Redresseur

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Catégories :

Électronique de puissance - Électronique

Définitions :

  • Composant permettant de transformer le courant alternatif en courant redressé (pseudo continu) (source : alain.canduro.free)
Trois redresseurs sous forme de ponts de Graëtz
Redresseur entre les réseaux d'Hydro One et d'Hydro-Québec au poste Outaouais de TransÉnergie à L'Ange Gardien, Québec, pour lignes à haute tension HVDC

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Redresseur 150 kV à vapeur de mercure, station de conversion Radisson (Manitoba Hydro), août 2003 (pour ligne HVDC)

Un redresseur, aussi nommé convertisseur alternatif - continu (rectifier en anglais), est un convertisseur conçu pour alimenter une charge de type continu, qu'elle soit inductive ou capacitive à partir d'une source alternative. La source est , la majorité du temps, du type tension.

Les petits redresseurs sont principalement réalisés à partir de diodes et de thyristors. Ces derniers ne sont utilisés que s'il est indispensable de faire fluctuer les grandeurs électriques en sortie du redresseur. Les transistors MOSFET et IGBT peuvent être utilisés occasionnellementspécifiques.

Les redresseurs non commandés sont utilisés pour convertir une grandeur alternative en une grandeur continue. Ils sont par exemple utilisés pour entraîner des moteurs à courant continu. Ils forment l'étage d'entrée de la quasi totalité des alimentations à découpage qui alimentent l'équipement audio-visuel des ménages.

Les redresseurs commandés à thyristor sont en voie d'obsolescence et sont avantageusement remplacés par la «mise en cascade» d'un redresseur non commandé et d'un hacheur. D'une part, la commande d'un transistor à effet de champ ou d'un IGBT est bien plus simple que celle d'un thyristor et d'autre part, les fréquences de fonctionnement des hacheurs qui dépassent actuellement les 200 kHz permettent d'adapter le rapport cyclique du hacheur pour obtenir une régulation de la tension de sortie. Cette propriété permet d'obtenir une tension de sortie constante sans être contraint d'ajouter un condensateur de forte capacité.

En électrophysiologie

En électrophysiologie, certains canaux ioniques se comportent comme des redresseurs (GIRK).
Le terme utilisé dans cette discipline est rectification entrante ou sortante (selon le sens), plutôt que redresseur.

Redresseurs monophasés

En monophasé, on distingue :

Ces redresseurs ne délivrent généralement pas une tension utilisable directement.

Applications des redresseurs monophasés

Le redresseur à simple diode est un système particulièrement habituel mais il est davantage utilisé comme système de variation de puissance que comme redresseur. Pour les applications de chauffage il permet, pour un coût particulièrement 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 positionné en parallèle d'une diode. Quand on veut obtenir une pleine puissance, l'interrupteur court-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

Redresseur monophase simple alternance courbe.png

Ce type de redressement sert à supprimer l'alternance négative d'un signal en conservant l'alternance positive. La tension de sortie du convertisseur est comparable 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 :

La sortie redressée de ces convertisseurs dépend fortement de la charge[1].

Redresseurs simple alternance non commandés

Redresseur monophase simple alternance.png

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 quand la tension à ses limites 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 par conséquent pas le signal d'entrée. La diode joue ainsi le rôle de filtre qui laisse passer les tensions positives et coupe les tensions négatives. Il faut faire attention à la chute de tension de la diode dans la mesure où elle n'est passante que quand sa tension de seuil est présente à ses limites (de l'ordre de 0, 6 V ou 0, 7 V).

Ce type de redresseur est qualifié de «non commandé» car il est impossible de faire fluctuer les grandeurs en sortie du convertisseur.

Le comportement de ces redresseurs dépend fortement du type de la charge[2].


Redresseur monophase resistif courbe.png

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 limites de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement. La tension de sortie est alors conforme à ce qu'on peu attendre d'un redresseur simple alternance.

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

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


Redresseur monophase inductif courbe.png

Si la charge est de type inductif, la tension de sortie n'est pas correctement redressée si 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 limites de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

La diode conduit à partir de t = 0 et ne se bloque pas en \textstyle{\frac T2} (T étant la période du signal d'entrée) comme avec une charge purement résistive. La tension devient négative aux limites de la charge tant que le courant ne s'annule pas. La diode se bloque avec un retard tr compris entre 0 et \textstyle{\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 forme V(t) = \sqrt2Vsin(\omega t), la valeur moyenne de la tension de sortie est :

<img class=t0 est l'instant auquel se bloque la diode.


Redresseur monophase inductif roue libre courbe.png

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 positionnées 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 limites de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

Jusqu'en (T étant la période de la tension d'entrée), le montage fonctionne de manière semblable au montage sans diode de roue libre. La diode de roue libre intervient en. À cette date, la tension aux limites 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 forme V(t) = \sqrt2Vsin(\omega t), la valeur moyenne de la tension de sortie est :

<img class=Redresseur monophase fem courbe.png

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 limites de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

La diode conduit quand V (t) > EE est la force électromotrice et est bloquée quand V (t) < E.

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

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

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


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

Redresseurs simple alternance commandés

Redresseur monophase simple alternance thyristor.png

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

le pic WINTER est caractérisé par un courant de gâchette. Cette caractéristique est mise à profit pour faire fluctuer les grandeurs électriques de sortie et ainsi régler les valeurs moyennes de la tension aux limites 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 fluctuer 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[3].


Redresseur monophase thyristor resistif courbe.png

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 limites 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 et π. Une fois amorcé, il se comporte comme une diode.

Si la tension d'entrée est de la forme V(t) = \sqrt2Vsin(\omega t), les valeurs moyennes de la tension aux limites de la charge et du courant la traversant sont , en notant α le retard à l'amorçage du thyristor :

Les valeurs moyennes des grandeurs de sortie peuvent par conséquent être réglées en modifiant α.


Redresseur monophase thyristor inductif courbe.png

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 limites 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 de ωt = α et ne se bloque pas en \textstyle{\frac T2} (T étant la période du signal d'entrée) comme avec une charge purement résistive. La tension devient négative aux limites de la charge tant que le courant ne s'annule pas. La diode se bloque avec un retard tr compris entre 0 et \textstyle{\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 forme V(t) = \sqrt2Vsin(\omega t), la valeur moyenne de la tension aux limites de la charge est , en notant α le retard à l'amorçage du thyristor :

<img class=t0 est la date à partir de laquelle le thyristor est bloqué

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


Redresseur monophase thyristor fem courbe.png

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 limites de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.

Le thyristor conduit quand V (t) > E (E étant la force électromotrice) et ωt > α. Elle est bloquée quand V (t) < E.

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

Quand le thyristor s'amorce, le courant traversant la charge est :

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


Un thyristor en série avec la charge sert à redresser la tension aux limites de la charge. Le thyristor, et surtout son retard à l'amorçage, détermine les grandeurs de sortie. Il est par conséquent envisageable de les faire fluctuer en choisissant le bon retard à l'amorçage.

Filtrage de la tension de sortie

Redresseur simple alternance filtrage courbe.png

La tension de sortie obtenue après redressement constamment dans le même sens, mais elle n'est pas continue. Pour annuler les harmoniques responsables des parasites hautes fréquences, on utilise un filtre en sortie du 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 avec un ou plusieurs condensateurs positionné en parallèle de la sortie. Le condensateur stocke l'énergie pendant les pointes de tension et la redistribue pendant les creux.

La capacité du condensateur doit être la plus grande envisageable pour limiter les ondulations.

On démontre[4] que la capacité C \, du condensateur, la fréquence f \, de la source, l'intensité maximale I_{max} \, de sortie et l'amplitude maximale de l'ondulation U \, : C = \frac {I_{max}}{U\cdot f}


Il est envisageable de perfectionner le lissage en utilisant des filtres plus complexes.

Redressement double alternance

Dans un premier temps, il existe deux catégories de redresseurs à doubles alternance soit avec un montage à deux diodes utilisant la prise médiane du transformateur ou le montage en pont de quatre diodes.

Pont de Graëtz à diodes

Article détaillé : Pont de diodes.

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

Le filtrage de la tension se fait avec un condensateur.

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

PD2 filtré avec RC = 0,01 s.png
PD2 filtré avec RC = 0,1 s.png

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

PD2 filtré, courant d'entrée avec RC = 0,1 s.png

Lissage du courant de sortie d'un pont de diode

Pour les charges qui nomment 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.

Pont de Graëtz à thyristors

Pont de redressement capacitif

Redresseurs triphasés

Redressement simple alternance

Montages à diodes

Montages à thyristors

Redressement double alternance

Pont de Graëtz à diodes

Pont de Graëtz à thyristors

Structure quatre quadrants

Voir aussi

Bibliographie

Liens externes

Références

  1. Pour les démonstrations des résultats présentés ici, voir l'article correspondant sur la Wikiversité
  2. Pour les démonstrations des résultats présentés ici, voir l'article correspondant sur la Wikiversité
  3. Pour les démonstrations des résultats présentés ici, voir l'article correspondant sur la Wikiversité
  4. Voir la démonstration sur la Wikiversité


Recherche sur Amazon (livres) :



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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