Partie 11 - Ch.48

48
Les principaux montages
redresseurs
La fonction redresseur est utilisée aussi bien en monophasé qu’en triphasé. Elle
permet le passage d’un courant alternatif à un courant unidirectionnel.
AVANT DE DÉMARRER…
Le symbole général d’un redresseur est celui de la figure 1.
La source, alternative sinusoïdale, peut être monophasée ou triphasée.
Les convertisseurs alternatif-continu sont principalement utilisés
pour les recharges d’accumulateurs ou pour l’alimentation des
moteurs à courant continu.
Dans ce chapitre, par souci de compréhension, la charge sera
purement résistive et les diodes seront considérées comme
parfaites (tension de seuil nulle).
∼
–
Fig. 1 Convertisseur
alternatif-continu.
Rappels sur les diodes :
Passante
I existe
UD = 0
Bloquée
I=0
UD existe
Tableau 1
OBSERVONS
•
Le convertisseur PD2
Une résistance (R = 18 Ω) est branchée (fig. 2) en
sortie d’un redresseur de type PD2.
U
PD2
UR
R
La tension de la source est alternative sinusoïdale
−
et u = 24 √2 sin 100 pt.
Fig. 2 Une charge résistive branchée
sur un PD2.
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
291
PARTIE 11 • FONCTIONS
OBSERVONS
Relevons les oscillogrammes (fig. 3) des tensions
u(t) et uR(t) aux bornes de l’alimentation et de la
résistance.
40
u(V)
20
t(s)
0
La tension de la source est alternative et sinusoïdale, composée d’une alternance positive et
d’une alternance négative.
T
– 40
40
La tension aux bornes de la résistance est une succession d’alternances positives.
T
2
– 20
uR(V)
20
t(s)
0
T
2
– 20
T
– 40
Fig. 3 Oscillogrammes du PD2.
•
Le convertisseur P3
Une résistance R est branchée (fig. 4) en sortie
d’un redresseur de type P3.
L’alimentation triphasée alternative sinusoïdale
est composée des trois fils de phase et du neutre.
Relevons les oscillogrammes (fig. 5) des tensions
u(t) et uR(t) aux bornes de l’alimentation et de la
résistance.
1
U12
2
U23
3
V1
P3
V2
U31
UR
R
V3
N
Fig. 4 Une charge résistive
branchée sur un P3.
uR
Durant la période T, nous remarquons que la tension uR se compose de trois arches de sinusoïdes.
t(s)
À tout instant, la tension aux bornes de la résistance est égale à la tension simple la plus positive.
On remarque donc que uR(t) est toujours positive
et jamais nulle.
v2
v3
v1
T
Fig. 5 Oscillogrammes du P3.
•
Le convertisseur PD3
Une résistance R est branchée (fig. 6) en sortie
d’un redresseur de type PD3.
L’alimentation triphasée alternative sinusoïdale
est composée des trois phases.
Relevons les oscillogrammes (fig. 7) des tensions
composées u(t) et de la tension uR(t) aux bornes
de la résistance. Les tensions simples v(t) sont
elles aussi représentées.
292
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
1
2
3
U12
PD3
U23
U31
Fig. 6 Une charge résistive
branchée sur un PD3.
UR
R
uR
L’oscillogramme de la tension uR se présente
comme une succession de six arches de sinusoïdes et ce durant la période T.
t(s)
À tout instant, la tension uR est égale à la tension
composée la plus positive et n’est jamais nulle.
T
u21
u31 u32 u12 u13
u23
Fig. 7 Oscillogrammes du PD3.
À SAVOIR
1. Fonctionnement du PD2
L’appellation PD2 signifie « Montage à commutation parallèle double en monophasé ».
L’association de quatre diodes constitue un PD2 (appelé aussi pont de Graëtz monophasé)
et peut avoir différentes représentations (fig. 8).
Les repères « ~ » indiquent les entrées de raccordement à la source alternative sinusoïdale.
Les repères « + » et « – » indiquent les sorties de raccordement au récepteur.
~
D1
D2 +
D1
D2
+
D1
~
~
~
D3
D4 –
+
+
D2
~
D3
D3
D4
–
~
~
~
D4
–
–
Fig. 8 Différentes représentations d’un PD2 ou pont de Graëtz.
La représentation encadrée en rouge est celle utilisée dans ce chapitre.
T
• Alternance positive (0 > t > 2 )
I
La tension de la source est positive (fig. 9) et
le sens du courant I sera de A vers B.
Ce courant passe dans le circuit composé de
la diode D1, de la résistance R et de la diode
D4, conformément au fonctionnement d’une
diode (voir chapitre précédent).
L’orientation de la tension UR est définie
selon la convention récepteur.
D1
I
D2
A
I
UR
I
R
B
D3
D4
I
Fig. 9 Le passage du courant.
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
293
PARTIE 11 • FONCTIONS
En d’autres termes, pendant cette alternance, les
diodes D1 et D4 conduisent et sont donc assimilées à un interrupteur fermé (fig. 10).
Les diodes D2 et D3 ne conduisent pas et sont
donc assimilées à un interrupteur ouvert. De
plus, nous remarquons que chacune de ces
diodes est soumise à la tension de la source.
I
I
D1
D2
A
I
R
UR
I
B
D3
D4
I
Fig. 10 Les diodes sont assimilées
à des interrupteurs.
T
• Alternance négative ( 2 > t > T)
L’analyse du fonctionnement est similaire à celle de l’alternance positive :
La tension de la source est négative (fig. 11) et le courant ira de B vers A mais dans la charge,
le courant circule toujours dans le même sens.
Les diodes D2 et D3 conduisent et sont assimilées à un interrupteur fermé (fig. 12).
Les diodes D1 et D4 ne conduisent pas, elles sont assimilées à un interrupteur ouvert et sont
soumises à la tension de la source.
I
I
D1
A
B
D2
UR
I
I
D3
I
D4
D1
A
R
D2
D3
I
Fig. 11 Le passage du courant.
R
UR
I
I
B
D4
I
I
Fig. 12 Les diodes sont assimilées
à des interrupteurs.
• Pour la charge, la tension uR est unidirectionnelle (fig. 13)
T
De 0 à
: les diodes D1 et D4 conduisent, les
2
uR(V)
40
diodes D2 et D3 sont bloquées.
T
De
à T : les diodes D2 et D3 conduisent, les
2
diodes D1 et D4 sont bloquées.
^
U
20
t(s)
0
T
2
– 20
Le courant dans la charge est donc toujours
positif ou nul, c’est un courant redressé double
alternance ou bialternance.
T
– 40
D1 et D4
D2 et D3
Fig. 13 uR est unidirectionnelle.
• Relations pour une charge résistive
Valeur moyenne de la tension de la charge :
^
^
2U
UR = p avec U = U √2
Valeur efficace de la tension de la charge :
UR = U
294
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
2. Fonctionnement du P3
L’appellation P3 signifie « Montage à commutation parallèle simple en triphasé ».
D1
1
Trois diodes (fig. 14) montées sur chaque fil de
phase et reliées par leurs cathodes sont raccordées à un récepteur résistif.
U12
2
U23
3
V1
D2
D3
R
UR
V3
N
Ce montage redresseur peut donc aussi être
nommé P3 à cathodes communes.
V2
U31
Fig. 14 Montage P3 sur charge résistive.
Seule conduit la diode dont la tension instantanée est la plus positive.
Chaque diode est conductrice pendant un tiers
de période (fig. 15). En effet :
T
3T
– pour 12 < t <
, on a v1 > v2 et v1 > v3
12
uR
⇒ D1 conduit et uR = v1 ;
t(s)
3T
9T
– pour 12 < t <
, on a v2 > v1 et v2 > v3
12
v3
v2
v1
T
⇒ D2 conduit et uR = v2 ;
T
12
9T
T
– pour 12 < t < T +
, on a v3 > v1 et v3 > v2
12
5T
12
9T
12
T+ T
12
D1 conduit D2 conduit D3 conduit
⇒ D3 conduit et uR = v3.
Fig. 15 Oscillogramme de uR(t).
Chaque diode, quand elle est bloquée, est soumise
à une tension composée U de la tension de la
source.
• Relations pour une charge résistive
Valeur moyenne de la tension de la charge :
^
^
^ ^
3 ÷3 V
UR = 2p
= 0,827 UR avec UR = V = V √2
Valeur efficace de la tension de la charge :
^
UR = 0,841 U R
3. Fonctionnement du PD3
L’appellation PD3 signifie « Montage à commutation parallèle double en triphasé ».
Ce redresseur (aussi nommé pont de Graëtz
triphasé) constitué de six diodes (fig. 16) est
raccordé à un réseau triphasé sans neutre.
L’oscillogramme de la figure 7 nous a montré
que la tension de la charge était toujours positive et égale, à tout instant, à la plus grande
des tensions composées.
D1
1
2
3
D2
D3
IR
U12
U23
UR
U31
D4
D5
R
D6
Fig. 16 Montage PD3 sur charge résistive.
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
295
PARTIE 11 • FONCTIONS
Ainsi de
3T
T
à
, u = u12.
12 12 R
Il est facile, sur le schéma de la figure 17,
de montrer que lorsque u12 est la tension
la « plus positive », le courant s’établit
dans le circuit composé de la diode D1, de
la résistance R et de la diode D5.
La même analyse peut se faire pour chaque
intervalle de temps :
3T 5T
– De 12 à
, u = – u31 = u13 (fig. 18).
12 R
IR
3
UR = U12
U31
D4
D5
D6
Fig. 17 Quand u12 est la plus grande tension
composée, alors D1 et D5 conduisent.
D1
1
D2
D3
IR
U12
R
U23
UR = – U31
U31
D4
Les diodes D2 et D6 conduisent.
D3
R
U23
3
5T 7T
– De 12 à
, u = u23.
12 R
D2
U12
2
2
Les diodes D1 et D6 conduisent.
– De
D1
1
D5
D6
Fig. 18 Les diodes D1 et D6 conduisent.
7T 9T
à
, u = – u12 = u21.
12 12 R
uR
Les diodes D2 et D4 conduisent.
t(s)
9T 11T
– De 12 à 12 , uR = u31.
T
Les diodes D3 et D4 conduisent.
– De
u21 u31 u32 u12 u13 u23
D3
D3
D5 D1 D5 D1 D6 D2 D6 D2D4 D3 D4 D5
11T
à T, uR = – u23 = u32.
12
D3
Les diodes D3 et D5 conduisent.
D1
D5
Chaque diode conduit pendant un tiers
de période (fig. 19). Les diodes non
conductrices sont soumises aux valeurs
maximales des tensions composées.
T
12
• Relations pour une charge résistive
Valeur moyenne de la tension de la charge :
^
3U
UR = p ª 1,35 U
Valeur efficace de la tension de la charge :
UR ª 1,352 U
296
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
D2
D6
3T
12
5T
12
D3
D4
7T
12
9T
12
D5
11T
12
Fig. 19 Conduction des diodes.
TESTEZ VOS CONNAISSANCES
Sur le montage PD2 de la figure 8, la diode D2 est
montée à l’envers.
Quelle en est la conséquence ?
a) Fonctionnement en mono-alternance.
b) Court-circuit.
c) La diode D1 sera détruite.
d) Aucun effet.
La figure 22 présente un résistor R alimenté par un
montage inconnu. La source est alternative sinusoïdale.
IR
u(V)
t(s)
Un récepteur résistif est branché à un convertisseur
alternatif-continu.
Quel est le le type de convertisseur (d’après l’oscillogramme de la figure 20) ?
a) PD2 anode communes. b) PD3 anodes communes.
c) P3 anodes communes. d) P3 cathodes communes.
U
?
uR(V)
t(s)
UR
R
1. Quel montage vérifie l’oscillogramme de la tension uR ?
a)
b)
+
+
–
–
uR
t (s)
c)
d)
+
+
–
–
Fig. 20
Une résistance est présente en sortie d’un PD3.
L’oscillogramme de la figure 21 fait apparaître un
défaut, lequel ?
a) Une phase d’alimentation est coupée.
b) Une diode est coupée.
c) Une diode est en court-circuit.
d) La résistance chauffe anormalement.
2. Dessiner l’allure de la tension uR si le montage
suivant alimente le résistor R.
+
uR
t(s)
Fig. 21
–
3. Quel est, parmi les montages de la question 1,
celui qui donne la même allure que celui de la question 2 : a), b), c) ou d) ?
LES PRINCIPAUX MONTAGES REDRESSEURS
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