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Cours 9 MAI 2

M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1 http://maphysiqueappliquee.free.fr

Chapitre 9 : Redressement I ⁄ Préambule

1. définitions 2. le thyristor

II ⁄ pont de graetz 4 Diodes

1. sur charge résistive

a. montage

b. observation

c. analyse de fonctionnement

d. grandeurs caractéristiques

2. montage sur charge RL

a. montage

b. observation

3. charge RLE

a. montage

b. observation

c. fonctionnement


III ⁄ redresseur à 4 thyristors

1. sur charge R

a. montage

b. observation

c. fonctionnement

2. sur charge RLE

a. montage

b. observation

c. fonctionnement


3. exercice

IV ⁄ pont mixte sur charge RLE

1. montage

2. observation

3. fonctionnement

4. grandeurs caractéristiques

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I ⁄ Préambule

1. Définition

• Un redresseur est un dispositif réalisant une conversion alternatif-continu.

• Cette conversion est réalisée à l’aide d’interrupteurs non commandés : les diodes.

La grandeur de sortie n’est donc pas réglable.

• Symbole :

2. le thyristor

• C’est un interrupteur électronique unidirectionnel commandé.

• Le courant de gâchette iG sert uniquement à la commande du thyristor. Il est

envoyé sous forme d’impulsion.

• Conditions d’amorçage du thyristor : vT > 0 et commande par iG.

Alors iT circule : thyristor passant

• Conditions de blocage du thyristor : iT s’annule ou vT devient négative.

Thyristor bloqué

• Schéma équivalent : thyristor passant :

thyristor bloqué :

iT

iG

A K

G

vT A : anode K : cathode G : gachette

A

A K

K iT > 0

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α est l’angle de retard à l’amorçage

α réglable entre 0 et π

II ⁄ pont de graetz 4 diodes

1. sur charge résistive

a) montage

b) observation

0 α

vT

t π 2π

A

B

v u

i D1

D3 D4

D2

R = 15Ω Réseau 50Hz

vD3

On règle v = vmax sin ωt avec V=10V

t

v

Vmax

-Vmax

T/2 T

t

u

Vmax

t

i

Vmax/R

t

vD3

-Vmax

T/2 T

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c) analyse de fonctionnement

• entre deux diodes, celle qui susceptible de passer est celle qui a la plus grande

tension à ses bornes.

• Dans une association de diodes à cathodes communes (D1 et D2) la diode

susceptible de conduire est celle dont l’anode est portée au potentiel le plus élevé.

• Dans une association de diodes à anodes communes (D3 et D4) la diode

susceptible de conduire est celle dont la cathode est portée au potentiel le plus bas.

• 0 < t < T / 2 : v > 0 donc vA > vB et i > 0

donc D1 et D3 conduisent

vD1 = vD3=0 u = v

i = iD1=iD3 i = u / R = v / R

• T/2 < t < T: v < 0 donc vA < vB et i > 0


vD2 = vD4=0 u = - v

i = iD2=iD4 i = u / R = - v / R

A

B

D1 D2

D1 passe

vA > vB

D3 D4

D3 passe

A

B

Analogie avec la taille des gens

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d) grandeurs caractéristiques

Période Tu = Tv / 2 ⇒ fu = 2.fv = 100Hz

Valeurs instantannées V = vmax sin ωt et u = vmax |sinωt| et i = vmax / R |sinωt| Fonctions π périodiques

valeurs moyennes

• on mesure les valeurs moyennes avec un multimètre en position continue.

• On calcule : = 1/π ∫θ θ+π

u(θ) d θ

Sur [ 0 ; π ] : u = vmax |sinθ| = vmax sinθ

Donc = 1/π ∫θ θ+π

vmax sinθ d θ = (vmax / π)[ -cos θ]0π = 2vmax/π

D’où = /R = 2vmax/πR

Valeurs efficaces

• on mesure les valeurs efficaces avec un multimètre en position alternative.

• U = V = vmax / √2

I = U/R = vmax / R√2 = V / R

puissance

P = RI² = V² / R = U² / R

2. montage sur charge RL

a) montage

uL

uR

A

B

v u

i D1

D3 D4

D2

R=15Ω

L bobine à inductance réglable Réseau 50Hz

Toujours V=10V

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b) observation

• on met L au minimum, tracer u et i Le courant dans la charge ne s’annule jamais : conduction ininterrompue.

• Si on augmente L, on remarque que l’ondulation ∆I diminue.

• Mettre L au max, tracer u et i :

Lissage parfait : quand Lω / R >>1 , le courant dans la charge est constant i = I.

3. redresseur sur charge R ;L ;E

a) montage

t

u

Vmax

i

uL

E

uR

A

B

v u

i D1

D3 D4

D2

R

L

mcc

Réseau

i = I parfaitement lissé

t

u

Vmax i

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b) observation

c. fonctionnement on réalise une transformation tension alternative / courant continu mais courant continu non réglable.

c) fonctionnement

• 0 < t < T / 2 : v > 0 donc vA > vB et i > 0 (i=I)


u = v

iS = i = I et vD3 = 0

• T/2 < t < T: v < 0 donc vA < vB et i > 0


u = - v

iS = - i = - I et vD3=v

d) grandeurs caractéristiques • <uC> = 2vmax/π

• U = V = vmax / √2

• or u = uR + uL +E donc =<uR> + <uL> +<E> = R + E d’où : = 2vmax/π = R + E

t

v

Vmax

-Vmax

T/2 T

t

u

Vmax

t

i

I

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III / Redresseur à 4 thyristors

1. Sur charge R

a) Montage

b) observation

A

B

v u

i Th1

Th3 Th4

Th2

Réseau 50Hz

θ

v

π 2π

θ

u

θ

i

éléments passants

α π+α

Th 1 Th 3

Th 2 Th 4

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c) fonctionnement

• Th1 et Th2 ne peuvent conduire en même temps vTh1 ≠ vTh2 donc quand l’un conduit,

l’autre se bloque (car il lui est appliqué une tension négative.)

• De 0 à π : v > 0 donc vA > vB donc Th1 et Th3 sont susceptibles de passer mais ils

attendent la commande sur leurs gâchettes.

à θ = α : gachette donc Th1 et Th3 conduisent de α à π.

A π, i s’annule dons les thyristors sont bloqués de π à π+α

• De π à 2π : v < 0 donc vA < vB donc Th2 et Th4 sont susceptibles de passer mais ils

attendent la commande sur leurs gâchettes.

A π + α : gachette donc conduction de π + α à 2π

Etc…

2. Sur charge RLE

a) Montage

uL

E

uR

A

B

v u

i Th1

Th3 Th4

Th2

R

L

mcc

Réseau 50Hz

tous les éléments sont parfaits, l’inductance L est suffisante pour que le courant dans la charge soit parfaitement lissé

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b) observation

θ

v

π 2π α π+α

éléments passants

θ

u

Th 1 Th 3

Th 2 Th 4

θ

iG1 iG3

θ

θ

i

iG2 iG4

I

Th 1 Th 3

gachette

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c) fonctionnement

le courant est ininterrompu donc on a toujours conduction de 2 thyristors.

• De α à π + α :

α à π : v > 0 ; i > 0.

On commande Th1 et Th3 à α.

D’où u = v

π à π + α : v > 0 ; i > 0.

Th2 et Th4 sont susceptibles de conduire, mais pas de commande de

gâchette.

Donc Th1 et Th3 continuent à conduire puisque i = I

u = v

• De π + α à 2π + α :

π + α à 2π : v < 0 ; i > 0.

On commande Th2 et Th4 à π + α.

D’où u = - v

2π à 2π + α : v < 0 ; i > 0.

Th1 et Th3 sont susceptibles de conduire, mais pas de commande de

gâchette.

Donc Th2 et Th4 continuent à conduire puisque i = I

u = - v

u

I Th2

Th4

v

u

I Th1

Th3

v

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d) grandeurs caractéristiques

• période de moitié : Tu = Tv / 2

• : de α à π + α on a u=v

donc = (1/π) ∫απ+α vmax sinθ dθ = (2vmax/π) cosα

or = < uR > + < uL > + < E > = R.I + E

donc = (2vmax/π) cosα = E + R.I

• puissance échangée :

P = < u.i > = . I donc P = (2vmax/π) I cosα

3. Exercice

Un pont redresseur à quatre thyristors alimente sous une tension uMN un récepteur inductif

(moteur à courant continu) à partir d’un réseau fournissant une tension sinusoïdale

v = V√2 sinωt ; V=220V de fréquence f=50Hz. On admettra que le récepteur est

suffisamment inductif pour que le courant i qui le traverse soit considéré comme constant

i=I=10A.

Les thyristors Th1 et Th3 reçoivent sur leurs gâchettes des impulsions aux instants t0 ; t0 + T ,

…

Les thyristors Th2 et Th4 reçoivent sur leurs gâchettes des impulsions aux instants t0 + T/2 ; t0

+ 3T/2 , …

Ces thyristors sont supposés parfaits.

1. dans l’intervalle de temps [ t0 ; t0 + T ] préciser et justifier la durée de conduction de

chaque thyristor ( t0 est compris entre 0 et T/2 ).

Exprimer uMN en fonction de v.

2. Etablir la relation donnant la valeur moyenne < uMN > en fonction de V et t0.

Calculer < uMN > pour t0 = T/8.

Entre quelles valeurs varie < uMN > lorsque t0 varie de 0 à T/4 ?

3. Pour t0 = T/8 ; représenter graphiquement, les tensions v et uMN ; les courants i1, i4 et

iS.

4. Pour I=10A ; t0 = T/4 ; calculer la puissance absorbée par le récepteur.

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IV / Pont mixte sur charge RLE

1. Montage

uL

E

uR

A

B

v u

i Th1

D2 D1

Th2

R

L

mcc

Réseau 50Hz

On suppose que L est suffisante pour parfaitement lisser le courant

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2. observation

θ

v

π 2π α π+α

θ

u

θ

iG1

θ

θ

i

iG2

I

thyristors passants Th 1

Th 2 Th 1

θ

i

I

diodes passantes D2

D1

D2

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3. fonctionnement

le courant est ininterrompu donc on a toujours conduction de 2 interrupteurs.

• De 0 à π: v > 0 ; i > 0.

0 à α : la diode D2 s’amorce quand v > 0 ( car vA > vB )

le thyristor Th2 reste passant car Th1, susceptible de conduire, n’est

. pas amorcé.

D’où u = 0

iS = 0

phase de roue libre

α à π: la diode D2 toujours passante puisque v > 0

Le thyristor Th1 est amorcé.

Donc u = v

iS = 0

• De π à 2π: v < 0 ; i > 0.

π à π + α : la diode D1 s’amorce quand v < 0 ( car vA < vB )

le thyristor Th1 reste passant car Th2, susceptible de conduire,

n’est . pas amorcé.

D’où u = 0

iS = 0

phase de roue libre

π + α à 2π: la diode D2 toujours passante puisque v < 0

Le thyristor Th1 est amorcé.

Donc u = - v

iS = -I

u

I Th2

D2

v

u

I Th1

D2

v

u

I Th2

D2

v

u

I Th1

D2

v

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4. grandeurs caractéristiques

• période de moitié : Tu = Tv / 2

• : de 0 à α on a u=0

de 0 à α on a u=v = vmax sinθ

donc = (1/π) ∫0π vmax sinθ dθ = (vmax/π) ( 1 + cosα )

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