Terminale STI Redressement non command

14/6/98 Claude Divoux, 1999 1/8

Redressement monophas

Partie 1 : redressement non command

1 ObjectifLe redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue.On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un rcepteur en continu partir durseau de distribution alternatif.

Symbole synoptique :

2 La diode

La diode La diode est un diple passif polaris.En lectrotechnique, la diode est quivalente un interrupteur unidirectionnelnon command.

Symbole

A : anodeK : cathode

Aspect

Caractristique dune diode parfaite Remarque :cette caractristique parfaite estutilise pour comprendre lefonctionnement de principedes convertisseurs statiques enlectrotechnique. Elle neconvient pas en lectronique.

Nous allons tudier le redressement double alternance avec un pont quatre diodes (pontde Gratz)On trouve ce montage dans beaucoup d'appareils lectromnagers : chane HiFi, ordinateur, Les petits botiers noirs qui dlivrent une tension entre 5 et 12 V continue et que l'on branchedirectement sur le secteur 220 V contiennent un transformateur suivi d'un pont redresseur et d'uncondensateur de lissage.

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3 Redressement double alternance

3.1 Principe de fonctionnement

Montage

Pour comprendre lefonctionnement dun pont deGratz, on peut le raliser avecdes LED qui silluminentlorsquelles sont traversespar un courant et un GBF trsbasse frquence (0,5 Hz).

Alternance positive Alternance ngative Commentaires

Alternance positive : v > 0Alternance ngative: v < 0

En suivant le sens de parcours ducourant on voit les led qui sontallumes et celles qui sont teintes.On constate :- en entre les led sallumentalternativement ;- dans le pont elles fonctionnementalternativement par paires ;- en sortie seul la led rouge estallume.

Schmas quivalents :sur ces schmas, les branchesdans lesquelles il ny a pas decourant ont t supprimes.

Loi des mailles : v = uv > 0 u > 0

Loi des mailles : v = -uv < 0 u > 0

On constate que la tension ude sortie reste toujourspositive.

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3.2 Pont de Gratz : oscillogrammes

Schma

Le pont de Gratz est constitu de4 diodes.Dans ltude de ce chapitre, lesdiodes sont supposes parfaites etdonc assimiles desinterrupteurs.

v est la tension dentre du pont.u est la tension de sortie.R est la charge rsistive.4

Analyse du fonctionnement

Alternance positiveD1 et D3 sont passantes uD1 = 0 et uD3 = 0(interrupteurs ferms)Loi des mailles : v - uD1 u uD3 = 0 v u = 0 u = v > 0

Loi des noeuds : i = iD1 = j =u

R

Alternance ngativeD2 et D4 sont passantes uD2 = 0 et uD4 = 0(interrupteurs ferms)Loi des mailles : v + uD2 + u + uD3 = 0 v + u = 0 u = -v > 0

Loi des noeuds : i = j = uR

Loi des mailles pour D1 : uD1 + uD4 + u = 0 uD1 = -u = v

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3.3 Grandeurs caractristiques

Priode T = T2

= 10 ms f = 2.f =100 Hz

Valeurs instantanes u = V sin(t) i = V R

sin(t )

Valeurs moyennes < u >= 2 V

pi< i >=

< u >

R=

2 V piR

Pour trouver ce rsultat, il faut intgrer : < u >= 1 T

V sin0

T ( t).dtLa valeur moyenne se mesure avec :- un voltmtre analogique ( aiguille) magntolectrique (symbole : )- un voltmtre numrique sur la position DC (continue, =)

Valeurs efficaces U = V 2

= V I = UR

=

V R 2

Pour trouver ce rsultat, il faut intgrer : U2 = 1 T

V 20

T sin2 ( t).dtLa valeur efficace se mesure avec :

- un voltmtre analogique ferromagntique (symbole : )- un voltmtre numrique dit RMS capable de mesurer la valeur efficace dune tension de

forme quelconque.RMS : Root (racine carr) Mean (valeur moyenne) Square (carr)Ce qui veut dire que lappareil mesure la vraie valeur efficace en utilisant sa dfinition mathmatique :U = < u2 >

Puissance absorbe par la charge P = RI 2 = U2

R=

V 2

R

Pour les diodes Courant moyen < iD >=< i >

2Tension inversemaximum U D = V

4 Filtrage par condensateur : lissage de la tension

On place en parallle avec la charge un condensateur de capacit C.

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Avantages :On constate que la prsence d'un condensateurdiminue l'ondulation u de la tension redresse.

u = U (

U avec : U = Umax et

( U = Umin

La valeur moyenne est augmente. Elle serapproche de V

Inconvnients :L'apparition de pointes de courant fait que letransformateur et les diodes fonctionnent dans demauvaises conditions.

Pour cette raison, ce mode de fonctionnementn'est utilis qu'avec des montages fournissantdes courants faibles tels que le petitlectromnager.

Remarque : si la capacit du condensateur estsuffisante (RC>>T), l'ondulation u devientngligeable et < u >= V

5 Dbit sur charge inductive : lissage du courant

Observation :Londulation du courant estdiminue. Le courant ne passeplus par zro.

Cest le rgime de conductionininterrompue.

Le lissage du courant par uneinductance est utilis pour deforts dbits en lectronique depuissance.

Si linductance est assezgrande, on peut considrerle lissage comme parfait :le courant i est constant.

Loi des mailles : u = uL + uc

On passe aux valeurs moyennes : u = u L + u cavec u L = 0 toujoursFinalement : u = u c = Ri et donc i =

u

R=

2 V piR

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6 Comment visualiser un courant loscilloscope

Exemple :

on veut visualiser le courant iD1 dans la diode D1.

Il faut placer une rsistance dans la branche ducircuit o l'on veut visualiser le courant. Il suffitalors de relever la tension ur ses bornes.Comme i = ur/r, le courant est proportionnel latension.

Remarque :il faut prendre une rsistance assez faible pour ne pas perturber le montage (exemple : 1 oumoins). De plus cette rsistance doit supporter le courant qui la traverse. Il faut que la puissancequelle peut supporter soit au moins gale P = r.ID12.

Prcaution prendre :avant de connecter la rfrence, il faut s'assurer de ne pas faire de court-circuit en branchant larfrence (ou la terre des appareils) deux endroits diffrents du montage.

7 Dbit sur charge active R, L, E

7.1 Charge R, E

Considrons une charge R,E. Il peut sagir par exemple dun moteur courant continu ou dunebatterie recharger. Observons loscilloscope le courant i et la tension u.

Loi des mailles :u = E0 + Ri i =

u E0R

Analyse du la loi des mailles :Si u < E0 , nous trouvons i < 0. Cette situation est impossible car les diodes se bloquent.

Finalement :- si u > E0, alors les diodes conduisent (i > 0);- si u < E0, alors les diodes sont bloques ce qui entrane i = 0.

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7.2 Charge R, L, E

Commentaires :

La tension u est impose par le rseau, travers letransformateur et le pont de Gratz.

Le courant i est liss par la bobine dinductance L. Sonintensit est impose par la charge R, E.

Pour les autres grandeurs :Alternance positiveiD1 = ij = iuD1 = 0

Alternance ngativeiD1 = 0uD1 = -u = vj = -i

8 Tableau rcapitulatif et informations complmentaires

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9 Exemple dapplication du redressement

Ralisation dune alimentationcontinue stabilise avec untransformateur, un pont dediode et un condensateur delissage de la tension etrgulateur intgr.