Fonction alimentation en énergie électrique. Alimentation en

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
un flux tel que d (t)
U1 = N1 dt , le flux étant le même dans tout le circuit magnétique on retrouve au secondaire
dans la bobine de N2 spires une tension d (t)
U2 = N2 dt
 Relation tension / nombre de spires :
Des relations précédentes on tire : U2 N2
= = m
U1 N1 , (m est le rapport de transformation)
 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
périodique. La valeur efficace d’un signal sinusoïdal est : Valmax
Valeff = 2).
Cette puissance apparente s’exprime en voltampère (VA).
Papp = U1eff×I1eff = U2eff×I2eff
Et donc : I1eff = 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 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
La valeur moyenne de la tension
redressée est :
T
2
max
0
max
max
1
Um = V sin(ωt)dt
T
VTω
= -cos( ) + cos(0)
Tω 2
V
=
π
La valeur efficace :
max
eff
V
U =
2

1.1.2.2.2 Montage en pont de Graëtz
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
La valeur moyenne de la tension
redressée est :
max
V
Um = 2
π
La valeur efficace :
max
eff
V
U =
2
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 :
graphe obtenu pour C = 10µF et R
charge
= 1k
Ω
graphe obtenu pour C = 10µF et R
charge
= 10k
Ω
graphe obtenu pour C = 100µF et R
charge
= 1k
Ω
graphe obtenu pour C = 100µF et R
charge
= 10k
Ω
1.1.5 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
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 :
Stabilisation
régulation
tension
continue
filtrée
Ve
tension
continue
régulée
Vs

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.
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.
régulateur
tension fixe régulateur
tension réglable
C1C1 C2C2
VeVe VSV
V -
e
V -
e
V
S
V
S
I I
R1
R2
Tension filtrée Ve
Tension régulée VS
Tension aux bornes
du régulateur
VS - Ve