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Redressement non commandé
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Redressement monophasé Partie 1 : redressement non commandé 1
Obj ectif
Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue. On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un récepteur en continu à partir du réseau de distribution alternatif.
Symbole synoptique :
2
La di od e
La diode Symbole
A : anode K : cathode
La diode est un dipôle passif polarisé. En électrotechnique, la diode est équivalente à un interrupteur unidirectionnel non commandé. Caractéristique d’une diode parfaite Remarque : cette caractéristique parfaite est utilisée pour comprendre le fonctionnement de principe des convertisseurs statiques en Elle électrotechnique. ne convient pas en électronique.
Aspect
Nous allons étudier le l e redressement double alternance avec un pont à quatre diodes (pont de Graëtz) Graëtz) On trouve ce montage dans beaucoup d'appareils électroménagers : chaîne HiFi, ordinateur, … Les petits boîtiers noirs qui délivrent une tension entre 5 et 12 V continue et que l'on branche directement sur le secteur 220 V contiennent un transformateur suivi d'un pont redresseur et d'un condensateur de lissage.
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Redressement double alt ernan ce
3.1 Principe de fonctionnement Montage comprendre Pour le fonctionnement d’un pont de Graëtz, on peut le réaliser avec des LED qui s’illuminent lorsqu’elles sont traversées par un courant et un GBF très basse fréquence (0,5 Hz).
Alternance positive
Alternance négative
Commentaires Alternance positive : v > 0 Alternance négative: v < 0 En suivant le sens de parcours du courant on voit les led qui sont allumées et celles qui sont éteintes. On constate :
- en entrée les led s’allument alternativement ;
- dans le pont elles fonctionnement alternativement par paires ; - en sortie seul la led rouge est allumée.
Schémas équivalents : sur ces schémas, les branches dans lesquelles il n’y a pas de courant ont été supprimées.
Loi des mailles : v = u v > 0 ⇒ u > 0
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Loi des mailles : v = -u v < 0 ⇒ u > 0
On constate que la tension u de sortie reste toujours positive.
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3.2 Pont de Graëtz : oscillogrammes Schéma Le pont de Graëtz est constitué de 4 diodes. Dans l’étude de ce chapitre, les diodes sont supposées parfaites et assimilées donc à des interrupteurs. v est la tension d’entrée du pont. u est la tension de sortie. R est la charge résistive.4
Analyse du fonctionnement
Oscillogrammes
Alternance positive D1 et D3 sont passantes ⇒ uD1 = 0 et uD3 = 0 (interrupteurs fermés) Loi des mailles : v - uD1 – u – uD3 = 0 ⇒ v – u = 0 ⇒ u = v > 0 u Loi des noeuds : i = i D1 = j = R
Alternance négative D2 et D4 sont passantes ⇒ uD2 = 0 et uD4 = 0 (interrupteurs fermés) Loi des mailles : v + uD2 + u + uD3 = 0 ⇒ v + u = 0 ⇒ u = -v > 0 u Loi des noeuds : i = − j = R
Loi des mailles pour D1 : uD1 + uD4 + u = 0 ⇒ uD1 = -u = v <0
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3.3 Grandeurs caractéristiques T
• Période
T′ =
• Valeurs instantanées
u = Vˆ sin(ωt )
• Valeurs moyennes
< u >=
2
= 10 ms
f ′ = 2. f = 100 Hz i=
2Vˆ
Vˆ R
sin(ωt )
< i >=
π 1
R
=
2 Vˆ
π R
T′
Vˆ sin(ω ′t ).dt ∫ T′
< u >=
Pour trouver ce résultat, il faut intégrer :
0
La valeur moyenne se mesure avec :
- un voltmètre analogique (à aiguille) magnétoélectrique (symbole :
)
- un voltmètre numérique sur la position DC (continue, =) U =
• Valeurs efficaces
Vˆ
2
Pour trouver ce résultat, il faut intégrer :
= V
I =
U = 2
1 T′
T′
∫ 0
U R
=
Vˆ R 2
2 2 Vˆ sin (ω ′t ).dt
La valeur efficace se mesure avec :
- un voltmètre analogique ferromagnétique (symbole : ) - un voltmètre numérique dit RMS capable de mesurer la valeur ef ficace d’une tension de forme quelconque. Mean (valeur moyenne) Square (carré ) Ce qui veut dire que l’appareil mesure la vraie valeur efficace en utilisant sa définition mathématique : RMS : Root (racine carré)
U =
< u2 >
• Puissance absorbée par la charge
• Pour les diodes
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Courant moyen
P = RI = 2
< i D >=
2
U 2 R
=
V 2 R
Tension inverse maximum
Uˆ D = Vˆ
Filtrage p ar cond ensateur : lissage d e la t ension
On place en parallèle avec la charge un condensateur de capacité C.
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Avantages : On constate que la présence d'un condensateur diminue l'ondulation ∆u de la tension redressée.
∆ u = Uˆ − U
avec : Uˆ = U max et U = U min
La valeur moyenne est augmentée. Elle se ˆ rapproche de V
Inconvénients : L'apparition de pointes de courant fait que le transformateur et les diodes fonctionnent dans de mauvaises conditi ons. Pour cette raison, ce mode de fonctionnement n'est utilisé qu'avec des montages fournissant des courants faibles tels que le petit électroménager.
Remarque : si la capacité du condensateur est suffisante (RC>>T), l'ondulation ∆u devient négligeable et < u >= Vˆ
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D ébit sur charge inductiv e : lissage du courant
Observation : L’ondulation du courant est diminuée. Le courant ne passe plus par zéro. C’est le régime de conduction ininterrompue. Le lissage du courant par une inductance est utilisé pour de forts débits en électronique de puissance.
Si l’inductance est assez grande, on peut considérer le lissage comme parfait : le courant i est constant.
Loi des mailles : u = u L + uc On passe aux valeurs moyennes : u = u L + uc avec u L = 0 toujours u 2Vˆ Finalement : u = uc = Ri et donc i = = R π R
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C omment visu aliser un courant à l’oscilloscope
Exemple : on veut visualiser le courant iD1 dans la diode D1 .
Il faut placer une résistance dans la branche du circuit où l'on veut visualiser le courant. Il suffit alors de relever la tension ur à ses bornes. Comme i = ur /r, le courant est proportionnel à la tension.
Remarque : il faut prendre une résistance assez faible pour ne pas perturber le montage (exemple : 1Ω ou moins). De plus cette résistance doit supporter le courant qui la traverse. Il faut que la puissance quelle peut supporter soit au moins égale à P = r.I D12. Précaution à prendre : avant de connecter la référence, il faut s'assurer de ne pas faire de court-circuit en branchant la référence (ou la terre des appareils) à deux endroits différents du montage.
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D ébit sur charge activ e R, L, E
7.1 Charge R, E Considérons une charge R,E. Il peut s’agir par exemple d’un moteur à courant continu ou d’une batterie à recharger. Observons à l’oscilloscope le courant i et la tension u.
Loi des mailles : u = E 0 + Ri
⇒
i=
u − E 0 R
Analyse du la loi des mailles : Si u < E 0 , nous trouvons i < 0. Cette situation est impossible car les diodes se bloquent. Finalement : - si u > E 0 , alors les diodes conduisent ( i > 0); - si u < E 0 , alors les diodes sont bloquées ce qui entraîne i = 0.
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7.2 Charge R, L, E
Commentaires : La tension u est imposée par le réseau, à travers le transformateur et le pont de Graëtz. Le courant i est lissé par la bobine d’inductance L. Son intensité est imposée par la charge R, E.
Pour les autres grandeurs : Alternance positive iD1 = i j = i uD1 = 0 Alternance négative iD1 = 0 uD1 = -u = v j = -i
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Tabl eau récapitulatif et informati ons complément aires
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Ex emple d’ applicati on du redressement
• Réalisation d’une alimentation continue stabilisée avec un transformateur, un pont de diode et un condensateur de lissage de la tension et régulateur intégré.
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