modulation d`energie - Académie de Nancy-Metz

Spé génie électrique
ATS modulation d’énergie
Lycée P. Mendès France Epinal
Cours conversion AC/DC 1/7
MODULATION D'ENERGIE : CONVERSION AC-DC
L’objectif est ici de voir quel montage permet de transformer une tension alternative sinusoïdale en une
tension continue (ou au moins avec une valeur moyenne non nulle).
I INTRODUCTION
L'idée permettant de transformer une tension alternative en tension continu (ou du moins à valeur
moyenne non nulle) est de redresser la tension sinusoïdale, en utilisant un composant unidirectionnel en
tension. Le montage le plus simple est appelé "redressement mono-alternance". Le schéma est le suivant :
1. Structure de la chaine de conversion
Ce montage fait intervenir les 3 éléments de la conversion : la source, le redresseur et la charge. L’élément
clef de notre étude est le convertisseur. Mais, l’ensemble constitue une chaîne de conversion dont chacun
des éléments ne peut être étudié qu’en tenant compte des autres. Les caractéristiques de sorties pourront
être différentes suivant que la charge soit : un moteur (modèle R+L+E), une batterie d'accumulateurs
(charge E+R), des radiateurs (composants résistifs)….
Rq : La source et la charge doivent être de nature différente (ex: impossible de connecter en parallèle 2
sources de tension). Si la source est un générateur de tension, la charge doit se comporter comme une
source de courant (nature inductive)
2. Diode de redressement
Le composant principal du redressement de tension est la diode de puissance.
La diode de puissance est un composant non commandable
(ni à la fermeture ni à l’ouverture). La caractéristique réelle de
la diode est donnée ci-contre.
La diode est unidirectionnelle en courant (elle n'accepte qu'un courant positif) et
unidirectionnelle en tension (tension négative uniquement).
Lors de nos études sur le redressement, on supposera que la diode est parfaite. Dans ce cas, la diode peut
être considérée comme un interrupteur non commandé :
- La diode devient passante (se ferme) lorsque la tension à ses
bornes devient positive. Elle se comporte alors comme un
interrupteur fermé
- Elle devient bloquée (s'ouvre) lorsque son courant s'annule

Spé génie électrique
ATS modulation d’énergie
Lycée P. Mendès France Epinal
Cours conversion AC/DC 2/7
Plusieurs modèles peuvent être envisagés pour la diode suivant le degré de précision que l'on désire. La
diode peut également être schématisée par un générateur de tension et une résistance en série :
- La valeur de la tension du générateur est la tension de seuil de la diode (tension à partir de laquelle la diode
devient passante : environ 0,5V suivant le type de diode).
- La résistance dynamique est généralement faible et peut souvent être négligée.
Ce modèle peut notamment être utilisé pour calculer les pertes par conduction et donc
l'échauffement dans la diode, afin de choisir un dissipateur thermique afin d'évacuer la
chaleur et éviter la destruction du composant.
Critères principaux de choix d'une diode:
- Tension inverse maximale (souvent notée VRRM)
- Courant moyen (souvent noté IF ou IF(AV) ) : IDmoy 
- Type de diode : redressement à 50Hz ou à commutation à fréquence élevée
II REDRESSEMENT MONO ALTERNANCE
1. Formes d'onde
On va ici étudier le montage de base du redressement. La charge prise en
compte est une résistance. Le schéma est donné à droite.
A t<0, on considère que la diode est bloquée et le courant nul dans R. Dans ce
cas, VD=V1.
Phase 1 : A t=0, V1 devient positive, donc VD aussi. La diode devient passante et se comporte
comme un fil (diode parfaite). On a alors : V2=V1 et i=V1/R. On reste dans cette situation tant que i reste
positif.
Phase 2 : à w.t = π, i s'annule et
donc D se bloque, on a alors i=0, et
V2=R.i=0
On obtient les formes d'ondes suivantes :
2. Caractéristiques du montage :
a) Tension moyenne de sortie :
<V2> = 
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conclusion : on exploite peu la tension d'entrée, uniquement une demi-période.

Spé génie électrique
ATS modulation d’énergie
Lycée P. Mendès France Epinal
Cours conversion AC/DC 3/7
A partir des formes d'ondes, on peut également calculer les caractéristiques dépendant de la charge :
I0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ieff =. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b) puissance
La puissance active fournie à la charge est : Pc = <pC> = <v2.i > = . . . . . . . . . . . . . . . . . .
NB : Ici, ni v2(t), ni i(t) n'est constant PC≠<v2>.<i>
On peut également calculer le facteur de puissance FP du coté réseau (en entrée de montage) pour se
rendre compte de l'utilisation de la puissance d'entrée : FP=
Or, la diode est parfaite, la puissance active est la même en entrée qu'en sortie, pas de pertes.
Donc : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FP=. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
On constate que ce facteur de puissance n'est pas élevé confirmant l'idée que ce convertisseur n'exploite
pas au mieux la puissance d'entrée.
c) Spectre
L'objectif du montage redresseur est de fournir une tension la plus continue possible. Or avec le montage
redresseur simple alternance, cela n'est pas le cas.
En fait, tout signal périodique (ce qui est le cas ici) peut être décomposé comme la somme de signaux
sinusoïdaux de fréquence multiple de la fréquence du signal périodique. (Décomposition en série de
Fourier). Les composantes du signal périodiques sont appelés les harmoniques.
On représente alors cette décomposition sous forme graphique. En abscisse, on a les fréquences de chaque
harmonique et en ordonnée leur amplitude. C'est ce qu'on appelle le spectre du signal.
Pour la tension en sortie du redresseur mono alternance, on a le spectre suivant :
On constate alors que la partie continue du signal est plus faible que les composantes harmoniques. Le
montage remplit donc très mal son rôle.

Spé génie électrique
ATS modulation d’énergie
Lycée P. Mendès France Epinal
Cours conversion AC/DC 4/7
III REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE : PONT DE DIODE
On va maintenant chercher à améliorer le redressement en obtenant deux alternances positives aux bornes
de la charge. Deux solutions sont possibles :
- créer en entrée deux tensions en opposition de phase à partir d'un transformateur à point milieu.
- utiliser un pont de diode
Le cas le plus répandu est le cas du pont de diode. Nous allons étudier ce montage ci.
Nous allons étudier le fonctionnement du montage lorsque la charge est fortement inductive (moteurs).
Afin de simplifier l'étude, on pourra assimiler la charge à une source de courant : Ic=I0=Cste
1. Formes d'onde
Ve(t)=V.sin wt
Phase 1 : à t=0 , la tension aux bornes des diodes D1 et D3 devient positive, D1
et D3 deviennent donc passantes. On a alors le schéma équivalent ci-contre :
On détermine alors l'expression des différentes grandeurs du circuit :
Vc= . . . . . . . . . . Ie= . . . . . . . . . VD2=VD4=. . . . . . . . . . ID1=ID3=. . . . . . ..
Phase 2 : À w. t= π, Ve s'annule et devient négative. La tension aux bornes de D2 et
D4 devient alors positive. Ces diodes deviennent passantes, ce qui entraine le
blocage de D1 et D3.
On a alors le schéma équivalent ci-contre :
Vc=. . . . . . . . . ID2=. . . . . . . . . VD1=. . . . . . . . . ID1=. . . . . . . . . Ie=. . . . . . . . .
A partir de l'étude des deux phases, on obtient les formes d'ondes suivantes :
1

Spé génie électrique
ATS modulation d’énergie
Lycée P. Mendès France Epinal
Cours conversion AC/DC 5/7
2. Caractéristiques du montage :
A partir de ces formes d'ondes, on peut calculer les grandeurs caractéristiques du convertisseur.
Tension moyenne de sortie : <Vc>=
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Courant moyen dans une diode : ID= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Puissance moyenne en sortie : P = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Courant efficace en entrée : Ieeff = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Facteur de puissance : FP=
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Spectre :
Conclusion : On constate que le montage en pont de diodes permet d'obtenir un meilleur facteur de
puissance.
Le spectre en fréquence de la tension de sortie montre que l'harmonique à 50Hz est éliminé et la
composante continue occupe un pourcentage plus important du spectre.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Dans la réalité, le courant consommé par le moteur n'est pas parfaitement lissé. Il existe une ondulation de
courant. Les formes d'ondes vont être différentes.
L'ondulation de courant peut être obtenue
en décomposant la tension de sortie du pont
en valeur moyenne et en harmoniques.
L'ondulation de courant sera causée par les
harmoniques de tension.
T