Cours avancé sur le redressement commandé en PDF


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  1. INTRODUCTION.

1.Définition.

Un montage redresseur commandé permet d’obtenir une tension continue réglable (de valeur moyenne non nulle) à partir d’une tension alternative sinusoïdale (de valeur moyenne nulle). L’utilisation de commutateurs commandables tels que les thyristors permet de réaliser des redresseurs dont la tension moyenne de sortie peut varier en fonction de l’angle d’amorçage d des commutateurs.

Il existe de nombreuses applications industrielles mettant en oeuvre ce type de redressement :

  • variateur de vitesse de moteur à courant continu;
  • commande de puissance (chauffage, ...) ;
  1. Composant utilisé. Le thyristor

Symbole :

Un thyristor peut être considéré comme une diode comportant une électrode de commande G (gâchette). Pour être amorcé, le thyristor doit recevoir une impulsion sur la gâchette alors que la tension vAK est positive. Un thyristor se bloque naturellement lorsque le courant qui le traverse s’annule. On peut également le bloquer en lui appliquant une tension vAK négative.

  1. REDRESSEMENT MONOALTERNANCE COMMANDE SUR CHARGE RESISTIVE.

On considère le thyristor TH parfait. ve(t) = V$ e .sin(w.t). d est appelé angle de retard à l’amorçage.

Il est synchronisé sur le réseau. Il correspond à un temps de retard à l’amorçage td tel que td = d 2p .T.

2.Analyse du fonctionnement.

Quelque soit l’état de TH on a : ve = vAK + vS.

  • ve(t) > 0 Þ vAK > 0 : le thyristor peut être amorcé.

- si iG = 0 A : TH reste bloqué et iS = 0 , vS = 0 et vAK = ve ;

- si une impulsion de courant iG suffisante apparaît sur sa gâchette alors TH devient passant et vAK = 0 , vS = ve et iS =vRe.

  • ve(t) = 0 Þ iS = 0 A : le thyristor se bloque naturellement.
  • ve(t) < 0 Þ vAK > 0 : le thyristor ne peut pas être amorcé. Il reste bloqué même si une impulsion apparaît de courant apparaît sur sa gâchette.
  • etc.

Remarques :

  • vS, iS et vAK ont la même période que ve Þ T = 2.p rad.
  • le thyristor doit supporter en inverse V$e.
  • le courant iS =vR S s’annule périodiquement, nous sommes en régime de conduction discontinu : iS ³ 0.
  • en pratique (industrie) pour s’assurer que les thyristors s’amorcent, on envoie sur leur gâchette un train d’impulsions (une dizaine à la suite).
  • mauvais rendement du dispositif, l’alternance négative est éliminée.
  1. Valeur moyenne de la tension redressée.

Calculons la valeur moyenne V S de vS(t) :

òt + Tt S S0 0

Remarques :

  • la valeur moyenne de la tension vS peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle de retard à l’amorçage d.
  • IS =eS .V2 R

1 + cos( ) = RV ˆp.d.

Traçons l’allure de V S = f( d ) pour 0 £ d £ 2.p rad. Donc 0 £ V S £

Vep



III. REDRESSEMENT DOUBLE-ALTERNANCE COMMANDE.

  1. Pont P2 sur charge résistive.

Les thyristors, le transformateur à point milieu sont parfaits.

v1(t) = V$ .sin(w.t) = -v2(t), f = 50 Hz.

La commande des thyristors est synchronisée sur le réseau, avec un retard à l’amorçage td, la mise en conduction de TH2 étant retardée de T2 par rapport à celle de TH1.

  1. b) Analyse du fonctionnement.
  • pour 0 £ q < p : v1(t) > 0 et v2(t) < 0 :

Par conséquent : vTH1 > 0 Þ TH1 peut être amorcé ;

vTH2 < 0 Þ TH2 ne peut être amorcé.

tant que q < d, TH1 et TH2 sont bloqués :

  • iS = iTH1 = iTH2 = 0 ;
  • vS = 0 ;
  • vTH1 = v1 > 0 ;
  • vTH2 = v2 < 0.

à q = d < p , on amorce TH1, alors :

  • vTH1 = 0 ;
  • vS = v1 > 0 ;
  • iTH1 = iS = vR1;
  • iTH2 = 0 ;
  • vTH2 = v2 - v1 = -2.v1 < 0.
  • pour q = p : v1 = v2 = 0 : iS = iTH1 = 0 Þ TH1 se bloque naturellement.
  • pour p £ q < 2p : v1(t) < 0 et v2(t) > 0 :

Par conséquent : vTH1 < 0 Þ TH1 ne peut être amorcé ;

vTH2 > 0 Þ TH2 peut être amorcé.

tant que p £ q < d + p, TH1 et TH2 sont bloqués :

  • iS = iTH1 = iTH2 = 0 ;
  • vS = 0 ;
  • vTH1 = v1 < 0 ;
  • vTH2 = v2 > 0.

à q = p + d < 2p , on amorce TH2, alors :

  • vTH2 = 0 ;
  • vS = v2 > 0 ;
  • iTH2 = iS = vR2;
  • iTH1 = 0 ;
  • vTH1 = v1 - v2 = -2.v2 < 0.
  • pour q = 2p : v1 = v2 = 0 : iS = iTH2 = 0 Þ TH2 se bloque naturellement.

Remarques :

  • la période de la tension redressée vS est T’ = T2

; sa fréquence f’ est donc le double de celle du réseau : f’ = 100 Hz.

  • le courant iS s’annule : régime de conduction interrompu.
  • chaque thyristor doit supporter en inverse une tension qui dépend de d mais £ 2.V$ .
  • fonctionne seulement si d £ p.
  1. c) Valeur moyenne de la tension redressée.
  2. b) Analyse du fonctionnement.

L’inductance L est suffisamment grande pour que le courant iS ne s’annule pas : conduction ininterrompue.

VˆGIˆ IS

q = w.t

v1, v2(V)

iG1, iG2(mA)

vS(V)

q = w.t d

q = w.t d d+p d+2p d+3p

d+2p



iS(A)

q = w.t d d+2p

iTH1(A)

q = w.t d d+2p

v1 v2

v1 v2

iG1 iG2

TH1 passant TH2 passant TH1 passant TH2 passant DiS 8

  • pour d £ q < p + d : v1(t) > 0, v2(t) < 0 et iS > 0 :
  • à q = d, on amorce TH1, alors :
  • vTH1 = 0 ;
  • vS = v1 > 0 ;
  • iTH1 = iS ;
  • iTH2 = 0 ;
  • vTH2 = v2 - v1 = -2.v1 < 0.
  • pour q = p : v1 = v2 = 0 or iS = iTH1 ¹ 0 Þ TH1 ne peut pas se bloquer naturellement et continue d’assurer la conduction.
  • pour p < q < p + d : v1(t) < 0 et v2(t) > 0 :

vTH2 = v2 - v1 > 0 Þ TH2 peut être amorcé mais on ne le fait pas.

Þ tant que p £ q < p + d, TH1 continue d’assurer la conduction puisque iS > 0.

  • iS = iTH1 ;
  • vS = v1 ;
  • vTH1 = 0 ;
  • vTH2 = v2 - v1 > 0.
  • pour p + d £ q < 2p + d : v1(t) < 0, v2(t) > 0 et iS > 0 :
  • à q = p + d, on amorce TH2, alors :
  • vTH2 = 0 ;
  • vS = v1 > 0 ;
  • iTH2 = iS ;
  • iTH1 = 0 ;
  • vTH1 = v1 - v2 = -2.v2 < 0.
  • pour q = 2p : v1 = v2 = 0 or iS = iTH2 ¹ 0 Þ TH2 ne peut pas se bloquer naturellement et continue d’assurer la conduction.
  • pour 2p < q < 2p + d : v1(t) > 0 et v2(t) < 0 et iS > 0 :

vTH1 = v1 - v2 > 0 Þ TH1 peut être amorcé mais on ne le fait pas.

Þ tant que 2p £ q < 2p + d, TH2 continue d’assurer la conduction puisque iS > 0.

  • iS = iTH2 ;
  • vS = v2 ;
  • vTH2 = 0 ;
  • vTH1 = v1 - v2 > 0.

Remarques :

  • la tension redressée vS est bidirectionnelle et iS > 0 :
  • vS > 0 Þ p = vS.iS > 0, la charge reçoit de la puissance ;
  • vS < 0 Þ p = vS.iS < 0, la charge fournie de la puissance (L restitue de l’énergie).

Or, la charge n’est pas active, donc impossible que la puissance qu’elle fournie soit supérieure à celle qu’elle reçoit sur une période Þ la puissance moyenne reçue par la charge est forcément positive Þ d £p2 rad.

  • l’ondulation du courant dans la charge DiS dépend de L. Souvent on considère que le courant dans la charge est parfaitement lissé, c’est-à-dire que L est infiniment grande. Dans ce cas, on suppose que DiS = 0 et iS est constant et égal à IS (courant moyen). Transformation tension alternative

Þ courant continu.

  • le courant moyen traversant un thyristor est 2I

I =STH



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