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CS Conversion statique d’énergie cours CS-3 redressement
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1- Introduction :
Exigences :
1500 V continu
Sur réseau alternatif, le
courant absorbé au
primaire du
transformateur est
quasi-sinusoïdal.
Cet exemple montre que, dans le cadre de la traction ferroviaire, leconvertisseur statique alternatif-
continu est largement utilisé.
Analyser
Modéliser
Résoudre
Expérimenter
Concevoir
Réaliser
Communiquer
Choisir une démarche de résolution
%
Savoirs faires associés
§
bilan
Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants, des tensions et des
puissances échangées
2 et 3
Procéder à la mise en œuvre d'une démarche de résolution analytique
%
Savoirs faires associés
§
bilan
Déterminer les courants et tension dans les composants
Déterminer les puissances échangées
Déterminer les énergies transmises ou stockées
2 et 3
Cours
Cours CS 3
TSI1
TSI2
La Conversion Statique d’Energie
X
Période
Conversion statique AC – DC : Redressement
1
2
3
4
5
Cycle7 :
Conversion statique d’énergie
Durée :
2 semaines
X
Le TGV POS a été mis en service juin 2007, départ de Paris
vers Strasbourg, Metz,
Munich, Francfort, Zurich et Luxembourg (vitesse commerciale
de 320 km.h-1 sur leparcours français et de 300 km.h-1 sur
lignes grande vitesse allemandes).
Chacune des 2 motrices est constituée de 4 ensembles
"essieux-moteurs" regroupés en2 blocs moteurs (de 1200 kW),
un par bogie.
Pour le TGV POS, la pénétration sur les réseaux allemands et
suisses nécessite desrames tri-tensions adaptées aux tensions
25kV-50Hz monophasée et 1500V continu duréseau français
et, d’autre part, à la tension spécifique 15 kV-16,7Hz des
réseauxallemands et suisses.

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2- Principe d’un montage redresseur
Lorsque le montage est constitué de diodes associées en parallèle, deux cas de figures pourront se
présenter :
- Les diodes sont associées en cathode commune, les anodes sont reliées à des potentiels différents
- Les diodes sont associées en anode commune, les cathodes sont reliées à des potentiels différents
Règles de conduction :
Dans un montage à cathodes communes, la seule diode qui se mettra à conduire est celle qui
dispose du potentiel d’anode le plus élevé.
Dans un montage à anodes communes, la seule diode qui se mettra à conduire est celle qui
dispose du potentiel de cathode le plus faible.
L’exemple ci-dessous montre un montage à cathode commune.
Cas où Ve1 > Ve2 :
La diode D1 est passante, ie1 = is ; Vs = Ve1 et ie2 = 0
Cas où Ve1 < Ve2 :
La diode D2 est passante, ie2 = is ; Vs = Ve2 et ie1 = 0
2-Le montage parallèle double :
Dans le montage précédent, deux sources de tensions étaient nécessaires pour obtenir une tension
redressée double alternance. On peut, à partir d’une seule source de tension alternative obtenir le même
résultat en utilisant le convertisseur suivant :
2-1 Structure du convertisseur :
AC
DC
Ve
Vs
Ie
Is
Ve(t) = V√2 sin (ωet) 
Is > 0, conduction continue
Ve1~
ie1
is
D1
Vs
ie2
Ve2~
D2
t
Ve1
V√2
-V√2
Vs
V√2
-V√2
D1
t
Ve2
D2
Is
Is
t
D1
D2
ie1
ie2
t
t
D1
D2
Is
Is
Ie
Is
Vs
Ve~
D1
D3
D2
D4

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La source de tension est alternative, la source de courant est continue.
Définition :
Le convertisseur fonctionne en conduction continue si le courant reste strictement positif.
Si le courant devient nul, le convertisseur fonctionnera alors en conduction discontinue
2-3 Fonctionnement :
En considérant la source de courant parfaite, l’allure du courant et la tension en entrée et en sortie prend la
forme suivante :
Expression de la valeur moyenne de la tension en sortie du convertisseur :
De 0 à Ts Vs = V√2.sin(ωet) d’où 
 soit 
2-4 Expression des puissances :
Lors de l’alternance positive de Ve, les diodes
D1 et D3 conduisent.
Ve~
Ie
Is
D1
D2
D3
D4
Vs
AC
DC
Ve
Vs
Ie
Is
Puissance de sortie : Le courant est considéré constant et égal à Is, alors :
Puissance d’entrée : La tension est considérée parfaitement sinusoïdale :
Ve~
Ie
Is
Vs
D1
D2
D3
D4
Vs
Lors de l’alternance négative de Ve, les diodes
D2 et D4 conduisent.
Te = 2π/ω
t
Is
-Is
Te = 2π/ω
Ie
Is
Is
t
Vs
V√2
-V√2
t
Te = 2π/ω
Ve
V√2
-V√2
Ts
t

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On en déduit donc le facteur de puissance du convertisseur comme étant le rapport de P sur S avec S =
V*Is (Is correspond à la valeur efficace de ie(t)).
La tension de sortie Vs ne peut-être que positive, le courant l’étant
aussi, on peut constater que le convertisseur ne présente pas de
réversibilité en tension ou en courant. Il ne fonctionne donc que sur
un quadrant.
2-5 Choix des diodes :
Les diodes qui composent le convertisseur sont soumises à des
courants positifs et des tensions inverses qui ont été relevé ci-
dessous :
Le courant qui traverse la diode peut donc se mettre sous la forme suivante :
A l’état bloqué, la diode est soumise à une tension inverse telle que :
Le choix du composant se fera à partir des valeurs précédemment calculées.
Les constructeurs donnent les indications suivantes :
ID : courant direct efficace dans la diode doit être supérieur au courant IDeff calculé
IFAV : ForwardAVerage : courant direct moyen qui doit être supérieur à <ID> calculé
IFSM : Forward Surge Max : courant impulsionnel maximum qui doit être supérieur à IDmax
VRRM : Rear Repetitive Max : tension inverse maximale supérieure à VDmax

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3- Refroidissement des semi-conducteurs :
3-1 Pertes par conduction :
En réalité, la diode n’étant pas un composant parfait, on peut l’assimiler a l’état passant à un modèle
équivalent simplifié composé d’une source de tension VFen série avec une résistance dynamique notée rT.
Schéma équivalent de la diode à l’état passant
La diode dissipedonc de l’énergie lorsqu’elle est en conduction. On peut définir à partir du modèle
équivalent déterminéles pertes par conduction de la diode :
Ces pertes sont dissipées par effet Joule (Energie thermique) qui va provoquer une élévation de la
température du composant.
La température θJ des jonctions des interrupteurs statiques est limitée à θJmax(donnée intrinsèque au
composant fournie par le constructeur).
Si θJ>θJmax, il y a destruction du composant.
Il faut donc évacuer la puissance perdue par effet Joule.
=> Dissipateur thermique (appelé aussi radiateur)
3-2 Dissipateur thermique :
VK
iK
Les dissipateurs par conduction naturelle sont de simples
radiateurs constitués d’ailettes permettant d’augmenter la
surface d’échange thermique entre le matériau et l’air.
Les dissipateurs peuvent-être à refroidissement forcé
par ventilation ou circulation d’un fluide caloporteur
rT
VT0
IK
VF