Redresseurs double alternance - GEL

Électronique de puissance
GEL-4102
LABORATOIRE Nº3
Redresseurs double alternance
1. objectifs
Compléter l'étude du fonctionnement de plusieurs redresseurs monophasés en pont dans le cas de
charges résistive et inductive. Étudier les formes d'onde de tension et de courant d’un redresseur.
Relever sa caractéristique de sortie Vchmoy(θ) en fonction de l'angle de retard à l’amorçage.
Comprendre le fonctionnement d’un pont mixte asymétrique.
2. Étude d’un redresseur monophasé à point milieu (ou redresseur biphasé simple alternance)
a) Étude d’un montage à cathode commune
La figure 1 montre un redresseur biphasé pour l’alimentation d’une charge R-L.
N
C
Figure 1 : Montage redresseur biphasé
La réalisation pratique de ce montage avec les équipements du laboratoire est présentée sur la figure 2.
On utilise un autotransformateur pour alimenter le primaire d’un transformateur à 120V. L’enroulement
secondaire de 208V sert à alimenter la commande du thyristor par les entrées A et B de la boite.
La charge est constituée de deux boites de résistances (de 12Ω chacune) qui sont montées en série. On
ajoute deux boites d’inductance L (de 20Ω chacune) qui sont aussi montées en série. Pour l’alimentation
de la charge, on utilise la moitié de la tension secondaire (= 104V) en prenant la sortie 50% de
l’enroulement secondaire.
- Installer les équipements de mesure; un multimètre pour mesurer la tension efficace au primaire du
transformateur, un multimètre pour mesurer la tension continue aux bornes de la charge, l’oscilloscope
pour observer le courant dans la charge et la tension vCN(t) aux bornes de toute la charge R-L en utilisant
des sondes isolées (sonde différentielle de tension et sonde de courant). On évite ainsi des problèmes de
masse avec l’oscilloscope.
- Synchroniser l’oscilloscope sur le réseau d’alimentation : dans le menu trigger, pour source, sélectionner
AC line.
- Régler la position du potentiomètre sur la boite de thyristor sur 0 (angle de retard à l’amorçage de 180
degrés). Appliquer la tension du réseau sur l’autotransformateur et régler la tension efficace à 120 V au
primaire du transformateur.
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- Modifier la position du potentiomètre pour imposer différentes valeurs de l'angle de retard à
l’amorçage. Observer la tension de la charge vCN(t), le courant dans la charge iCN(t) et la tension aux
bornes du thyristor vAKT1(t). Déterminer la plage de variation de la tension continue (ou tension
moyenne) aux bornes de la charge lorsqu’on fait varier θ.
- Régler l’angle de retard à l’amorçage à θ=90o, relever vCN(t), iCN(t) et vAKT1(t).
La tension moyenne de vCN(t) est-elle toujours positive? Tracer la forme des tensions et du courant en
utilisant les feuilles de sinusoïdes sur les pages suivantes en prenant la tension VAB comme sinusoïde de
référence pour le réseau. Quelle est l’alternance (positive ou négative) du réseau que contrôle le
thyristor T1. Expliquez la forme de la tension aux bornes de la charge en indiquant sur vos feuilles les
périodes de conduction de T1 et de D1.
Boite de montage
à thyristors
Autotransformateur
C
Boites de
Résistances
Boites
d’inductances
réseau
A
a
A
120 V
208 V
B
c
B
C
A
T1
B
D1
R
L
R
L
50%
b
Transformateur
T2
D2
N
N
Figure 2 : Réalisation pratique du redresseur biphasé (montage cathode commune)
b) Étude d’un montage à anode commune
- Modifier le montage pour réaliser un redresseur biphasé avec anode commune (figure 3)
- Régler la position du potentiomètre sur la boite de thyristor sur 0 (angle de retard à l’amorçage de 180
degrés). Appliquer la tension du réseau sur l’autotransformateur et régler la tension efficace à 120 V au
primaire du transformateur.
- Modifier la position du potentiomètre pour imposer différentes valeurs de l'angle de retard à
l’amorçage. Observer la tension de la charge vDN(t), le courant dans la charge iDN(t) et la tension aux
bornes du thyristor vAKT2(t). Déterminer la plage de variation de la tension continue (ou tension
moyenne) aux bornes de la charge.
- Régler l’angle de retard à l’amorçage à θ=90o, relever vDN(t), iDN(t) et vAKT2(t). La tension moyenne de
vDN(t) est-elle toujours positive? Tracer la forme des tensions et du courant en utilisant les feuilles de
sinusoïdes sur les pages suivantes, en prenant la tension VAB comme sinusoïde de référence pour le
réseau. Quelle est l’alternance (positive ou négative) du réseau que contrôle le thyristor T2. Expliquez la
forme de la tension aux bornes de la charge en indiquant sur vos feuilles les périodes de conduction de
T2 et de D2.
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Boites de
Résistances
Boite de montage
à thyristors
Autotransformateur
Boites
d’inductances
réseau
a
A
A
120 V
208 V
B
c
B
C
b
A
T1
B
D1
Transformateur
L
R
L
D
50%
T2
R
D2
N
N
Figure 3 : Réalisation pratique du redresseur biphasé (montage anode commune)
2. Étude d’un redresseur monophasé en pont mixte asymétrique
La figure 4 montre un redresseur en pont mixte asymétrique pour l’alimentation d’une charge R-L. Ce
montage est équivalent à deux redresseurs biphasés, simple alternance, qui sont mis en série. La partie
supérieure du pont (ou demi-pont supérieur) est un redresseur simple alternance, à cathode commune.
La partie inférieure (ou demi pont inférieur) est un redresseur simple alternance à anode commune.
C
D
Figure 4 : Redresseur monophasé en pont mixte asymétrique
Réaliser le montage de la figure 5. Modifier la charge résistive en ajustant les deux boites de résistances
à 24Ω chacune. On conserve les deux boites d’inductance L réglées à 20Ω chacune qui sont aussi
montées en série.
- Régler la position du potentiomètre sur la boite de thyristor sur 0 (angle de retard à l’amorçage de 180
degrés). Appliquer la tension du réseau sur l’autotransformateur et régler la tension efficace à 120 V au
primaire du transformateur.
- Modifier la position du potentiomètre pour imposer différentes valeurs de l'angle de retard à
l’amorçage. Observer la tension de la charge vCD(t), le courant dans la charge iCD(t) et la tension aux
bornes du thyristor vAKT1(t). Déterminer la plage de variation de la tension continue (ou tension
moyenne) aux bornes de la charge.
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o
- Régler l’angle de retard à l’amorçage à θ=90 , relever vCD(t), iCD(t) et vAKT1(t).
La tension moyenne de vCD(t) est-elle toujours positive? Tracer la forme des tensions et du courant en
utilisant les feuilles de sinusoïdes sur les pages suivantes, en prenant la tension VAB comme sinusoïde de
référence pour le réseau. Expliquez la forme de la tension aux bornes de la charge en indiquant sur vos
feuilles les périodes de conduction de T1, T2, D1 et D2.
Boites de
Résistances
Boite de montage
à thyristors
Autotransformateur
C
réseau
a
A
A
120 V
208 V
B
c
B
C
A
T1
Boites
d’inductances
B
D1
R
L
R
L
50%
T2
b
D2
D
Transformateur
N
Figure 5 : Réalisation pratique du pont mixte asymétrique
Vérifier sur vos feuilles que la tension VCD du montage en pont correspond à la différence des tensions
des demi-ponts (ou montage biphasé simple alternance) : VCD = VCN - VDN
Vérifier que la tension moyenne de la charge satisfait la relation suivante lorsque θ varie.
=
Vd
2 ⋅U M
π
⋅ (1 + cos θ )
3. Étude d’un redresseur monophasé en pont contrôlé par gradateur
On peut réaliser un gradateur avec deux thyristors montés tête-bêche pour régler la tension alternative
au primaire d’un transformateur. Si on place un redresseur en pont à diodes au secondaire, on obtient
une tension continue dont l’amplitude est réglable. La figure 6 montre le schéma de ce montage. L’étude
détaillée du fonctionnement du gradateur sera développée dans un autre laboratoire.
Réaliser le montage de la figure 7. La charge est constituée de 4 boites en série. Les deux boites de
résistances sont ajustés à 6Ω chacune. Les deux boites d’inductance L sont réglées à 20Ω chacune.
Le gradateur est réalisé avec la boite de thyristors qu’on alimente avec une tension de 208V par les
entrées A et B.
- Régler la position du potentiomètre sur la boite de thyristor sur 0 (angle de retard à l’amorçage de 180
degrés). Appliquer la tension du réseau sur l’autotransformateur pour régler la tension efficace à 208 V.
- Modifier la position du potentiomètre pour imposer différentes valeurs de l'angle de retard à
l’amorçage. Observer la tension de la charge vCD(t), le courant dans la charge iCD(t) et la tension aux
bornes du thyristor vAKT1(t).
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C
D
Figure 6 : Redresseur monophasé en pont contrôlé par gradateur
- Régler l’angle de retard à l’amorçage à θ=90o, vérifier que les formes d’onde de vCD(t), iCD(t) et vAKT1(t)
sont identiques à celles du montage précédent.
Vérifier que la tension moyenne de la charge satisfait la relation suivante lorsque θ varie.
=
Vd
2 ⋅U M
π
⋅ (1 + cos θ )
Boites de
Résistances
Autotransformateur
R
L
R
L
Boite de montage
à diodes
Boite de montage
à thyristors
Transformateur
réseau
C
A
A
B
T1
T2
C
N
Boites
d’inductances
B
D1
208 V
A
D1
B
D3
C
D5
120 V
D2
D2
D4
D6
D
Figure 7 : Réalisation pratique d’un redresseur à diodes contrôlé par gradateur
Donner vos tracés aux assistants de laboratoire avant de quitter la salle. Ces tracés vont compter pour
l’évaluation.
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