TP REDRESSEMENT FILTRAGE.doc

TP Electronique Redressement Filtrage

Professeur : A.BINKOU

AFANOU Sitou Dela-DemHALIDOU ChaibouBOUARE Karim

3eme Année Electricité – Groupe A3


I/But de la manipulation

Il s’agit dans ce TP, de faire l’étude et l’expérimentation du redressement et du filtrage d’un signal alternatif. L’expérience nous mènera à réaliser des circuits de redressement en simple et double alternance, à observer à l’oscilloscope le signal redressé et filtré, puis à le comparer au modèle théorique.

II/Principe

L’énergie électrique produite est le plus souvent disponible sous forme alternative, dans la mesure où le courant alternatif engendre moins de pertes en ligne mais il est aussi plus avantageux dans la production et le transport de l’énergie sur de longues distances. Néanmoins l’utilisation du courant continu reste incontournable parce que bon nombre de de matériel électronique ne marche qu’avec du courant continu.

C’est dans ce cadre qu’on utilise le redressement, afin d’obtenir le courant continu à partir de l’alternatif. Dans les réseaux électriques, le redressement est souvent lié au filtrage, à la stabilisation et à la régulation. Mais pour ce TP, nous nous limiterons au redressement et au filtrage.

Pour le redressement en monophasé, on distingue :

les redresseurs simple alternance : dans le sens direct, ils admettent les tensions positives et annulent les tensions négatives. Une simple diode en série avec la charge suffit à réaliser cette opération ;

les redresseurs double alternance : ils commutent de manière à transformer les tensions négatives en tensions positives. Le plus efficace est le pont de Graëtz).

En simple alternance, il existe deux types de redressements : le redressement commandé (à thyristors) et le redressement non commandé (à diodes) que nous allons expérimenter dans ce TP.

Le redressement simple alternance est réalisé en mettant simplement une diode en série avec la charge comme le montre le schéma ci-dessus.

3eme Année Electricité ©Groupe A3 Juin 2011 Page 1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Monophas%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_de_Gra%C3%ABtz

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diode


Le principe du redressement simple alternance non commandé est basé sur les propriétés des diodes. En effet, la diode se bloquant lorsque la tension à ses bornes est négative, elle supprime les alternances négatives du signal d'entrée. Pendant les alternances positives, elle se comporte comme un court-circuit et n'altère donc pas le signal d'entrée. La diode joue ainsi le rôle de coupure qui laisse passer les tensions positives et coupe les tensions négatives.

Le signal de la tension redressée a la forme ci-dessous

La tension est redressée ; cependant l’amplitude du signal du signal ou tension crête à crête ΔV reste trop grande pour pouvoir être utilisé par les appareils électroniques qui ont une grande sensibilité.

Afin de diminuer la tension crête à crête, il faut faire le filtrage du signal. Le rôle d’une fonction filtrage est de transformer une tension variable redressée en une tension continue la plus stable possible. Pour ce faire, on utilise un condensateur en sortie du redresseur sur le principe de la figure ci-dessous :



Le principe est que le condensateur se charge jusqu’à ce que la tension du condensateur Vcond soit supérieure. A partir de ce moment, le condensateur se décharge dans la charge.

Pour le redressement double alternance, on peut opérer de deux manières : en utilisant un transformateur à point milieu ou en utilisant le pont de Graëtz.

Nous utiliserons le pont de Graëtz dans notre TP

Le signal redressé et filtré aura la forme suivante



Le signal obtenu a une tension crête à crête inférieure par rapport au montage sans filtrage. Cependant, on peut obtenir un signal plus lissé en utilisant un condensateur filtre de plus grande capacité. On obtiendrait alors un signal de la forme suivante :

III/Matériel utilisé

Un Transformateur 220-12v 50Hz Oscilloscope PM3052/00 100-240V 43W 50-400Hz Deux Voltmètre : Un magnéto-électrique et un ferromagnétique Deux Ampèremètres : Un magnéto-électrique et un

ferromagnétique Une diode Pont de diodes Des condensateurs de capacité : 4 , 22 ,100 ,220 ,2200 µF Un potentiomètre Un multimètre

IV/Déroulement du TP

IV.1/Etude du redressement simple alternance

IV.1.1/Description du circuit

L’ensemble des expériences sur le redressement simple alternance est réalisé sur le schéma de principe suivant :



Le circuit est équipé de deux ampèremètres l’un ferromagnétique pour mesurer le courant efficace dans le circuit et l’autre magnétoélectrique pour mesurer le courant moyen dans le circuit. Le circuit comporte également deux voltmètres : l’un ferromagnétique pour mesurer la tension efficace et l’autre magnétoélectrique pour la mesure de la tension moyenne.

Un multimètre servant de voltmètre est mis en série avec un condensateur. Le condensateur est chargé de retenir le courant continu, laissant ainsi le multimètre (voltmètre) mesurer la différence de tension ΔV.

Enfin, un potentiomètre (résistance variable) sert de charge tandis que la capacité du condensateur de filtrage est aussi variable.

IV.1.2/Mesure expérimentale des grandeurs du circuit

Nous réglons, avant de mettre le circuit sous tension, la valeur du potentiomètre sur 60Ω.Chaque série de mesure est effectué pour une valeur donnée du condensateur de filtrage. En variant la capacité du condensateur, (0-22-10-220-2200 µF), on fait 5 séries de mesures.

A partir des appareils de mesures dans le circuit, on relève pour chaque série de mesure, les tensions et les courants (efficaces et moyens) ainsi que la tension crête à crête sur le multimètre.

Sur l’oscilloscope, nous visualisons le signal de la tension redressée ; nous en relevons les valeurs maximales et minimales.



A partir des valeurs expérimentales, on détermine par calcul les valeurs du facteur de forme F et du taux d’ondulation τ .On utilise, pour ce faire, les formules empiriques suivantes :

et

L’ensemble des valeurs obtenues est consigné dans le tableau suivant

C(µF) 0 22 100 220 2200Vcmoy (V) 9.75 11 14.5 19 18Vceff (V) 14 15 22.5 27 25

Icmoy(mA) 100 107.5 160 195 190Iceff(IFAV) 0.16 0.17 0.27 0.35 0.33

ΔV 6.72 6.62 5.45 3.32 0.2F 1.44 1.36 1.55 1.42 1.39τ 1.04 0.92 1.18 1 0.96

Vmax(V) 18 20 20 18 12Vmin(V) 0 0 2 6 10

Tableau 1

Réglages de l’oscilloscope :

Tension Division : 10V/div Time Division : 5ms/div

IV.1. 3/Interprétation des valeurs expérimentales et des courbes obtenues

IV.1.3.1/Interprétation des valeurs expérimentales

A partir des valeurs expérimentales, on peut vérifier la relation entre la tension moyenne et la tension efficaces.



En prenant au hasard, une série de mesure, on vérifie cette relation.

IV.1.3.2/Interprétation des courbes

Les courbes redressées simple alternance sont représentées sur l’annexe 1.

On remarque sur chacune des courbes que lorsque la capacité de filtrage augmente, l’ondulation et donc la tension crête à crête de la courbe diminuent. On peut vérifier dans le tableau 1 que lorsque la capacité augmente, le taux d’ondulation diminue donc la courbe est plus lissée.

On peut considérer que le condensateur C se décharge à courant Imax constant pendant un temps T correspondant à la période de la tension d’alimentation, et que la chute de sa tension est inférieure à V.

On a alors la relation

On en déduit la tension crête à crête par

La tension crête à crête est donc inversement proportionnelle à la capacité de filtrage. Il donc normal que plus C est grand, plus la tension est lissée.

On énonce la règle suivante : pour une charge donnée, plus la capacité du condensateur est grande plus le filtrage est efficace

IV.2/Etude du redressement double alternance

Le circuit utilisé est le même que pour le redressement simple alternance, à la différence que la diode est remplacée par un pont de diode suivant le principe de la figure suivante :



IV.2.1/ Mesure expérimentale des grandeurs du circuit

C(µF) 0 22 100 220 2200Vcmoy (V) 17.5 20 24 22.5 22.5Vceff (V) 25 26 30 29.5 29Icmoy(mA) 185 200 240 220 230Iceff(IFAV) 0.2 0.23 0.31 0.29 0.30ΔV 5.25 5.70 3.30 1.30 0.15F 1.43 1.3 1.25 1.31 1.29τ 1.02 0.83 0.75 0.85 0.81Vmin 0 2 8 12 12Vmax 20 20 20 18 14

Tableau 2

IV.2.2/ Interprétation des valeurs expérimentales et des courbes obtenues

Les courbes sont tracées sur l’annexe 2.

Pour le redressement double alternance, les interprétations sont les mêmes que pour le redressement simple alternance

Toutefois, l’expression de la tension moyenne est différente .On a dans ce cas :



IV.2.3/Tracé des caractéristiques courant-tension pour C=0 et C=220 µF

Après la série de mesure précédente, on règle le condensateur sur C=0, puis en faisant varier la valeur de résistance de charge, on relève le courant et la tension moyenne dans la charge.

On règle ensuite, le condensateur sur C=220 µF puis on fait la même série de mesure .On consigne les valeurs obtenues dans des tableaux

Tableau 3

C=220 µF

Vcmoy(V) Icmoy(mA)8 47021 350

23.5 27525 22026 185

27.5 15528 12629 11030 9832 90

32.2 8433 7534 70

Tableau 4

Les courbes sont tracées sur l’annexe 3.


C=0

Vcmoy(V) Icmoy(mA)7.1 110012 70015 430

18.5 22019 16020 11221 83

21.2 7421.5 6922 66

22.2 5622.5 50


Interprétation

On remarque que lorsque I tend vers 0, la courbe a une pente plus

grande. En effet, .Ce qui est normal puisque la résistance

R représente la pente de la caractéristique courant-tension.

D’un point de vue redressement, on remarque qu’en modifiant la résistance Ru et en observant la forme de la tension redressée, nous constatons qu’en diminuant la résistance, la tension crête à crête ou tension d’ondulation augmente.

Pour une position du potentiomètre donnant la valeur maximale de R (240Ω) , on observe ce signal

Pour une position du potentiomètre à la moitié de sa valeur maximale on observe que la courbe est moins lissée avec une tension crête à crête plus grande

Justifions cet état de chose.



En écrivant la loi des mailles, dans la boucle de la charge et du condensateur on a

Or la loi des mailles donne I=U/R. Ce qui implique

, d’où

En faisant une extrapolation, on peut écrire

Dans cette formule, la tension crête à crête est inversement proportionnelle à la résistance R. Donc pour C constant, la tension crête à crête diminue lorsque la résistance augmente, et donc la courbe est plus lissée.

On peut donc énoncer cette règle : pour un condensateur donné, moins la charge appelle du courant (R grand), plus le filtrage est efficace

En règle générale, lorsque le redresseur alimente une charge résistive de résistance R, plus le produit RC est grand, plus le filtrage est efficace.

V/Conclusion

A travers ce TP, nous avons revisité, toutes les théories sur le redressement et le filtrage. Les valeurs expérimentales trouvées sont assez proches des modèles théoriques. Cependant, l’état et la sensibilité des appareils de mesures utilisés fait que la fiabilité des mesures peut être remis en cause. Malgré tout, ce TP nous en apprend beaucoup sur l’application du redressement et du filtrage en milieu industriel.


Documents

TP REDRESSEMENT FILTRAGE.doc