1 Les redresseurs = 1 2 (3) + - Pierre-Alain GILLESEEA / Conversion dénergie Conversion électrique...

1

Les redresseurs

=

1

2

(3)

+

-

Pierre-Alain GILLESEEA / Conversion d’énergie

Conversion électrique / électriquealternatif continu

2

Redresseur élémentaire à 1 diode

1- Montages élémentaires

Charge résistive :

Charge inductive :

<vs> et <is> > 0mais très mal lissés ...

vs

is

is mieux lissémais < vs > ...

D On D Off T

( V ou A )

3

Hypothèse pour la suite:charge = source de courantis = Is = Cte

Redresseur élémentaire à 2 diodes

vs

is

redressement double alternanceis ne s’annule pas

D1 D2 T

1- Montages élémentaires

4

Redresseurs élémentaires triphasés

Montage à cathodes communes :

Montage à anodes communes :

vs

Is = Cte1

2

3D1 D2 D3

D3 D1 D2

vs

C’est la diode connectée au potentiel« le plus positif » qui conduit

vs

T

vs

C’est la diode connectée au potentiel« le plus négatif » qui conduit

1- Montages élémentaires

5

Redresseur élémentaire commandé

vs

Is = Cte1

2

3vs

Instants d’amorçage naturel

Ψ Ψ Ψ

Ψ Angle de retard à l’amorçagedes thyristors

< vs > réglable par Ψ

T

T1 T2 T3

1- Montages élémentaires

6

V2Vs

Is ie

v Vs

ie

Is=cte

vD1

iD1

D2 D3

D4

D1D3

D2 D4 D1 D3

Pont monophasé à diodes

2- Montages en pont

v

...

T

τond = 78 %k = 0,900

THDi = 48 %

7

Vs

V2

V632

V212 3

U23 U21 U31 U32 U12=V1-V2U13

Is iD1

i1

Vs

123

i1

Is

vD1

iD1D3 D5

D2 D4 D6

Pont triphasé à diodes

D3 D5 D1D6 D2 D4

T0

0

D1

D2

τond = 7 %k = 0,955

THDi = 31 %

2- Montages en pont

8

V2

Vs

Pont commandé à thyristors

Vs

123

i1

Is

Vs

Puissance

=

Fontionnement en onduleur autonome : > → < vs > < 0

vs

Is ≥0

< vs > réglable

2- Montages en pont

9

Filtre LC

3- Qualité côté charge

vs E

ILInductance de lissage :

Ch

argevs

is

E

IL

C

Filtre LC :

L’inductance lisse le courantLa capacité lisse la tension

Cahier des charges : ondulation de I et/ou E→ choix de L et C

τond ≈ 1 %

MCC

Pont de diodestriphasé

E ≈ < vs >

10

Redresseur sur charge capacitive

Ch

arge

vs

ie I

C

Pont de diodesmonophasé

is

L’hypothèse is = Cte n’est pas valable ici ...

D1 + D3 D2 + D4

v

Plus la capacité est grande plus la tension est lissée

τond = 1 à 5 %

aucunediode

aucunediode

mais ... (Cf 16)

3- Qualité côté charge

11

T

R

Hacheur de freinage

4- Réversibilité en courant

Moteurvs

is ≥ 0

E

I

Pont de diodesnon réversible en courant

Alimentation d’un moteur à courants alternatifs (variateur de vitesse) :

Pour freiner le moteur il faut I < 0→ charge de C, E

Hacheur de freinage :Dissipation de l’énergie de freinage par effet Joule dans R

Onduleur

12

Is

BB 36000 Alstom / SNCF 1998

Pont 4 quadrants

Pont réversible en courant

interrupteur réversibleen courant

Is < 0 possible→ freinage avec renvoi d’énergie sur le réseau

4- Réversibilité en courant

135- Qualité côté réseau

Qualité côté réseau

Un redresseur est une charge non linéaire :alimenté par une tension sinusoïdale, il absorbe un courant qui ne l’est pas

Les harmoniques du courant absorbé polluent le réseauet dégradent le facteur de puissance

Les normes CEM sont de plus en plus contraignantes ...

2 problèmes :- Le facteur de puissance- La pollution du réseau → perturbations conduites & rayonnées

= pb de compatibilité électromagnétique ( CEM )

14

Harmoniques pour un redresseur sur charge capacitive

Ch

arge

ie

Pont monophasé

Evolution temporelle de ie

Spectre de ie

Pollution harmonique très importante : THDi = 200 à 300 % !Mauvais facteur de puissance : k ≈ 0,4→ montage réservé aux petites puissances

quel avenir avec le durcissement des normes CEM ? ...

H1 = fondamental à 50 HzH3

H5H7

H9H11

H13...

harmoniques impaires

(A)

5- Qualité côté réseau

15

Harmoniques pour un redresseur avec filtre LC

Spectre

t

i1

Gabarit de la normepour I > 16 A /phase

CEI / EN 61000

L’inductance sur le bus continu permet d’atténuer les harmoniquesmais est insuffisante pour satisfaire les normes CEM pour I > 16 A

THDi = 31 %k = 0,955

i1

5- Qualité côté réseau

16

Solution à composants passifs

=

charge

CL5 C5L7 C7

FiltrageH5

Compensationde Q

FiltrageH7

ωjC

ωCL1

ωjC

1ωjLjωZ

5

255

555

H1, H5, H7, H11...

H5H7

H1, H11...Q = 0

Q

1ωCL 255 si

Z5 = 0 H5 est court circuité

à 5x50 Hz

Pontcommandé

Solution désormais réservée aux très fortes puissances

5- Qualité côté réseau

17

Absorption sinusoïdale : Redresseur MLI 4 quadrants

DénominationRedresseur sinusRedresseur haute fréquenceRedresseur MLI

Avantages4 quadrantsTHDi 4 % k 0,98Possibilité de fournir du réactif

Inconvénients (de moins en moins vrai avec les progrès techniques)Commande complexe → coûteux Bcp de commutations → pertes élevées → limité en puissance

inductancesde filtrage

MOSou IGBT

Chez Siemens : variateurs de vitesse à redresseurs 4Q jusqu’à 1,2 MW

5- Qualité côté réseau

18

Solution performantemais coûteuse

k ↗ 0,98THDi 4 %

Absorptionsinusoïdale :Filtre actif

Structure de typeonduleur

5- Qualité côté réseau

19

Filtre réseau

Même avec les solutions d’absorption sinusoïdale,il reste des harmoniques HF ( radiofréquences > 100 kHz )

Harmoniques de faible amplitude,mais à fort pouvoir polluant local en perturbations rayonnées

Les hautes fréquences sont assez faciles à filtrer

Arcotronics

5- Qualité côté réseau

20

2 motrices x 3 bogies x 2 MCC x 580 kWalimentation bi-courant

TGV PSE Alstom / SNCF 1981

Changement des balais tous les 100 000 km

6- Applications

21

Traction 1500 V continu

3,1 MW - 200 km/h

Hacheur à thyristors

6- Applications

22

Traction en 25 kV alternatif

6,45 MW - 270 km/heffort de traction: 222 kN max 95 kN nominal1 rame = 385 t

Pont mixtemonophasé

6- Applications

23

Hacheur de freinage

Freinage rhéostatiqueContrôle par modification résistance apparente ou défluxage

6- Applications

24

Liaisons à courant continu

4 ponts en série→ qualité côté charge et réseau

Harmoniques k

Pb du transport de la puissance réactive => CCHT si > 40 km en sous-marin> 800 km en aérien

France Angleterreliaison sous-marine

IFA 2000: France Angleterre 2000 MWSaCoI: Sardaigne Corse Italie7 liaisons Europe continentale ScandinavieLiaison Italie Grèce

6- Applications