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Electronique de puissance
Page 1
Les Redresseurs non commandés
1. Introduction
Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de
l’électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif continu.
Alimentés par une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent
d’alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie.
On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin du courant continu alors que l’énergie
électrique est disponible en alternatif. Comme c’est sous cette seconde forme que l’énergie
électrique est presque toujours générée et distribuée, les redresseurs ont un très vaste domaine
d’applications.
Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pas de faire varier le
rapport entre la ou les tensions alternatives d’entrée et la tension continue de sortie. De plus,
ils sont irréversibles, c’est-à dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le
côté continu.
2. Les trois types de montages redresseurs
Pour obtenir une tension continue, on redresse un ensemble de q tensions alternatives,
d’ordinaire supposées sinusoïdales et formant un système polyphasé équilibré (nombre de
phases q). Ces tensions peuvent être les tensions aux bornes d’un alternateur. Généralement,
elles sont fournies par le réseau monophasé ou, plus souvent, par le réseau triphasé,
d’ordinaire par l’intermédiaire d’un transformateur. On distingue trois types de montages :
a. Les redresseurs parallèles simples (Pq)
Le montage redresseur parallèle simple est constitué d’une source de tensions polyphasées,
équilibrées, comportant q phases. Les sources sont couplées en étoile. Chacune des sources
est placée en série avec une diode. Les diodes sont montées en anodes communes ou en
cathodes communes.
Montage parallèle à cathode commune Montage parallèle à anode commune
b. Les redresseurs parallèles doubles (PDq)
Un redresseur parallèle double comprend une source de tensions polyphasées, équilibrées et
deux redresseurs parallèles simples placés en série. L’un est monté en anodes communes, et
l’autre en cathodes communes.
L3
L2
L1
D6
D5
D4
D3
D2
D1
R
ud
v1
v2
v3
ud ud
Electronique de puissance
Page 2
c. Les redresseurs séries (Sq)
Les enroulements du secondaire du transformateur sont montés en polygone (la somme de q
tensions formant un système équilibré est nulle).
3. Grandeurs caractérisant les montages redresseurs
Valeur moyenne
La valeur moyenne d’une fonction v(t) est donnée par :

 

π
2
0
T
0
moy t
ω
d
)
t
ω
(
v
π
2
1
dt
v(t)
T
1
V
Valeur efficace
On définit la valeur efficace d’une fonction v(t) par :

 

π
2
0
2
T
0
2
eff t
ω
d
)
t
ω
(
v
π
2
1
dt
(t)
v
T
1
V
Le calcul des valeurs moyenne et efficace se fait en intégrant la fonction sur une période T ou
bien en effectuant un changement de variable aux bornes de l’intégrale.
Indice de commutation q du montage
L’indice de commutation est donné par la durée de conduction de chaque diode et correspond
au nombre de phases du réseau de distribution. Par exemple, pour les montages P3 et PD3,
l’indice de commutation est égal à 3 (chaque diode conduit pendant un tiers de période ou
T/q).
Indice de pulsation p de la tension redressée
L’indice de pulsation p donne le nombre de portions (ou de sommets) de sinusoïde par
période de la tension redressée. Par exemple, pour le montage PD3, nous verrons que l’indice
de pulsation est égal à 6 (la tension redressée se compose de six sommets par période).
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. Ce coefficient sert à
comparer des montages redresseurs différents entre eux. Par définition, on nomme facteur de
forme le rapport :
moy
eff
V
V
F 
Electronique de puissance
Page 3
Taux d’ondulation
Il existe plusieurs définitions du taux d’ondulation. Nous définirons le taux d’ondulation
comme le rapport de l’ondulation crête à crête à la valeur moyenne. Soit τ le taux
d’ondulation :
moy
min
max
V
2
V
V
τ


4) Redressement simple alternance
a. Charge résistive
R
D
Chronogrammes
-1,2
0
1,2
0,00 740,00
v
uD
id
v
π 2π 4π ωt
ud
Electronique de puissance
Page 4
Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge
Calculons la valeur moyenne Ud moy
Valeur efficace de la tension aux bornes de la charge
Calculons la valeur efficace Ud eff
b) Charge Inductive
L
D
R
v
uD
id
ud
Electronique de puissance
Page 5
Chronogrammes
-1,2
0
1,2
0,00 740,00
Tension moyenne Ud moy
Courant instantané dans la charge id(θ)
v
π 2π 4π ωt
Electronique de puissance
Page 6
c) Charge inductive avec diode de roue libre
DRL
L
D
R
Chronogrammes
-1,2
0
1,2
0,00 740,00
v
π 2π 4π ωt
v
uD
id
ud
Electronique de puissance
Page 7
Tension moyenne aux bornes de la charge
Courant instantané dans la charge
Valeur moyenne du courant dans la charge
La diode de roue libre est installée en parallèle inverse avec la charge du caractère inductive,
elle a double rôle :
- Impose un signe constant à la tension (la tension reste toujours +).
- Assure la continuité du courant dans la charge.
Electronique de puissance
Page 8
5) Redressement monophasé double alternance
Hypothèses :
Les diodes sont supposées parfaites (interrupteurs parfaits) et le courant à la sortie du montage
redresseur est constant (charge fortement inductive). On supposera également négligeable
l'inductance ramenée au secondaire du transformateur.
Montage P2
D2
T
D1
R
t
sin
V
)
t
(
v
t
sin
V
)
t
(
v
max
2
max
1





Chronogrammes
-1,2
0
1,2
0,00 740,00
v v1 v2
π 2π 4π ωt
v1
v2
ud
id
uD1
is
R-L
Electronique de puissance
Page 9
Montage PD2
D4
D3
D2
D1
T
R
Chronogrammes
-1,2
0
1,2
0,00 740,00
v
π 2π 4π ωt
ud
id
v
uD1
R-L
is
Electronique de puissance
Page 10
Tension moyenne aux bornes de la charge
Tension efficace aux bornes de la charge
Tension inverse maximale aux bornes d’une diode
Le choix des composants d'un montage redresseur nécessite la connaissance de la valeur
maximale de la tension inverse appliquée à chaque diode.
max
max
D V
2
U  (P2)
max
max
D V
U  (PD2)
Courant moyen par diode
 
2
Id
2
Id
d
Id
2
1
I 0
0
moy
D 








 (P2 et PD)
Courant efficace par diode
 
2
Id
2
I
d
I
2
1
I 0
2
d
0
2
d
Deff 








 (P2 et PD2)
Courant au secondaire du transformateur
2
Id
I
I Deff
S 
 (P2)
iD1
Id
π 2 π ωt
Electronique de puissance
Page 11
    Id
θ
π
I
θ
d
I
π
2
1
.
2
θ
d
I
θ
d
I
π
2
1
I
π
0
2
d
π
0
2
d
π
2
π
2
d
π
0
2
d
S 







 

 

 (PD2)
Puissance et facteur de puissance
Si on suppose que le transformateur et les diodes parfaits, la puissance active se réduit à celle
consommée par la charge et a pour expression :
dt
i
.
u
T
1
P d
d
T
0
d


Le courant de charge étant supposé constant et égal à Id (charge fortement inductive), on a :
dmoy
d
d
T
0
d
d U
.
I
dt
u
T
I
P 
 
Le facteur de puissance secondaire est le rapport de la puissance active disponible aux bornes
de la charge et de la puissance apparente développée dans les enroulements secondaire du
transformateur.
is
Id
π 2 π ωt
Electronique de puissance
Page 12
6) Redressement triphasé simple alternance
Les enroulements secondaires du transformateur sont couplés en étoile. Le redresseur est
composé de trois diodes montées en cathode commune (nommé commutateur plus positif). La
charge est placée entre la cathode et le neutre. Le courant dans la charge est constant par
hypothèse (charge fortement inductive).
D3
D2
D1
R
A un instant donné, la diode qui est reliée au potentiel le plus élevée est passante (seule la
diode dont l'anode est au plus haut potentiel peut conduire), et les autres sont bloquées.
 
3
2
1
d v
,
v
,
v
sup
u 
Donc :
ud = v1 si v1 > v2 et v3
ud = v2 si v2 > v1 et v3
ud = v3 si v3 > v1 et v2
Chronogrammes
D1
D2
D3
Intervalles de conduction des diodes
ud
id
v1
uD1
v2
v3
L1
L3
L2
N



















)
3
4
t
sin(
V
)
t
(
v
)
3
2
t
sin(
V
)
t
(
v
t
sin
V
)
t
(
v
max
3
max
2
max
1
R-L
Electronique de puissance
Page 13
Tension moyenne aux bornes de la charge
La tension redressée ud est périodique de période
3
T
P
T
 (P=3: indice de pulsation).
Tension efficace aux bornes de la charge
Electronique de puissance
Page 14
Tension inverse aux bornes d’une diode
6
V
2
3
V
U max
D 

Courant moyen par diode
 
3
Id
θ
π
2
Id
θ
d
Id
π
2
1
I 6
π
5
6
π
6
π
5
6
π
moy
D 

 
Courant efficace par diode
   
3
Id
θ
π
2
Id
θ
d
Id
π
2
1
I 6
π
5
6
π
2
6
π
5
6
π
2
eff
D 

 
Courant efficace au secondaire du transformateur
3
Id
I
Is Deff 

Facteur de puissance
Facteur de forme
Taux d’ondulation
iD1
Id
π/6 5π/6 2 π ωt
Electronique de puissance
Page 15
7) Redressement triphasé double alternance (PD3)
Les enroulements secondaires du transformateur sont couplés en étoile. Le redresseur
composé de 2q diodes un premier groupe monté en cathode commune (nommé commutateur
plus positif M), le deuxième groupe monté en anode commune (nommé commutateur plus
négatif N). Le courant dans la charge est constant par hypothèse (charge fortement inductive).
L3
L2
L1
D6
D5
D4
D3
D2
D1
R
...
etc
v
-
v
ud
et
conduisent
D
et
D
:
v
v
v
si
v
-
v
ud
et
conduisent
D
et
D
:
v
v
v
si
v
-
v
ud
et
conduisent
D
et
D
:
v
v
v
si
3
2
6
2
3
1
2
3
1
6
1
3
2
1
2
1
5
1
2
3
1









Chronogrammes
D1
D2
D3
D4
D5
D6
ud
v1
v2
v3
R-L



















)
3
4
t
sin(
V
)
t
(
v
)
3
2
t
sin(
V
)
t
(
v
t
sin
V
)
t
(
v
max
3
max
2
max
1
.M
.N
Electronique de puissance
Page 16
Tension moyenne aux bornes de la charge
La tension redressée ud est périodique de période
6
T
P
T
 (P=6: indice de pulsation).
Entre
2
π
et
6
π
, cette tension s’exprime par :
Tension efficace aux bornes de la charge
6
π
2
6
π
2
sin
1
2
V
3
U
θ
d
)
3
π
2
θ
sin(
V
θ
sin
V
π
2
6
U
max
deff
2
π
6
π
2
max
max
deff










 
Tension inverse aux bornes d’une diode
6
V
2
3
V
U max
D 

Courant moyen par diode
Chaque diode est parcourue par un courant d'intensité Id pendant 1/3 de la période T des
tensions d'alimentation.
 
3
Id
θ
π
2
Id
θ
d
Id
π
2
1
I 6
π
5
6
π
6
π
5
6
π
moy
D 

 
Electronique de puissance
Page 17
Courant efficace par diode
   
3
Id
θ
π
2
Id
θ
d
Id
π
2
1
I 6
π
5
6
π
2
6
π
5
6
π
2
eff
D 

 
Courant efficace au secondaire du transformateur
   
3
2
Id
θ
π
Id
θ
d
Id
π
2
1
.
2
I 6
π
5
6
π
2
6
π
5
6
π
2
eff
D 

 
Facteur de puissance

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  • 1. Electronique de puissance Page 1 Les Redresseurs non commandés 1. Introduction Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont les convertisseurs de l’électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif continu. Alimentés par une source de tension alternative monophasée ou polyphasée, ils permettent d’alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie. On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin du courant continu alors que l’énergie électrique est disponible en alternatif. Comme c’est sous cette seconde forme que l’énergie électrique est presque toujours générée et distribuée, les redresseurs ont un très vaste domaine d’applications. Les redresseurs à diodes, ou redresseurs non contrôlés, ne permettent pas de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d’entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont irréversibles, c’est-à dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu. 2. Les trois types de montages redresseurs Pour obtenir une tension continue, on redresse un ensemble de q tensions alternatives, d’ordinaire supposées sinusoïdales et formant un système polyphasé équilibré (nombre de phases q). Ces tensions peuvent être les tensions aux bornes d’un alternateur. Généralement, elles sont fournies par le réseau monophasé ou, plus souvent, par le réseau triphasé, d’ordinaire par l’intermédiaire d’un transformateur. On distingue trois types de montages : a. Les redresseurs parallèles simples (Pq) Le montage redresseur parallèle simple est constitué d’une source de tensions polyphasées, équilibrées, comportant q phases. Les sources sont couplées en étoile. Chacune des sources est placée en série avec une diode. Les diodes sont montées en anodes communes ou en cathodes communes. Montage parallèle à cathode commune Montage parallèle à anode commune b. Les redresseurs parallèles doubles (PDq) Un redresseur parallèle double comprend une source de tensions polyphasées, équilibrées et deux redresseurs parallèles simples placés en série. L’un est monté en anodes communes, et l’autre en cathodes communes. L3 L2 L1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 R ud v1 v2 v3 ud ud
  • 2. Electronique de puissance Page 2 c. Les redresseurs séries (Sq) Les enroulements du secondaire du transformateur sont montés en polygone (la somme de q tensions formant un système équilibré est nulle). 3. Grandeurs caractérisant les montages redresseurs Valeur moyenne La valeur moyenne d’une fonction v(t) est donnée par :     π 2 0 T 0 moy t ω d ) t ω ( v π 2 1 dt v(t) T 1 V Valeur efficace On définit la valeur efficace d’une fonction v(t) par :     π 2 0 2 T 0 2 eff t ω d ) t ω ( v π 2 1 dt (t) v T 1 V Le calcul des valeurs moyenne et efficace se fait en intégrant la fonction sur une période T ou bien en effectuant un changement de variable aux bornes de l’intégrale. Indice de commutation q du montage L’indice de commutation est donné par la durée de conduction de chaque diode et correspond au nombre de phases du réseau de distribution. Par exemple, pour les montages P3 et PD3, l’indice de commutation est égal à 3 (chaque diode conduit pendant un tiers de période ou T/q). Indice de pulsation p de la tension redressée L’indice de pulsation p donne le nombre de portions (ou de sommets) de sinusoïde par période de la tension redressée. Par exemple, pour le montage PD3, nous verrons que l’indice de pulsation est égal à 6 (la tension redressée se compose de six sommets par période). 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. Ce coefficient sert à comparer des montages redresseurs différents entre eux. Par définition, on nomme facteur de forme le rapport : moy eff V V F 
  • 3. Electronique de puissance Page 3 Taux d’ondulation Il existe plusieurs définitions du taux d’ondulation. Nous définirons le taux d’ondulation comme le rapport de l’ondulation crête à crête à la valeur moyenne. Soit τ le taux d’ondulation : moy min max V 2 V V τ   4) Redressement simple alternance a. Charge résistive R D Chronogrammes -1,2 0 1,2 0,00 740,00 v uD id v π 2π 4π ωt ud
  • 4. Electronique de puissance Page 4 Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge Calculons la valeur moyenne Ud moy Valeur efficace de la tension aux bornes de la charge Calculons la valeur efficace Ud eff b) Charge Inductive L D R v uD id ud
  • 5. Electronique de puissance Page 5 Chronogrammes -1,2 0 1,2 0,00 740,00 Tension moyenne Ud moy Courant instantané dans la charge id(θ) v π 2π 4π ωt
  • 6. Electronique de puissance Page 6 c) Charge inductive avec diode de roue libre DRL L D R Chronogrammes -1,2 0 1,2 0,00 740,00 v π 2π 4π ωt v uD id ud
  • 7. Electronique de puissance Page 7 Tension moyenne aux bornes de la charge Courant instantané dans la charge Valeur moyenne du courant dans la charge La diode de roue libre est installée en parallèle inverse avec la charge du caractère inductive, elle a double rôle : - Impose un signe constant à la tension (la tension reste toujours +). - Assure la continuité du courant dans la charge.
  • 8. Electronique de puissance Page 8 5) Redressement monophasé double alternance Hypothèses : Les diodes sont supposées parfaites (interrupteurs parfaits) et le courant à la sortie du montage redresseur est constant (charge fortement inductive). On supposera également négligeable l'inductance ramenée au secondaire du transformateur. Montage P2 D2 T D1 R t sin V ) t ( v t sin V ) t ( v max 2 max 1      Chronogrammes -1,2 0 1,2 0,00 740,00 v v1 v2 π 2π 4π ωt v1 v2 ud id uD1 is R-L
  • 9. Electronique de puissance Page 9 Montage PD2 D4 D3 D2 D1 T R Chronogrammes -1,2 0 1,2 0,00 740,00 v π 2π 4π ωt ud id v uD1 R-L is
  • 10. Electronique de puissance Page 10 Tension moyenne aux bornes de la charge Tension efficace aux bornes de la charge Tension inverse maximale aux bornes d’une diode Le choix des composants d'un montage redresseur nécessite la connaissance de la valeur maximale de la tension inverse appliquée à chaque diode. max max D V 2 U  (P2) max max D V U  (PD2) Courant moyen par diode   2 Id 2 Id d Id 2 1 I 0 0 moy D           (P2 et PD) Courant efficace par diode   2 Id 2 I d I 2 1 I 0 2 d 0 2 d Deff           (P2 et PD2) Courant au secondaire du transformateur 2 Id I I Deff S   (P2) iD1 Id π 2 π ωt
  • 11. Electronique de puissance Page 11     Id θ π I θ d I π 2 1 . 2 θ d I θ d I π 2 1 I π 0 2 d π 0 2 d π 2 π 2 d π 0 2 d S                (PD2) Puissance et facteur de puissance Si on suppose que le transformateur et les diodes parfaits, la puissance active se réduit à celle consommée par la charge et a pour expression : dt i . u T 1 P d d T 0 d   Le courant de charge étant supposé constant et égal à Id (charge fortement inductive), on a : dmoy d d T 0 d d U . I dt u T I P    Le facteur de puissance secondaire est le rapport de la puissance active disponible aux bornes de la charge et de la puissance apparente développée dans les enroulements secondaire du transformateur. is Id π 2 π ωt
  • 12. Electronique de puissance Page 12 6) Redressement triphasé simple alternance Les enroulements secondaires du transformateur sont couplés en étoile. Le redresseur est composé de trois diodes montées en cathode commune (nommé commutateur plus positif). La charge est placée entre la cathode et le neutre. Le courant dans la charge est constant par hypothèse (charge fortement inductive). D3 D2 D1 R A un instant donné, la diode qui est reliée au potentiel le plus élevée est passante (seule la diode dont l'anode est au plus haut potentiel peut conduire), et les autres sont bloquées.   3 2 1 d v , v , v sup u  Donc : ud = v1 si v1 > v2 et v3 ud = v2 si v2 > v1 et v3 ud = v3 si v3 > v1 et v2 Chronogrammes D1 D2 D3 Intervalles de conduction des diodes ud id v1 uD1 v2 v3 L1 L3 L2 N                    ) 3 4 t sin( V ) t ( v ) 3 2 t sin( V ) t ( v t sin V ) t ( v max 3 max 2 max 1 R-L
  • 13. Electronique de puissance Page 13 Tension moyenne aux bornes de la charge La tension redressée ud est périodique de période 3 T P T  (P=3: indice de pulsation). Tension efficace aux bornes de la charge
  • 14. Electronique de puissance Page 14 Tension inverse aux bornes d’une diode 6 V 2 3 V U max D   Courant moyen par diode   3 Id θ π 2 Id θ d Id π 2 1 I 6 π 5 6 π 6 π 5 6 π moy D     Courant efficace par diode     3 Id θ π 2 Id θ d Id π 2 1 I 6 π 5 6 π 2 6 π 5 6 π 2 eff D     Courant efficace au secondaire du transformateur 3 Id I Is Deff   Facteur de puissance Facteur de forme Taux d’ondulation iD1 Id π/6 5π/6 2 π ωt
  • 15. Electronique de puissance Page 15 7) Redressement triphasé double alternance (PD3) Les enroulements secondaires du transformateur sont couplés en étoile. Le redresseur composé de 2q diodes un premier groupe monté en cathode commune (nommé commutateur plus positif M), le deuxième groupe monté en anode commune (nommé commutateur plus négatif N). Le courant dans la charge est constant par hypothèse (charge fortement inductive). L3 L2 L1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 R ... etc v - v ud et conduisent D et D : v v v si v - v ud et conduisent D et D : v v v si v - v ud et conduisent D et D : v v v si 3 2 6 2 3 1 2 3 1 6 1 3 2 1 2 1 5 1 2 3 1          Chronogrammes D1 D2 D3 D4 D5 D6 ud v1 v2 v3 R-L                    ) 3 4 t sin( V ) t ( v ) 3 2 t sin( V ) t ( v t sin V ) t ( v max 3 max 2 max 1 .M .N
  • 16. Electronique de puissance Page 16 Tension moyenne aux bornes de la charge La tension redressée ud est périodique de période 6 T P T  (P=6: indice de pulsation). Entre 2 π et 6 π , cette tension s’exprime par : Tension efficace aux bornes de la charge 6 π 2 6 π 2 sin 1 2 V 3 U θ d ) 3 π 2 θ sin( V θ sin V π 2 6 U max deff 2 π 6 π 2 max max deff             Tension inverse aux bornes d’une diode 6 V 2 3 V U max D   Courant moyen par diode Chaque diode est parcourue par un courant d'intensité Id pendant 1/3 de la période T des tensions d'alimentation.   3 Id θ π 2 Id θ d Id π 2 1 I 6 π 5 6 π 6 π 5 6 π moy D    
  • 17. Electronique de puissance Page 17 Courant efficace par diode     3 Id θ π 2 Id θ d Id π 2 1 I 6 π 5 6 π 2 6 π 5 6 π 2 eff D     Courant efficace au secondaire du transformateur     3 2 Id θ π Id θ d Id π 2 1 . 2 I 6 π 5 6 π 2 6 π 5 6 π 2 eff D     Facteur de puissance