dimanche, 28 juillet 2013 14:45

pont redresseur

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pont redresseur  cest un convertisseur statique permettant, à partir de tensions alternatives, d'obtenir des
grandeurs électriques dont la valeur moyenne est différente de zéro. L'intérêt des dispositifs statiques modernes
réside dans le fait qu'ils effectuent toutes les transformations par fermeture et ouverture d'interrupteurs
électroniques (appelées soupapes dans le cas général) présentant des temps de réponse faibles, des pertes faibles et
un encombrement réduit

un grand nombre d'appareils électroniques que nous utilisons dans notre quotidien. Ainsi les
ordinateurs, les TV, les lecteurs DVD, les systèmes de son, les chargeurs de batteries,
l'alimentation de moteurs électriques à vitesse variable... utilisent de redresseur car ils ont
besoin de courant continu pour fonctionner. Un pont redresseur est un dispositif électrique
permettant de transformer les sources de courant alternatif en courant continu.
Les redresseurs utilisent une ou plusieurs diodes comme composant de base. La diode est
constituée d'un matériau semi-conducteur (silicium) rendu dissymétrique par l'ajout de
faibles quantités d'impuretés. Il en résulte que le courant ne passe dans la diode que dans
un seul sens. La diode est donc passante ou bloquée.

diode redresseur

Les redresseurs sont souvent associés à des filtres et à des régulateurs pour éliminer les
oscillations du courant redressé et obtenir ainsi une alimentation continue stable.

les types de pont redresseur

  • Redresseurs monophasés

En monophasé, on distingue :

  • lesredresseurs 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 ;
  • lesredresseurs double alternance : ils commutent de manière à transformer les tensions négatives en tensions positives. Le montage le moins coûteux et le plus efficace est le pont de Graëtz).

Ces redresseurs ne délivrent en général pas une tension utilisable directement.

  • Applications des redresseurs monophasés

Le redresseur à simple diode est un dispositif très fréquent mais il est davantage utilisé comme dispositif de variation de puissance que comme redresseur. Pour les applications de chauffage il permet, pour un coût très réduit, de diviser par deux la puissance consommée par la charge. La quasi totalité des sèche-cheveux possèdent deux puissances de chauffage. l'interrupteur qui commande le basculement est placé en parallèle d'une diode. Lorsqu'on veut obtenir une pleine puissance, l'interrupteur cour-circuite la diode et la résistance est alimentée directement par le secteur. Pour le fonctionnement à demi puissance, l'interrupteur est ouvert et la diode est en série avec la charge.

Le redressement simple alternance commandé, tout comme les redressements commandés en monophasé, n'a pas d'application industrielle.

  • Redressement simple alternance

Ce type de redressement permet de supprimer la partie négative d'un signal en conservant la partie positive. La tension de sortie du convertisseur ressemble à la courbe ci-contre où la courbe du haut représente la tension d'entrée et celle du bas la tension en sortie du redresseur.

La tension redressée a alors la même fréquence que la tension d'entrée.

Il existe deux types de redresseurs simple alternance :

  • les redresseurs non commandés, constitué d'une diode en série avec la charge, avec lesquels il est impossible de faire varier les grandeurs électriques en sortie du convertisseur
  • les redresseurs commandés, constitué d'un thyristor en série avec la charge, qui permettent de faire varier les grandeurs électriques en sortie du convertisseur, notamment les valeurs moyennes de la tension aux bornes de la charge et du courant la traversant

La sortie redressée de ces convertisseur dépend fortement de la charge .

  • Redresseurs simple alternance non commandés

Ce type de redresseur est réalisé en mettant simplement une diode en série avec la charge comme le montre le schéma ci-contre.

Le principe des redresseurs simple alternance non commandés est basée 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 filtre qui laisse passer les tensions positives et coupe les tensions négatives.

Ce type de redresseur est qualifié de " non commandé " car il est impossible de faire varier les grandeurs en sortie du convertisseur.

Le comportement de ces redresseurs dépend fortement du type de la charge.

Si la charge est de type purement résistif, on obtient la sortie représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement. La tension de sortie est alors conforme à ce que l'on peu attendre d'un redresseur simple alternance.

SI T est la période de la tension d'entrée, la diode est passante entre 0 ettextstyle{frac T2}et est bloquée entretextstyle{frac T2}et T. En effet, pourωt= 0, le courant la traversant devient nul.

Si la tension d'entrée est de la formeV(t) = sqrt2Vsin(omega t), les valeurs moyennes des grandeurs de sortie sont :

  • img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/7/7675865c4071d1aca98820c020dd9e65.png" alt=" = fracsqrt2 pi V" />
  • img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/1/148920a12b74fc0ea02b89c4b51f0d2d.png" alt=" = fracsqrt2 pi frac VR" />oùRest la valeur de la résistance de la charge

Si la charge est de type inductif, la tension de sortie n'est pas correctement redressée si l'on utilise une seule diode. La sortie du convertisseur est représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

La diode conduit à partir det= 0et ne se bloque pas entextstyle{frac T2}(T étant la période du signal d'entrée) comme avec une charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas. La diode se bloque avec un retardtrcompris entre 0 ettextstyle{frac T2}. La tension " redressée " est alors négative pendant une partie de la période.

La bobine impose la continuité du courant dans la charge.

Si la tension d'entrée est de la formeV(t) = sqrt2Vsin(omega t), la valeu rmoyenne de la tension de sortie est :

img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/1/1647103eac64d8ace560086f6a189dd4.png" alt=" = fracsqrt2{2pi} V (1 - cos(omega (t_0 - frac T2)))" />oùt0est l'instant auquel se bloque la diode.

 

Pour corriger le problème intervenant avec une charge de type inductif, on ajoute une diode de roue libre en parallèle de la charge. Les deux diodes sont alors placées en cathodes communes. La sortie du convertisseur est représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

Jusqu'enscriptstyle{t =} textstyle{frac T2}(T étant la période de la tension d'entrée), le montage fonctionne de manière identique au montage sans diode de roue libre. La diode de roue libre intervient enscriptstyle{t =} textstyle{frac T2}. A cette date, la tension aux bornes de la charge devient négative et la diode de roue libre devient passante, bloquant la diode D.

La bobine impose la continuité du courant dans la charge.

Si la tension d'entrée est de la formeV(t) = sqrt2Vsin(omega t), la valeur moyenne de la tension de sortie est :

img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/7/7675865c4071d1aca98820c020dd9e65.png" alt=" = fracsqrt2 pi V" />

Ce montage a permis de corriger le problème survenant avec une charge de type inductif. De plus, la valeur moyenne de la tension de sortie a été augmentée. Cependant, la valeur efficace du courant traversant la charge est inférieure au cas sans diode de roue libre.

Si la charge est de type électromotrice, c’est-à-dire composée d'une résistance et d'une force électromotrice, on obtient la sortie ci-contre. Le graphique du haut représente en bleu la tension d'entrée et en rouge la force électromotrice. Sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

La diode conduit lorsqueV(t) >EoùEest la force électromotrice et est bloquée lorsqueV(t)

La force électromotrice impose que la tension au bornes de la charge soit toujours supérieure àE.

Lorsque la diode est passante, le courant traversant la charge est :

i(t)=frac{V(t)-E}RoùRest la valeur de la résistance de la charge.

Une diode en série avec la charge permet de redresser la tension aux bornes de la charge. Si la charge est de type inductif, il est nécessaire d'ajouter une diode de roue libre pour éviter que la tension de sortie soit négative.

Redresseurs simple alternance commandés

Ce type de redresseur est réalisé en remplaçant la diode du redresseur simple alternance commandé par un thyristor comme le montre le schéma ci-contre.

Le thyristor est caractérisé par un courant de gâchette. Cette caractéristique est mise à profit pour faire varier les grandeurs électriques de sortie et ainsi régler les valeurs moyennes de la tension aux bornes de la charge et du courant la traversant. En effet, on utilise des commandes électroniques introduisant un retard à l'amorçage du thyristor. Cette capacité à faire varier les valeurs des grandeurs de sortie a donné le qualificatif " commandé " à ce type de redresseur.

Les redresseurs monophasés simple alternance commandés conservent une partie de l'alternance positive du signal d'entrée et coupent la partie négative.

Le comportement ce type de redresseur dépend fortement du type de charge.

Si la charge est purement résistive, on obtient la sortie représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

Le thyristor s'amorce avec un retard à l'amorçage compris entre 0 etπ. Une fois amorcé, il se comporte comme une diode.

Si la tension d'entrée est de la formeV(t) = sqrt2Vsin(omega t), les valeurs moyennes de la tension aux bornes de la charge et du courant la traversant sont, en notantαle retard à l'amorçage du thyristor :

  • img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/4/45800a5e0a5200eb939c7c69d5e0a103.png" alt=" = frac sqrt2{2pi} V (cos(alpha)+1)" />
  • img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/0/066d8140fdf7bbe886b035e6b6216b5d.png" alt=" = frac sqrt2{2pi} frac VR (cos(alpha)+1)" />oùRest la valeur de la résistance de la charge

Les valeurs moyennes des grandeurs de sortie peuvent donc être réglées en modifiantα.

Si la charge est inductive, on obtient la sortie représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

Le même phénomène que pour le redresseur non commandé apparaît. Le thyristor conduit à partir deωt= αet ne se bloque pas entextstyle{frac T2}(T étant la période du signal d'entrée) comme avec une charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas. La diode se bloque avec un retardtrcompris entre 0 ettextstyle{frac T2}. La tension " redressée " est alors négative pendant une partie de la période.

La bobine impose la continuité du courant dans la charge.

Si la tension d'entrée est de la formeV(t) = sqrt2Vsin(omega t), la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge est, en notantαle retard à l'amorçage du thyristor :

img src="http://www.techno-science.net/illustration/Definition/inconnu/2/27bb38e6de4749c01740229e99697be5.png" alt=" = fracsqrt2{2pi} V (cos(alpha) - cos(omega (t_0 - frac T2)))" />oùt0est la date à partir de laquelle le thyristor est bloqué

Les valeurs moyennes des grandeurs de sortie peuvent être régler en jouant surα.

Si la charge est de type électromotrice, c’est-à-dire composée d'une résistance et d'une force électromotrice, on obtient la sortie ci-contre. Le graphique du haut représente en bleu la tension d'entrée et en rouge la force électromotrice. Sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

Le thyristor conduit lorsqueV(t) >E(Eétant la force électromotrice) etωt> α. Elle est bloquée lorsqueV(t)

La force électromotrice impose que la tension au bornes de la charge soit toujours supérieure à E.

Lorsque la diode est passante, le courant traversant la charge est :

i(t)=frac{V(t)-E}RoùRest la valeur de la résistance de la charge.

Un thyristor en série avec la charge permet de redresser la tension aux bornes de la charge. Le thyristor, et en particulier son retard à l'amorçage, détermine les grandeurs de sortie. Il est donc possible de les faire varier en choisissant le bon retard à l'amorçage.

Filtrage de la tension de sortie

La tension obtenue après redressement est positive mais elle n'est pas continue. Pour annuler les harmoniques responsables des hautes fréquences, on utilise un filtre en sortie du pont redresseur. On obtient alors la sortie ci-contre. La tension d'entrée est représentée en bleu et la tension en sortie du filtre est représentée en rouge.

Le filtrage le plus simple est effectué à l'aide d'un condensateur placé en parallèle de la charge. Le condensateur stocke alors de l'énergie pendant les alternances positives de la tension d'entrée et la redistribue quand la diode est bloquée.

La capacité du condensateur doit être la plus grande possible pour limiter les ondulations. On démontreque la capacitéC ,du condensateur , la fréquencef ,de la source, l'intensité maximaleI_{max} ,de sortie et l'amplitude maximale de l'ondulationU , :

C = frac {I_{max}}{Ucdot f}

Il est possible d'améliorer le lissage en utilisant des filtres plus complexes.

Redressement double alternance

Pont de Graëtz à diodes

Filtrage de la tension de sortie d'un pont de diode

Le filtrage de la tension se fait à l'aide d'un condensateur.

  • Pour une charge donnée, plus la capacité du condensateur est grande plus le filtrage est efficace.
  • Pour un condensateur donné, moins la charge appelle du courant, plus le filtrage est efficace
  • En règle générale, lorsque le pont redresseur alimente une charge résistive de résistanceR ,, plus le produitRC  ,est grand, plus le filtrage est efficace.

Ci contre, la tension de sortie pour deux valeurs de ce produit.Remarque : le produitRC  ,est homogène à un temps.

Inconvénient : le courant à l'entrée du pont n'est plus sinusoïdal.

Lissage du courant de sortie d'un pont de diode

Pour les charges qui appellent un fort courant, le filtrage de la tension par un condensateur n'est pas le plus efficace. On préfère alors placer une inductance en série avec la charge.

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Lu 8323 fois Dernière modification le mardi, 24 février 2015 13:12
Mounir A bdallah

 

Je suis un technicien en informatique ,GSM et électronique , en plus création de site web depuis long temps,je souhaite juste partager mes connaissances via ce site.

 

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Commentaires   

0 #1 MARWEN 11-08-2014 21:11
Merci si mounir pour tous c que vous éte entrain de nous éclaircir sur bq de chose
par ailleurs je vous demande de m'aider a faire un redresseur mono pour commander un moteur électrique de tension 220 v dc
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