Redresseurs

1. Plan du module
- Partie I : Convertisseurs de l’Electronique de puissance
- Partie II : Convertisseurs electomécaniques : Machines Electriques
1- Redresseurs
2- Hacheurs
3- Onduleurs
4- Gradateurs
1- Machines à courant continu
2- Machines asynchrones
3- Machines synchrones
Youssef ZIDANI
LST IEEA / Conversion d’énergie

2. Partie I : Redresseurs
Introduction : Un redresseur est un convertisseur statique qui permet de
convertir une tension alternative en une tension continue. Alimentés par une source
de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d'alimenter en
courant continu le récepteur branché à leur sortie
Il existe deux principaux types de montages redresseurs :
- non commandé (à diodes)
- commandé (à thyristors)
Domaine d’application des redresseurs :
- alimentation continue (pour circuits électroniques)
- alimentation pour moteur à courant continu
- chargeur de batteries.
- etc ………..

3. ∼
=
1
2
(3)
+
-
Conversion électrique / électrique
alternatif → continu
On symbolise un redresseur par le schéma suivant :

4. 1- Composants de l’électronique de puissance
DIODE : La diode de puissance ( Figure1) est un composant non commandable (ni à
la fermeture ni à l’ouverture) .
Elle n’est pas réversible en tension et ne supporte qu’une tension anode-cathode
négative (vAK < 0) à l’état bloqué.
Elle n’est pas réversible en courant et ne supporte qu’un courant dans le sens anode-
cathode positif à l’état passant ( iAK> 0).
Avant tout dimensionne ment en vue de choisir les composants, l’étude du
fonctionnement de la structure de conversion d’énergie permet de tracer les
chronogrammes de vAK et iAK.
Ce sont les valeurs ex trêmes de ces grandeurs qui sont prises en considération :
• la tension in verse de vAK à l’ état bloqué ;
• le courant moyen de iAK (< iAK >) à l’état passant ;
• éventuellement, le courant maximal ré pé ti tif (sans durée prolongée).

5. THYRISTOR : Le thyristor est un composant commandé à la fermeture, mais
pas à l’ouverture (Figure 8). Il est réversible en tension et supporte des tensions
vAK aussi bien positives que négatives.
Il n’est pas réversible en courant et ne permet que des courants iAK positifs,
c’est à dire dans le sens anode-cathode, à l’état passant.
Le composant est bloqué ( OF F) s i l e courant iAK est nul (quelque soit la
tension vAK ). Si la tension v AK est positive , le thyristor est amorçable.
L’ amorçage ( A) est obtenu par un courant de gâchette iG positif d’amplitude
suffisante alors que la tension v
AK est positive.
L’état passant (ON) est caractérisé par une tension vAK nulle et un courant i
AK positif .
Le bl o cage ( B) apparaît dès annulation du courant iAK. On ne peut pas
commander ce changement, mais on en distingue deux types : La commutation
naturell5e par annulation du courant iAK ou la commutation forcée par
inversion de la tension vAK
.

6. TRANSISTOR BIPOLAIRE : Parmi les deux types, NPN et
PNP, le transistor de puissance existe essentiellement dans la première
catégorie.
Le transistor possède deux types de fonctionnement : le mode en
commutation (ou non linéaire) est employé en électronique de puissance
tandis que le fonctionnement linéaire est plutôt utilisé en amplification
de signaux.
Le transistor est un composant totalement commandé : à la fermeture et
à l’ouverture. Il n’est pas réversible en courant , ne laissant passer que
des courants de collecteur ic positifs. Il n’est pas réversible en tension ,
n’acceptant que d es tensions vCE positives lorsqu’il est bloqué.
• Transistor bloqué (B) ou OFF : état obtenu en annulant le
courant iB de commande, ce qui induit un courant de
collecteur nul et une tension vCE non fixée. L’équivalent est
un commutateur ouvert.
• Transistor saturé (S ) ou ON : ici, le courant iB est tel que le
transistor impose une tension vCE nulle tandis que le courant
iC atteint une valeur limite dite de saturation, iCsat.
L’équivalent est un commutateur fermé.

7. TRANSISTOR MOS et MOSFET de puissance: Le
transistor MOS est un composant totalement commandé : à la
fermeture et à l’ouverture.
Il est rendu passant grâce à une tension vGS positive (de
l’ordre de quelques volts). La grille est isolée du reste du
transistor, ce qui procure une impédance grille-source très
élevée. La grille n’absorbe donc aucun courant en régime
permanent. La jonction drain- source est alors assimilable à une
résistance très faible : RDSon de quelques mΩ.
On le bloque en annulant vGS, RDS devient alors très élevée.
TRANSISTOR IGBT (association bipolaire et MOS): Le transistor
bipolaire assure une chute de tension à l’état passant ( VCE) plus favorable
que le MOSFET. Par contre, c’est le MOSFET qui est plus avantageux en
raison de sa commande en tension. Un transistor hybride, commande MOS
en tension et circuit de puissance bipolaire, permet de meilleures
performances : c’est le transistor IGBT

9. Remarque : L’association en parallèle des semi conducteurs de puissance permet
de réaliser la réversibilité en courant et en tension de ceux-ci;

10. Redresseur monophasé mono-alternance P1
Charge résistive :
Charge inductive :
<v> et <i> > 0
mais très mal lissés ...
Tracer v(t) et ic(t)
Donner les expressions de
<v>, <ic>
v
ic
ic mieux lissé
mais < v > ...
D On D Off T
( V ou A )

11. Hypothèse pour la suite:
charge = source de courant
ic = Is = Cte
Redresseur élémentaire double alternance PD2
v
ic
redressement double alternance
is ne s’annule pas
D1 D2 T
Tracer v(t) et ic(t)
Donner les expressions de <v>, <ic>

12. V√2
V
Io is
ve V
is
Ic=Io=cte
vD1
iD1
D2 D3
D4
D1
D3
D2 D4 D1 D3
Pont monophasé à diodes PD2
ve
...
T
Tracer v(t) et ic(t) et is(t)
Donner les expressions de <v>, <ic>

13. Redresseurs élémentaires triphasés P3
Montage à cathodes communes :
Montage à anodes communes :
v
Ic = Cte
1
2
3
D1 D2 D3
D3 D1 D2
vs
C’est la diode connectée au potentiel
« le plus positif » qui conduit
vs
T
v
C’est la diode connectée au potentiel
« le plus négatif » qui conduit
Tracer v(t) et ic(t)
Donner pour les deux montages les
expressions de <v> et Vidmax.

14. Redresseur élémentaire commandé P3
v
Ic = Cte
1
2
3
vs
Instants d’amorçage naturel
Ψ Ψ Ψ
Ψ Angle de retard à l’amorçage
des thyristors
< v > réglable par Ψ
T
T1 T2 T3
Donner pour les deux montages les
expressions de <v>.

15. Quelques définitions :
- Facteur de forme : La valeur du facteur de forme caractérise la tension
redressée. Plus cette valeur est proche de l'unité, plus la tension obtenue
est voisine d'une grandeur continue.
Il sert à comparer des montages redresseurs différents entre eux.
Par définition, on nomme le facteur de forme le rapport :
Application : Calculer F pour P1 , P2, P3 et PD3
- Facteur de puissance : Par extension de la définition donnée en
régime sinusoïdal, on nommera facteur de puissance du primaire ou
du secondaire (du transformateur) le rapport de la puissance active
disponible en sortie du montage et de la puissance apparente
développée dans les enroulements du transformateur :

16. Courant dans une diode : Il est égal à Id lorsque la diode considérée est
passante. Il est égal à 0 si la diode est bloquée. Chaque diode est donc
parcourue par un courant d'intensité Id pendant une fraction 1/q de la
période T des tensions d'alimentation. L'intensité if1 du courant dans D1
évolue donc comme l'indique la figure suivante :
On en déduit aisément les valeurs moyenne et efficace
du courant dans une diode pour q=3
Dans le cas général :

17. Vs
V√2
V√6
3
2
V√2
1
2 3
U23 U21 U31 U32 U12=V1-V2
U13
Ic
iD1
i1
V
1
2
3
i1
Ic
vD1
iD1
D3 D5
D2 D4 D6
Pont triphasé à diodes PD3
D3 D5 D1
D6 D2 D4
T
0
0
D1
D2

18. Ψ
Ψ
V√2
Ψ
Vs
Pont commandé à thyristors
V
1
2
3
i1
Is
Ψ
Vs
Puissance
∼
=
Fontionnement en onduleur autonome : Ψ > π → < v > < 0
vs
Is ≥0
< v > réglable