé simple sur charge résistive pure R : On considère que le thyristor est parfait. φ est appelé angle de retard à l’amorçage. Il est synchronisé sur le réseau. Il correspond à un temps de retard à l’amorçage t ϕ = ϕ .T . 2π VAK i TH 220V 50Hz R Ve VS i a. chronogrammes : VGK Ve π φ wt 2π Vs VAK π φ φ 2π φ+2π 2π b. analyse de fonctionnement : Quelque soit l’état de TH on a : Ve= VAK+ Vs. • Ve(t)>0 ⇒ VAK>0 : le thyristor peut être amorcé. - si iG = 0A : TH reste bloqué ( i =0 ) : VAK = Ve et Vs = 0. Mr BENGMAIH -1- Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI Si une impulsion de courant iG suffisante apparaît sur sa gâchette alors TH devient Ve passant et VAK =0, Vs = Ve et iD = . R • Ve(t) =0 ⇒ i =0A : le thyristor se bloque naturellement. • Ve(t) < 0 ⇒ VAK>0 : le thyristor ne peut pas être amorcé. Il est bloqué même si une impulsion de courant apparaît sur sa gâchette. Remarques : • Vs, i et VAK ont la même période que Ve ⇒ 2π rad. • Le thyristor doit supporter en inverse VM. V • Le courant i = S s’annule périodiquement, nous sommes en régime de conduction R discontinu. • En pratique pour s’assurer qu’un thyristor s’amorce, on envoie sur sa gâchette un train d’impulsions. c. valeur moyenne de la tension redressée : Calculons la valeur moyenne <Vs> de vs(t) : T 2π 2π π VM 1 1 V Vs = ∫ VS ( t ) .dt = VS (θ ).dθ = sin (θ ).dθ ⇒ Vs = M − cos (θ ) ϕ ∫ ∫ T 0 2π 0 2π ϕ 2π - 1 + cos (ϕ ) VM .VM . − cos (π ) + cos (ϕ ) = 2π 2π Remarques : • la valeur moyenne de la tension Vs peut être ajustée en fonction de l’angle de retard à l’amorçage φ. V 1 + cos (ϕ ) • iD = S = .VM . R 2π .R V Traçons l’allure de VS = f (ϕ ) pour 0 ≤ ϕ ≤ 2π . Donc: 0 ≤ VS ≤ M . ⇒ Vs = π II. Redressement monophasé sur charge RL : Avant l’instant d’application de l’impulsion de commande à t = t0, le thyristor est bloqué ⇒ i = 0 d’où : Vs = 0 ; mais lorsque l’impulsion est appliquée : Th est fermé ⇒ VAK = 0 di (t ) ⇒ Ve = VM sin wt = Vs = Ri (t ) + L dt Mr BENGMAIH -2- Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI VAK i TH 220V 50Hz R Vs Ve L i Si i (t = 0) = 0 alors : ⇒ i (t ) = R − ( t − t0 ) L sin ϕ + ( sin ( wt − ϕ ) ) . e 2 ( Lw ) + R 2 VM Donc le thyristor ne se bloquera que lorsque le courant s’annule. Ve +VM t t0 T/2 t0+T t0+2T t T/2 VAK T 2T -VM +VM t T/2 T 2T -VM Vs +VM t T/2 T 2T -VM Remarque : il y a apparition d’une partie négative au niveau de la tension d’entrée qu’on peut éviter avec l’emploi d’une diode de roue libre. III. Redressement monophasé double sur charge résistive pure R : On prendra l’exemple d’un redresseur double alternance à deux thyristors et transformateur à point milieu. À t1 on amorce Th1 (modulo T) À t1+T/2 on amorce Th2 (modulo T) Mr BENGMAIH -3- Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI VT1 i1 Th1 VR v iR 220V 50Hz v = VM sin wt w = 2π f f = 50Hz iR = R v Th2 i2 VT2 VGK2 t VGK1 t1+T/2 t v +VM t1 T/2 t1+T t1+2T t T/2 -VM T 2T VR +VM t t1 VT1 t1+T/2 T 2T +VM t t1 T 2T -VM -2VM VM R iR t VM R i1 t1 Mr BENGMAIH T t -4- VR R Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI En posant θ = wt et θ1 = wt1 : • Pour 0 ≤ θ ≤ π : V1 ( t ) > 0 et V2 ( t ) < 0 : Par conséquent : VTH 1 > 0 ⇒ TH 1 peut être amorcé ; VTH 2 < 0 ⇒ TH 2 ne peut pas être amorcé même en présence d’impulsion. Tant que θ < ϕ , TH 1 et TH 2 sont bloqués : iR = i1 = i2 = 0 ; VR = 0 ; VT 1 = v > 0 ; VT 2 = −v < 0 . A θ = ϕ < π , on amorce TH1, alors: VT 1 = 0 ; VR = v > 0 ; v i1 = iR = ; R i2 = 0 ; VT 2 = −2.v < 0 . • Pour θ = π : v =0 : iS=iTH1=0 ⇒ TH1se bloque naturellement. • Pour π ≤ θ ≤ 2π : V1 ( t ) < 0 et v ( t ) < 0 : Par conséquent : VT 1 < 0 ⇒ TH 1 ne peut être amorcé ; VT 2 > 0 ⇒ TH 2 Peut être amorcé. Tant que π ≤ θ ≤ ϕ + π , TH1 et TH2 sont bloqués : iR = i1 = i2 = 0 ; Aθ = π + ϕ VR = 0 ; VT 1 = v < 0 ; VT 2 = −v > 0 . < 2π , on amorce TH2, alors: VT 2 = 0 ; VR = −v > 0 ; −v i2 = iR = ; R i1 = 0 ; VT 1 = 2.v < 0 . • pour θ = 2π : v = 0 : iS=iTH2=0 ⇒ TH2se bloque naturellement. Remarques : le courant iR s’annule : régime de conduction interrompu. Chaque thyristor doit supporter en inverse une tension qui dépend de φ mais ≤2.VM. Fonctionne seulement si φ≤π. Valeur moyenne de la tension redressée : Mr BENGMAIH -5- Redressement monophasé commandé V S 1 = T t0 +T 1 π ∫ V ( t ).dt = π ϕ∫ V M S C.P.G.E-TSI-SAFI .sin (θ ).dθ = 1 + cos ϕ t0 Traçons l’allure de V S π .VM . = f (ϕ ) pour 0 ≤ θ ≤ π . IV. Redressement double sur charge R-L-E : (Régime de conduction continue) 1. Pont tout thyristors sans diode de roue libre : i1 V1 Th1 Is =cste V’1 R Th’2 Vs Ve = VM sin wt Amorçage de Th1, Th’1 à α1 et de Th2, Th’2 à α1+π Ve L V2 Th2 V’2 Th’1 E α L’angle d’amorçage de α1 est choisi de telle façon Ve 1 − Vs > 0 pour que la tension anodew cathode de Th1 soit positive. On suppose que le courant de sortie is ne s’annule pas. Conclusion : il existe toujours un groupe (Thi, Th’i) qui conduit. À chaque amorçage, le nouveau groupe conduit. Il dérive alors naturellement le courant is, ce qui bloque le groupe précédent. θ ∈ [α1 , α1 + π ] → Vs = Ve La tension de sortie vaut donc : θ ∈ [α1 + π , α1 + 2π ] → Vs = −Ve Mr BENGMAIH -6- Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI VGK2 ; V’GK2 θ VGK1 ; V’GK1 v α1 + α +V π θ α α 2π 4π θ π -VM VR +V θ VT1 +V θ -VM Vs = 1 π α1 +π ∫ α Ve sin θ dθ = 1 Ve π [ − cos θ ]α α1 +π 1 2Ve R 0 is = π π α1 . La tension moyenne en sortie peut être positive ou négative suivant la valeur de α1. 2Ve R Vs − E R 2Ve cos α1 Vs π/2 - ⇒ Vs = 2Ve cos α1 = Mr BENGMAIH π R −E . -7- Redressement monophasé commandé C.P.G.E-TSI-SAFI 2. Pont tout thyristors avec diode de roue libre : i1 Th1 V1 is ir La diode D placée aux R bornes de la charge a pour effet de supprimer toutes les pointes inférieures à 0 de Vs. Dès que Vs≤0, D entre en L conduction →iD=is donc ir=0→tous les thyristors se bloquent. Th’2 V’1 iD ie Ve Vs D V2 Th2 V’2 Th’1 E Vs +VM θ0 π θ0+π i1 D Th1, Th’1 D θ0+2π 2π Th2, Th’2 D θ 3π Th1, Th’1 iD V. Association MCC et redresseur : 1. fonctionnement dans un quadrant : a. Pont mixte asymétrique iT1 Ic ID1 Th1 A D1 VT1 i VD1 Uc = UAB Ve MCC ----- iT2 ID2 Th2 D2 VT2 VD2 B Mr BENGMAIH -8- Redressement monophasé commandé n U C.P.G.E-TSI-SAFI Moteur 0 <α < π 1 Imoy C Remarque : le pont asymétrique n’a pas besoin de diode de roue libre dans le cas d’une charge inductive (R,L ou R,L,E) car quand la tension Uc veut devenir négative, les diodes D1 et D2 deviennent conductrices et assurent la roue libre. b. Pont mixte symétrique (voir exercice 4 TD N°7) iT1 Ic iT2 Th1 A Th2 VT1 i VT2 Uc = UAB Ve MCC ----- ID1 ID2 D1 D2 VD1 VD2 B Rque : Ce pont a les 2 cathodes réunies, donc la même commande pour les deux thyristors. 2. fonctionnement dans deux quadrants : a. Pont PD2 tout thyristor : iT1 Ic iT3 Th1 A Th3 VT1 i VT3 Uc = UAB Ve MCC ----- iT2 iT4 Th2 Th4 VT2 VT4 B n U Si 0<α<π/2 : le PD2 fonctionne en redresseur et la MCC fonctionne en moteur (quadrant 1). 1 Moteur 0 <α < π/2 4 Génératrice C π/2 <α < π Mr BENGMAIH Imoy Si π/2 < α <π : le PD2 fonctionne en onduleur et la MCC en génératrice (quadrant 4). -9- Redressement monophasé commandé Th1 Th3 C.P.G.E-TSI-SAFI A Onduleur VT3 iT1 iT3 U Ve iT2 iT4 2 MCC ------- Th4 U Génératrice π/2 <α < π Imoy 3 Th2 n VT4 Moteur 0 <α < π/2 C Redresseur B 3. fonctionnement dans quatre quadrants : Pont 2 Pont 1 Pont 2 : Onduleur Génératrice π/2 <α < π Moteur 0 <α < π/2 Pont 2 : Redresseur n U 2 1 3 4 Pont 1 : Redresseur Moteur 0 <α < π/2 Génératrice π/2 <α < π Pont 1 Imoy C Pont 1: Onduleur Pont 2 Mr BENGMAIH - 10 -