Fonction alimentation en énergie électrique. Alimentation en
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Fonction alimentation en énergie électrique. Alimentation en courant continu 1 À partir du secteur EDF 1.1 Structure 1 : 1.1.1 Le transformateur Un transformateur de tension est un quadripôle qui permet de transmettre une puissance électrique sans contact entre une bobine dite primaire et une bobine dite secondaire. La transmission modifie les amplitudes des courants et des tensions mais conserve la fréquence du signal. Transformateur parfait : La bobine primaire comportant N1 spires, alimentée par une tension U1 sinusoïdale, crée dans le circuit magnétique d(t) un flux tel que U1 = N1 , le flux étant le même dans tout le circuit magnétique on retrouve au secondaire dt d (t) dans la bobine de N2 spires une tension U2 = N2 dt Relation tension / nombre de spires : U2 N2 Des relations précédentes on tire : = = m , (m est le rapport de transformation) U1 N1 Puissance dans le transformateur : Dans le transformateur parfait aucune perte de puissance n’est prise en compte on donne pour un transformateur la valeur de sa puissance apparente (valeurs efficaces de la tension et du courant : valeur continue qui produit un échauffement identique à celui que produirait la tension ou le courant Valmax périodique. La valeur efficace d’un signal sinusoïdal est : Valeff = ). 2 Cette puissance apparente s’exprime en voltampère (VA). Papp = U1eff×I1eff = U2eff×I2eff I1eff Et donc : =m I2eff 1.1.1.1 Transformateur réel : L’étude du transformateur réel conduit à prendre en compte les pertes dues aux différents éléments parasites (résistance des bobines et imperfection des noyaux magnétiques). Cette prise en compte conduit à la définition du rendement du transformateur (~ 80%), le rapport de transformation doit tenir compte de la chute de tension dans les éléments résistifs des bobines. 1.1.2 Redressement 1.1.2.1 Redressement mono alternance : Le montage est le suivant : Le transformateur TR1 abaisse la tension secteur 220 V 50Hz à la valeur souhaitée (la résistance R2 au primaire du transformateur permet le fonctionnement de la simulation). La diode D1 assure le redressement de la tension délivrée par le secondaire du tansformateur : La valeur moyenne de la tension redressée est : T 2 Um = 1 Vmaxsin(ωt)dt T0 Vmax Tω V = max π = Tω -cos( 2 ) + cos(0) La valeur efficace : Ueff = Vmax 2 La diode est passante lorsque le potentiel de son anode est supérieur au potentiel de sa cathode, ici les alternances positives du signal au secondaire du transformateur. Lorsque la diode est conductrice il apparait à ses bornes une différence de potentiel de l’ordre de 0,6 V. 1.1.2.2 Redressement double alternance 1.1.2.2.1 Montage à deux diodes 1.1.2.2.2 Montage en pont de Graëtz La valeur moyenne de la tension V redressée est : Um = 2 max π La valeur efficace : Ueff = Vmax 2 1.1.2.3 Choix des diodes de redressement : Courant direct de diode, lorsque la diode est conductrice elle doit être capable de laisser circuler le courant demandé par la charge. La tension inverse de diode, lorsque la diode est bloquée elle doit être capable de supporter une tension inverse supérieure à la tension qui lui est appliquée. 1.1.3 Filtrage : En règle générale la tension de sortie du redresseur est filtrée par un montage capacitif. On utilise pour cela un condensateur de forte capacité (> 100µF) : Exemple : Filtrage après redressement double alternance 1.1.4 Tension après redressement avec filtrage. Tension après redressement sans filtrage Tension au secondaire avant redressement Le redressement double alternance permet de minimiser l’amplitude de l’ondulation résiduelle Il est possible de réduire l’ondulation résiduelle en augmentant la valeur du condensateur et/ou en limitant la valeur de l’intensité consommée dans la charge. Par exemple : 1.1.5 graphe obtenu pour C = 10µF et Rcharge = 1kΩ graphe obtenu pour C = 10µF et Rcharge = 10kΩ graphe obtenu pour C = 100µF et Rcharge = 1kΩ graphe obtenu pour C = 100µF et Rcharge = 10kΩ Régulation Stabilisation de tension Le but de la fonction stabilisation est de fournir à la charge une tension continue (ondulation nulle) d’amplitude constante quelles que soient (dans les limites du raisonnable) les variations du courant consommé par la charge et les variations de la tension au primaire du transformateur. a. Schéma fonctionnel tension continue filtrée Ve Stabilisation régulation tension continue régulée Vs La fonction du régulateur est de créer une différence de potentiels variable VR = Ve – Vs telle que Ve – Vs absorbe les variations de Ve en maintenant Vs constante. Par exemple si nous reprenons le chronogramme de la tension filtrée par un condensateur de 10µF débitant sur une charge de 1kΩ, il vient : Tension filtrée Ve Tension régulée VS Tension aux bornes du régulateur VS - Ve Différentes structures électroniques permettent de répondre à cette problématique, les solutions les plus simples utiliseront des régulateurs de tension intégrés. Ces régulateurs sont disponibles pour assurer la régulation de tensions fixes, certains assurent la régulation de tension à une valeur réglable. Ve - VS V e - VS I régulateur tension fixe Ve C1 C2 régulateur tension réglable VS Ve C1 R2 I R1 C2 V Les deux condensateurs C1 et C2 assurent le filtrage des tensions Ve et VS. Ils sont souvent constitués par l’association en dérivation d’un condensateur de forte valeur (> 50µF) et d’un condensateur de faible valeur (10nF). Pour le régulateur réglable, la tension de sortie est fonction des résistances R1 et R2. Les régulateurs intégrés sont caractérisés par : la tension régulée Vs (ou par la plage réglable), la puissance maximale qu’ils peuvent dissiper (P = (Ve - VS).I avec I courant dans la charge). La valeur Ve - VS minimale en dessous de laquelle la régulation n’est pas assurée. 1.2 Structure 2 : Pour minimiser la taille du transformateur, (sa masse est fonction de la puissance à transmettre et inversement proportionnelle à la fréquence de la tension), une autre solution fonctionnelle est utilisée : la tension secteur est redressée, filtrée, la tension continue ainsi obtenue est transformée en tension périodique de fréquence élevée et est appliquée au primaire d’un transformateur qui va au niveau de son ou ses secondaires fournir les potentiels désirés, ces tensions périodiques seront redressées, filtrées et régulées selon les méthode vues précédemment.
