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University of Sciences and Technology Houari Boumediene
Laboratoiry of Instrumentation (LINS) Algiers – ALGERIA
E-mail: fbouchafa@gmail.com
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique
Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE
http://www.usthb.dz
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Dr.F.BOUCHAFAA 1
PLAN DE TRAVAIL
PLAN DE TRAVAIL
Les thyristors
Les interrupteurs semi conducteurs
Applications des convertisseurs statiques
Les diodes
Les transistors
1
4
6
2
5
Constitution des convertisseurs statiques
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA 2
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Les interrupteurs semi conducteurs
Dr.F.BOUCHAFAA 3
Dr.F.BOUCHAFAA 4
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Actuellement, on n
Actuellement, on n’
’utilise pratiquement que des composants form
utilise pratiquement que des composants formé
és de semi
s de semi-
-
conducteurs.
conducteurs.
Les puissances
Les puissances commandables
commandables couvrent une large plage. Il existe en effet des
couvrent une large plage. Il existe en effet des
composants capables supporter
composants capables supporter à
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des tensions de plusieurs centaines de
centaines de
volts
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des courants de plusieurs milliers d
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’il peut commander : il ne faut pas confondre les deux
il peut commander : il ne faut pas confondre les deux
notions.
notions.
Dr.F.BOUCHAFAA 5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Commande, Contrôle
Système
Electrotechnique
Energie Energie
Système
Electronique
(Automatique, Informatique
Alimentation
Information
Signal
Information
Signal
Dr.F.BOUCHAFAA 6
Énergie électrique
fournie par
l’alimentation
électrique
disponible
sur la charge
Énergie électrique
Les interrupteurs semi conducteurs
CONVERTISSEUR
SATIQUE
Interface
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I
t
I
t
I
t
I
t
I
t
I
t
I
t
I
t
Dr.F.BOUCHAFAA 7
L’Énergie Électrique est disponible soit sous forme:
Continue (batterie d’accumulateurs, génératrice à courant
continu, cellules photovoltaïques, pile à combustible, …).
Alternative (réseau de distribution électrique, alternateurs)
La charge peut nécessiter une alimentation en alternatif ou en continu. Il existe donc
quatre fonctions de base des convertisseurs statiques.
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Dr.F.BOUCHAFAA 8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Les sources et les récepteurs alimentés par les différents convertisseurs d’énergie
Source alternative Récepteur alternatif
Récepteur continu
Source continue
Gradateur
Redresseur
Onduleur
Hacheur
Action sur la
valeur efficace
Action sur la
valeur moyenne
I
t
I
t
I
t
I
t
I
t
I
t
Dr.F.BOUCHAFAA 9
Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source alternative et
une charge alimentée en continu, est appelé : Redresseur (Rectifier).
A- Conversion Alternatif – Continu (AC/DC):
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B- Conversion Continu – Continu (DC/DC):
Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et
une charge alimentée en continu, est appelé : Hacheur (Chopper).
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C- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC):
Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une charge
alimentées suivant le type de charge, ce convertisseur est appelé onduleur
autonome ou assisté.
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Dr.F.BOUCHAFAA 12
D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC):
Ces convertisseurs permettent d’obtenir une tension alternative variable de
fréquence constante ou variable, à partir d’une source alternative.
2. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension
alternative de valeur efficace variable et de fréquence variable inférieure à la
fréquence de la source. C’est le cyclo-convertisseur.
1. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension
alternative variable. C’est le gradateur
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA 13
Un convertisseur statique est dit réversible lorsque l’énergie, peut transiter (en
général, être contrôlée) de manière bidirectionnelle, c’est à dire aussi bien dans un sens
que dans l’autre.
Un convertisseur non réversible transfère l’énergie d’une source vers une charge
utilisatrice.
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Convertisseur
réversible
Entrée Sortie
Energie
Convertisseur
Non réversible
Entrée Sortie
Energie
Dr.F.BOUCHAFAA 14
Applications des convertisseurs statiques:
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Applications domestiques
Applications industrielles
Production et Distribution de l’électricité
1
4
2
Transport
3
Dr.F.BOUCHAFAA 15
Applications des convertisseurs statiques:
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-Alimentation des appareils électroniques (TV, PC, magnétoscopes, …).-
Électroménager (aspirateur, réfrigérateur, lave-linge, lave-vaisselle, robots
culinaires, …).- Éclairage. - Chauffage.- Appareil électroportatif (perceuse, …).-
Actionneurs domotiques (volets roulants, stores électriques, …).
Applications domestiques:
Dr.F.BOUCHAFAA 16
Applications des convertisseurs statiques:
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L’utilisation de l’électronique de puissance prend de plus en plus d’importance
pour deux raisons principales:
Applications domestiques:
– Les coûts de fabrication diminuent (facteur primordial dans les domaines de la
grande série),
– les contraintes sur les niveaux de perturbations et le rendement augmentent.
Dr.F.BOUCHAFAA
17
Applications des convertisseurs statiques:
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- Pompes, compresseurs. -Variation de vitesse. -Chariots électriques. -Chauffage par
induction.
Applications industrielles:
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18
Applications des convertisseurs statiques:
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- Grues. - Fours (à arcs, à résistance).- Appareils de soudage.- Électrolyse.-
Onduleurs de secours.
Applications industrielles:
Dr.F.BOUCHAFAA 19
Applications des convertisseurs statiques:
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– Réseaux de bord d’avion, commande électrique.
– Traction électrique (trains, métros, voitures électriques, …).
– Propulsion électrique des navires, génération d’électricité à bord des navires.
– Génération de l’énergie électrique par des cellules photovoltaïques, les
stations spatiales.
Transport:
Dr.F.BOUCHAFAA 20
Applications des convertisseurs statiques:
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– Compensateur de puissance réactive et filtrage actif (augmenter le facteur de
puissance d’une installation et limiter les harmoniques de courant sur le réseau).
– Dispositif de stockage de l’énergie.
Les applications les plus puissantes des convertisseurs statiques concernent le
transport courant continu - haute tension (CC-HT).
Production et Distribution de l’électricité:
Dr.F.BOUCHAFAA 21
Applications des convertisseurs statiques:
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A l’aide de la technique IGCT, on peut construire des installations électroniques de
puissance plus compactes et de prix plus avantageux, par exemple des stations de
convertisseurs pour installations CCHT ou des compensateurs statiques de
puissance réactive.
Dr.F.BOUCHAFAA 22
nous allons décrire simplement les principales caractéristiques externes
des composants. Ils peuvent être classés en trois groupes :
1. Diodes. États fermé ou ouvert contrôlés par le circuit de puissance.
2. Thyristors. Fermé par un signal de commande, mais doit être ouvert
par le circuit de puissance.
3. Interrupteurs commandables. à l'ouverture et à la fermeture. Ouverts
et fermés par un signal de commande.
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III. Constitution des convertisseurs statiques:
Dr.F.BOUCHAFAA 23
· Transistors Bipolaires à Jonctions (Bipolar Junction Transistors - BJTs);
· Transistors à effet de champ Metal-Oxyde-Semi conducteur (MOSFETs);
· Thyristors commandés à l'ouverture (Gate-Turn-Off Thyristors - GTO Thyristors);
· Transistors bipolaires à grille isolée (Insulated Gate Bipolar Transistors - IGBTs);
· Thyristors MOS Commandés (MOS-Controlled Thyristors - MCTs).
La catégorie des interrupteurs commandables inclut de nombreux types de composants:
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Les diodes de puissance
1. Diodes
Dr.F.BOUCHAFAA 25
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• La diode est un composant non linéaire qui ne laisse passer le
courant électrique que dans un seul sens
Symbole g
Symbole gé
én
né
éral
ral :
:
La diode est le semi-conducteur élémentaire constitué par une seule jonction PN et
à caractéristique courant – tension non linéaire. En électronique de puissance, la
diode est équivalente à un interrupteur unidirectionnel non commandé.
1. Diodes
K
A
A K
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1. Diodes
Fonctionnement en inverse
Fonctionnement en direct
Courant direct maximal d’emploi (IFM)
Conductance dynamique (1/RD0)
VA
Tension de seuil (VD0)
Phénomène d’avalanche
Irréversible: destruction de la jonction
Tension inverse maximale (VRM)
Et le courant correspondant (IRM)
Caractéristique tension- courant de la diode
Courant inverse: qq (µA)
VD
ID
Tension d’avalanche
La figure ci dessous décrit la caractéristique statique de la diode iD= f(VD).
Dr.F.BOUCHAFAA 27
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1. Diodes
Lorsque la diode est polarisée en direct, elle commence à conduire à
partir d’une faible tension de seuil Vseuil directe de l'ordre de 1V. Lorsque la
diode est polarisée en inverse, seul un faible courant de fuite négligeable
(quelques mA) circule jusqu'à atteindre la tension d'avalanche. En
fonctionnement normal, la tension inverse ne doit pas atteindre la tension
d'avalanche.
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1. Diodes
Dr.F.BOUCHAFAA 29
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1. Diodes
a) Faible puissance < 1W
b) Puissance moyenne
c) Puissance élevée (kW)
Dr.F.BOUCHAFAA 30
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1. Diodes
Dr.F.BOUCHAFAA 31
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1. Diodes
4500V/800A press pack and 1700V/1200A module diodes
Dr.F.BOUCHAFAA 32
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
États possibles d'une diode à jonction 1. Diodes
Quand le circuit dans lequel la diode est placée tend à faire passer un courant
dans le sens direct, c.à.d de l’anode «A» vers la cathode «K», la diode est
conductrice ou passante. Le courant iAK positif prend une valeur qui lui est
imposée par le reste du circuit. Il faut veiller à ce que la valeur moyenne de
iAK ne dépasse pas le courant direct moyen tolérable par la diode.
• Si VAK > 0 : La
diode est passante
( A  + ; K  - )
Équivalente à 1
interrupteur Fermé
iAK > 0
VAK> 0
A
K
Etat passant :
Dr.F.BOUCHAFAA 33
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États possibles d'une diode à jonction 1. Diodes
Quand une tension négative aux bornes de la diode tend à faire passer le
courant dans le sens indirect, c.à.d de la cathode «K» vers l’anode «A», la
diode est bloquée ou isolante. La tension négative ou inverse peut prendre,
sous l’effet du reste du circuit, des valeurs élevées. Il faut veiller à ce que la
tension inverse reste inférieure à la tension inverse maximale que peut
supporter la diode.
• Si VAK < 0 : La diode
est bloquée
( A  - ; K  + )
Équivalente à 0
interrupteur Ouvert
iAK=0
VAK<0
A
K
Etat bloqué :
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1. Diodes
Dr.F.BOUCHAFAA 35
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diodes d'usage général et de puissance
•redressement simple alternance
•redressement double alternance par pont de diodes
•redressement par doubleur de tension
•doubleur, tripleur, multiplicateur de tension
•protection contre les erreurs de branchement et les inversions accidentelles de polarité
•protection contre les surtension ( diode de Zener)
•référence de tension en régulation ( diode de Zener )
•circuits logiques simples
•obtention d'une faible chute de tension
•détection des signaux radios
•Thermométrie par diodes ( mesure de température en fonction de la variation de la
caractéristique)
1. Diodes
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VD
Id
- Vz
 La tension inverse mesurée à ses bornes est stabilisée a Vz .
 La diode zener est utilisé en stabilisateur de tension
Diode zener
Id
VD
Vs
VE RL
R
1. Diodes
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 Le courant IR proportionnel au flux lumineux est converti en tension par
la résistance
 aucune source externe de polarisation n’est utilisée la photodiode
fonction ne en convertisseur d’énergie.
 En mode photovoltaïque :
• En mode photoconducteur
IR
E RL
VD
1. Diodes
La photodiode
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 elle a une particularité de détecter les signaux radiofréquence
 La tension de seuil (0,3 V)
 Le courant inverse de la jonction PN et plus faible que celui de la
diode de schottky
0,3V 0,6V VD(v)
Id(mA)
5.0
10.0
Comparaison entre une diode simple et une diode schottky
1. Diodes
Diode schottky
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 Utilisée dans la réalisation des oscillateur HF
Résistance négatif
V
I
1. Diodes
Diode à effet tunnel
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 Capacité décroître avec la tension
C= Co/[1+v/vo]
n
(Co, Vo, n) constant
1. Diodes
Co
C(V)
V
Diode varicap
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• La LED(Light Emitting Diode ) diode électroluminescente
• La diode laser (DL)
Une diode parfaite est une diode idéale.
•Chute de tension directe nulle,
•Courant inverse nul.
Elle joue le rôle d’un interrupteur parfait, fermé (diode passante) et ouvert (diode bloqué).
1. Diodes
Diode parfaite
Diode lumineuse
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2.Thyristors
Dr.F.BOUCHAFAA 43
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2.Thyristors
Dr.F.BOUCHAFAA 44
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2.Thyristors
Un thyristor est un dispositif à 4 couches et 3 jonctions qui possèdent 3 connexions
externes: l’anode, la cathode et la gâchette. C’est un composant bistable (passant bloqué).
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2.Thyristors
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2.Thyristors
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2.Thyristors
Dr.F.BOUCHAFAA 48
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2.Thyristors
Fonctionnement en inverse
Fonctionnement en direct
Courant direct maximal d’emploi
Ih
Thyristor amorçable
Phénomène d’avalanche Tension inverse maximale (VRM)
Et le courant correspondant (IRM)
Caractéristique tension- courant de thristor
Thyristor bloqué
VAK
IAK
Dr.F.BOUCHAFAA 49
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• Pour assurer l’amorçage du composant, l’impulsion de gâchette doit se maintenir
tant que le courant d’anode n’a pas atteint le courant de maintien Ih.
• La largeur de l’impulsion de gâchette dépend donc du type de la charge alimentée
par le thyristor.
2.Thyristors
L’amorçage du thyristor
• Après annulation du courant iAK, la tension vAK doit devenir négative pendant un
temps au mois égal au temps d’application de tension inverse tq (tq ≈ 100 μs).
• Si ce temps n’est pas respecté, le thyristor risque de se réamorcer spontanément
dès que vAK tend à redevenir positive.
Blocage du thyristor
Dr.F.BOUCHAFAA 50
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• Nous donnons ci-dessous quelques éléments définissant la plage convenable de
commande de la gâchette pour obtenir un déclenchement du thyristor sans risque de
destruction de celui-ci. On notera que la technologie mise en oeuvre dans le boitier
d'un thyristor a pour effet de limiter au maximum la résistance thermique et donc de
faciliter au mieux l'évacuation des calories dissipées tant au niveau de la gâchette
que de la jonction en inverse.
2.Thyristors
La commande de gâchette
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2.Thyristors
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2.Thyristors
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2.Thyristors
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Transistor
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3. Transistor
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3. Transistor
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3. Transistor
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MOSFET de puissance
4.MOSFET
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4.Transistor MOSFET
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En électronique de puissance, il est utilisé comme élément de commutation et par
conséquent présente deux états distincts.
4.MOSFET
Le transistor MOSFET est un interrupteur unidirectionnel en tension et
bidirectionnel en courant.
A l’avantage d’une commande relativement simple qui nécessite peu de puissance.
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4.Transistor MOSFET
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4.MOSFET
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Insulated Gate Bipolar Transistor = IGBT
5.IGBT
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Les concepteurs ont voulu avoir les avantages suivants :
– Tension élevée à l’état ouvert,
– Tension faible à l’état fermé,
– Facile à commander,
– Bonnes performances dynamiques.
5. Transistors IGBT
5.IGBT
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5. Transistors IGBT
1700V/1200A and 3300V/1200A IGBT modules
5.IGBT
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GTO : Gate Turn-Off thyristor
6.GTO
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6- Thyristors GTO
Par rapport au thyristor classique, le thyristor GTO est en plus commandable à
l’ouverture par un courant, iG, négatif.
Ce composant entièrement commandable.
Un inconvénient est la présence de pertes importantes lors de l’ouverture.
6.GTO
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4500V/800A and 4500V/1500A GTOs
6.GTO
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Onduleur
oui
oui
AC
DC
Hacheur
Alim. à découpage
s.o.
oui
DC
DC
Cycloconvertisseur
oui
oui
AC
AC
Gradateur
non
oui
AC
AC
Redresseur
Variateur DC
s.o.
oui
DC
AC
dénomination
F varie?
U varie?
Sortie
Entrée
Autre convertisseur : combinaison AC/DC + DC/AC
Types de convertisseurs
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7. Comparaison entre SC de puissance
Le composant idéal :
• Tenue en tension infinie
• Tenue en courant infinie
• Temps de commutation nulle
• Courant de fuite nul
• Pertes par commutation et conduction nulles
• Puissance de commande nulle
• Faible coût
Dr.F.BOUCHAFAA 70
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7. Comparaison entre SC de puissance
Redresseurs à 50 Hz : thyristors ou diodes
• Hacheurs et onduleurs : (commutations rapides, pas de tension
inverse): transistors bipolaires, IGBT, MOSFET, GTO
– Jusqu’à 15 kHz, GTO pour puissance (faibles pertes)
– Jusqu’à 100 kHz, transistor bipolaire et IGBT (faibles pertes par
conduction)
– au-dessus de 100 kHz, MOSFET uniquement
Selon le type de convertisseur:
Dr.F.BOUCHAFAA 71
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Ce tableau représente les caractéristiques des différents interrupteurs. Il est bien
évident qu’un tel tableau ne peut pas faire apparaître les subtilités entre les différents
semi-conducteurs. Il permet d’avoir une vue d’ensemble de leurs performances.
Lent
Fort
GTO
Moyen
Moyen
IGBT
Rapide
Faible
MOSFET
Moyen
Moyen
BJT
Rapidité de commutation
Puissance d’utilisation
7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables
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7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables
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7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables
1kHz
20kHz
5kHz
3kHz
1kHz
Fréquence
3000A
400A
500A
1500A
5000A
Courant
4500V
1200V
1400V
1500V
6000V
Tension
GTO
IGBT
Transistor
bipolaire
Thyristor
rapide
Thyristor
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Power (VA)
IGBT
MOSFET
BIPOLAR
T
R
I
A
C
T
H
Y
R
I
S
T
O
R
Fréquence (HZ)
GTO
100
100K
100M
10K
1K
10M
1M
10 100 10K 100K 1M
Dr.F.BOUCHAFAA 76
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En résumé:
Gradateur (U2 variable f2 fixe ) .
Redresseur + Onduleur (U2 f2
variable)
Alternatif (U2, f2 )
Alternatif (U1, f1)
Hacheur
Continu U2variable
Continu U1
Onduleur
Alternatif (U2 et f2 fixe ou variable)
Continu U1
Redresseur
Continu U2 fixe ou variable
Alternatif (U1, f1)
Convertisseurs
Récepteur
Alimentation
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7- Grandeurs caractéristiques
CARACTÉRISTIQUES DES SIGNAUX PÉRIODIQUES ET LEURS MESURES .
Sur la position AC.
-Un voltmètre numérique dit RMS capable
de mesurer la valeur efficace d’une tension
de forme quelconque sur la position AC.
-Bien sûr les ferromagnétiques et les
numériques RMS permettent de mesurer la
valeur efficace d'une grandeur alternative
sinusoïdale et ce sur les positions AC ou
AC+DC.
Sur la position DC.
-Un voltmètre numérique sur
la position DC ( continue, =)
Mesure
: Racine carrée de la moyenne des carrés
RMS: root mean square.
Définition
Valeur efficace
Valeur Moyenne
Dr.F.BOUCHAFAA 78
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7- Grandeurs caractéristiques
La valeur moyenne se mesure avec :
- un voltmètre analogique (à aiguille) magnétoélectrique (symbole : ).
- un voltmètre numérique sur la position DC (continue, =).
La valeur efficace se mesure avec :
- un voltmètre analogique ferromagnétique (symbole : ).
- un voltmètre numérique dit RMS capable de mesurer la valeur
efficace d’une tension de forme quelconque.
RMS : Root (racine carré) Mean (valeur moyenne) Square (carré).
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique
Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE
http://www.usthb.dz
REDRESSEMENT NON COMMANDÉ MONOPHASÉS
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 3
PLAN DE TRAVAIL
PLAN DE TRAVAIL
Introduction
Commutation simple alternance à diode
Commutation parallèle simple - P2 à diodes
Conclusion
1
2
5
Commutation parallèle double - PD2 à diodes
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 4
4
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.
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Un montage redresseur comporte :
Une source monophasée, ou polyphasée.
Des composants redresseurs (diodes).
Un circuit d’utilisation complété le plus souvent par un dispositif de filtrage
Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs,
sont des 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 de 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.
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
• Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension
alternative sinusoïdale quelque soit la charge
Redressement monophasé
non commandé
Ve Vs
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)
.sin(
2
.
V
(t)
V eff
e ω.t

Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation :
Veff : tension efficace (V) ω = 2.π.f = 314 rd/s
ω : la pulsation (rd/s)
Rappels
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Ve(t)
Source
i
Uc
ic
R
Charge
D
C.S
VD
Montage d’un redresseur monophasé
alimentant une charge résistive.
On envisage une structure comportant une
source sinusoïdale et une diode pour atteindre
une charge résistive. On distingue alors les trois
blocs précédemment définis: une source, un
commutateur et la charge.
Débit sur une charge résistive R
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(rad)


0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax

2
3π

2
π
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
D
Uc Ve 0
VD Ve
0
Étude du fonctionnement
D
Uc
ic
Ve(t)
i
R
VD
Vmax
UC(t)
VD(t)
iC(t)
Imax
-Vmax
Dés que la tension d’entrée Ve est positive, la diode
devient passante jusqu'à ce que le courant qui la
traverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2.
(rad
)
 

0
2
π
2
3 π
Va
Va(t)
Vmax
a
b
(rad
)
 

0 2
π
2
3 π
Vb
Vb(t)
Vmax
À partir de l’instant (π), la diode est bloquée. Par
conséquent, la tension aux bornes de la charge
résistive est nulle:
iC 0
Ve/R
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  d θ
sin θ
V
2 π
1
dt
t
U
T
1
U
π
0
max
T
0
c
cmoy 
 

π
V
U max
cmoy 
  






d
d 






0
2
max
2
π
0
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2
cos
1
2
V
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U
2
V
U max
ceff 
La tension moyenne de Uc :

2
3π

2
π
(rad)
Vmax
UC(t)
VD(t)
iC(t)
Imax
-Vmax
La tension efficace de Uc :
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax












0
Uc(t)
2
Pour
)
sin(
V
V
Uc(t)
2
0
Pour max
T
t
T
t
e
T
t 
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 10
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Le courant moyen ic(t) : πR
V
I max
cmoy 
πR
V
I
I max
cmoy
Dmoy 


2
3π

2
π
(rad)
Vmax
UC(t)
VD(t)
iC(t)
Imax
-Vmax
Le courant moyen iD(t) :
La valeur moyenne du courant ic(t) est donc:

 




2
T
0
max
T
C
Cmoy
C t)dt
sin(
R
T
1
(t)dt
i
T
1
(t)
i V
I 
La présence de la diode impose que le courant ait un signe constant.
La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la
charge résistive.
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Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :
Source
Ve(t)
i
C.S
D
VD
Uc
ic
R
Charge
E
Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 12
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Imax
D
Uc Ve E
Vmax
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
E
 
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
E
 
La durée de conduction
La durée de conduction
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
 
E
E
La durée de conduction
variée suivant la valeur de E
La durée de conduction
variée suivant la valeur de E
iC(t)
UC(t)
1 : angle d’ouverture.
Avec :
 2 : angle d’extinction (fermeture).
 =( 2- 1 ) durée d’utilisation
ic (Ve-E)/R 0
0
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E
ωt
sin
V 1
max  max
1
V
E
sin
1
t Arc


 










 












d
E.
d
.
sin
2
1
dt
U
T
1
U
1
1
2
1
max
0
c
cmoy V
t
T
 
1
1
max
cmoy
cmoy 2Eθ
cosθ
2V
R
2
1
R
E
U
I 



π
max
1
V
E
sin
Arc


La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen ic(t) :
1
2 t
2
T
t 

1
2 

 

 
 
1
1
max
cmoy 2
E
cos
2V
2
1
U 






Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
E
 
Vmax
E
UC(t)
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 14
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Uc
ic
Ve(t)
Source
i
R
D
Charge
C.S
VD
L
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive et
résistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous:
Débit sur une charge inductive (R-L)
Étude du fonctionnement
La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entre
la tension Ve et le courant i suite à l’introduction de l’inductance L . A cet effet:
- Le courant i et la tension Ve ne sont plus colinéaire,
- Le courant i s’annule après la tension Ve c.a.d après  (T/2).
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 15
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Uc
ic
Ve(t)
i
R
D
VD
L
Débit sur une charge inductive (R-L)
Étude du fonctionnement
Suivant la définition de la diode, quelle est passante lorsque
la tension entre ses bornes est positive et elle se bloque
lorsque le courant qui la traverse s’annule.
Ainsi, la diode D conduit à partir de =0 (t=0 )et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme pour
une charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que le
courant ne s'annule pas.
Pour cela, on est obligé d'étudier la nature du courant ic.
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 16
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Uc
ic
Ve(t)
i
R
D
VD
L
    t
sin
V
t
Ri
dt
t
di
L max
c
c
ω


La diode D conduit dés que la tension Ve est positive.
Pour le courant ic(t), on assiste à un régime transitoire
régit par l’équation différentielle suivante:
La résolution de l’équation différentielle est: ic(t)=icH(t)+icp(t):
icH(t) est le courant homogène icP(t) est le courant particulier
0
Ri
dt
L cH
cH
di 

Le courant homogène:
R
L
τ  Constante du temps électrique
e τ
t
cH K.
(t)
i


Avec:

Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 17
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Le courant particulier
Ve
R.I
I
.
j.L cp
cp 


 






















R
L ω
L ω
R
Z
Z
Ve
.
I
:
Avec
j.L ω
R
Ve
I
tg
1
2
2
cp
cp

e
cp
cp
V
Ri
dt
L
di 

En régime permanent:
  Ve
j.L
R
.
Icp 
 


Le courant générale est:
)
t
sin(
V
(t)
i
max
cp 
 

Z
Ainsi:
)
t
sin(
Z
V
K.
(t)
i
(t)
i
(t)
i
max
τ
t
cp
cH
c
e 
 





Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 18
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régime
permanent faisant apparaître le déphasage  du courant sur la tension. Le courant ne s’annule
pas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). La diode est alors en conduction forcée si
bien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic.
Condition initiale
à: 0
(o)
i
0
t c 

  )
sin(
Z
V
K
max



0
)
sin(
Z
V
K
max

  
l’expression générale iC(t) est:









)
.sin(
-
)
t
sin(
Z
V
(t)
i e τ
t
max
c 


La diode se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose la
continuité du courant dans la charge.
Le courant générale est: )
t
sin(
Z
V
K.
(t)
i
(t)
i
(t)
i
max
τ
t
cp
cH
c
e 
 





Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 19
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax



2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
V(O)
UC(t)
iC(t)
D
Uc Ve 0
Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L.
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
Uc
ic
Ve(t)
i
R
D
VD
L
Uc
ic
Ve(t)
i
R
D
VD
L
 = 0 , iC(t)=0, la diode s’arrête de conduire
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 20
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax



2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
V(O)
UC(t)
iC(t)
D
Uc Ve 0
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
VD Ve
0 Tension aux bornes de la diode
-Vmax
VD(t)
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 21


2
π
2
3π
0
(rad)
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
V(O)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
Ve(t)<0 la diode est
toujours passante tant
que le courant ic n’est
pas redevenu nul
Uc=Ve<0, Vd=0
Ve(t)<0 la diode est
toujours passante tant
que le courant ic n’est
pas redevenu nul
Uc=Ve<0, Vd=0
Ve(t)>0 la diode
est passante
Uc=Ve, Vd=0
Ve(t)>0 la diode
est passante
Uc=Ve, Vd=0
A o ic =0
V e(t)<0 la diode se
bloque
Uc=Ve<0 et Vd=0
A o ic =0
V e(t)<0 la diode se
bloque
Uc=Ve<0 et Vd=0
    













 sin
.
e
t
sin
Z
V
t
i
t
L
R
max
C
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 22
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene


2
π
2
3π
0
(rad)
(rad)
V(O)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
P>0 P<0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)<0 et ic(t)>0
donc P(t)<0
Uc(t)<0 et ic(t)>0
donc P(t)<0
Onduleur assisté
Onduleur assisté
Redresseur
Redresseur
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 23
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  



d
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U
0
0
max
T
0
c
cmoy 
 

 
0
max
cmoy cos
1
2π
V
U 


  






d
d 






0
0
0
2
max
2
0
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2
cos
1
2π
V
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U 

 0
0
max
ceff
2
sin
2
/
1
2
V
U


La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen ic(t) :
La tension efficace de Uc :
dt
di
L
R.i
U
C
C
C 
 moy
C
Cmoy
Cmoy )
dt
di
L(
R.i
U 

0
Cmoy
Cmoy R.i
U 
 
0
max
cmoy cos
1
R
2
V
I 


π
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 24
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene



2
π
2
3π
0
(rad)
V(O)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
D
Uc Ve
Ve 0
 
0
max
cmoy cos
1
2π
V
U 


La tension moyenne de Uc :
On constate que cette surface qui est
négative va diminuer la valeur moyenne de Uc
On constate que cette surface qui est
négative va diminuer la valeur moyenne de Uc
les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant en
partie négative, sa valeur moyenne est diminuée par rapport au cas d'une charge résistive.
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 comme le montre le schéma suivant :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 25
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive avec diode roue libre
Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre
Uc
ic
Ve(t)
Source
i
R
D
Charge
C.S
VD
L
On constate que les cathodes des deux diodes D et Dr sont reliées au même point (K).
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
K
Ainsi, dans ce type de montage (à cathodes communes). On dit qu’une diode
est passante lorsque la tension entre ses bornes est plus positive que les
autres.
Dr
iDr
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 26
•Représentation des signaux d’entrée
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Durant l’alternance positive de la tension Ve, la diode D est
passante et la diode Dr est bloquée.
Le comportement du montage est connu.
Dés que Ve s’annule, la diode D se bloque car la diode Dr prend
le relais de la conduction du courant ic dans la charge.
Etude du fonctionnement
Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie
emmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R et
le courant ic décroît et s’annule en θ0.
Uc
ic1
Ve(t)
i
R
D
VD
L
Uc
ic2
R
L
Dr
iDr
L’annulation du courant caractérise un fonctionnement en conduction discontinue.
Si l’énergie est suffisante, le courant ne s’annule pas, c’est la conduction continue.
Diode de roue libre :
Elle est installée en parallèle inverse sur la charge, de nature inductive. Elle a double rôle :
•D’imposer un signe constant à la tension. Quand la diode est bloquée, la charge est alimentée
par la source; quand la diode est passante; le courant dans la charge se boucle par la diode.
La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique ;
•D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge.
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 27
•Représentation des signaux d’entrée
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
    t
sin
V
dt
t
di
L
t
Ri max
C
C 


   
t
L
R
max
0
max
C e
sin
Z
V
i
sin
Z
V
t
i










 

t
2
T
t  )
2
T
(
L
R
max
0
)
2
T
(
L
R
max
C sin
Z
V
i
sin
Z
V
2
T
i

















e
e 

A l’instant
on a :
T
t
2
T


    0
t
Ri
dt
t
di
L C
C


D bloquée et Dr passante: Uc(t)=0 et VD(t)=Ve(t).
 














 2
T
t
L
R
C
C e
2
T
i
t
i
2
T
L
R
max
0
2
T
L
R
max
2
T
L
R
C
0 e
sin
Z
V
i
e
sin
Z
V
e
2
T
i
i


















 

 
T
L
R
T
L
R
2
T
L
R
max
0
e
1
e
e
sin
Z
V
i





   
T
L
R
2
T
L
R
max
C
e
1
e
1
s
Z
V
2
T
i












in
Débit sur une charge inductive avec diode roue libre
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 28
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL avec diode roue libre.
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax



2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
D1
Uc 0
Ve 0
Dr
Uc
ic
Ve(t)
i
R
D
VD
L
Uc
ic
R
L
Dr
iDr
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Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene


2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
Ve(t)<0 la diode Dr rentre en
conduction et la diode D se
bloque
Uc=0 et Vd=-Ve
Ve(t)<0 la diode Dr rentre en
conduction et la diode D se
bloque
Uc=0 et Vd=-Ve
Ve(t)>0 la diode
D est passante
Uc=Ve, Vd=0
Ve(t)>0 la diode
D est passante
Uc=Ve, Vd=0
A o ic =0 la diode
roue libre Dr s’arrête de
conduire (se bloque)
Uc=0 et Vd=-Ve
A o ic =0 la diode
roue libre Dr s’arrête de
conduire (se bloque)
Uc=0 et Vd=-Ve
Phase de roue libre: La durée de
dissipation de toute l’énergie
stockée dans l’inductance
Phase de roue libre: La durée de
dissipation de toute l’énergie
stockée dans l’inductance
    













 sin
.
e
sin
Z
V
t
i
t
L
R
max
C t
iDr(t)
iD(t)
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 30
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene


2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
P>0 P=0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)=0 et ic(t)>0
donc P(t)=0
Uc(t)=0 et ic(t)>0
donc P(t)=0
Phase de roue libre
Phase de roue libre
Redresseur
Redresseur
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 31
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Montage d’un redresseur monophasé à point milieu
Ve1
Ve2
Uc
ic
R
Tr
V1
i1
VD1
D1
ie1
D2
VD2
ie2
Le montage redresseur à diodes est constitué de deux diodes connectées en sortie d'un
transformateur à point milieu:
2- Commutation parallèle simple - P2 à diodes
A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu
deux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de :
Ve1(t) = Vmax sin t
Ve2(t) = Vmax sin (t + )
Ve2(t) = - Ve2 (t)
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 32
2
π
(rad)
 
0
2
3 π
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve(t)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Uc
ic
D
2
Ve2
R
VD2
Tr
V1
i1
+ ie2
Uc
ic
VD1
Ve1
R
D1
+
i1
V1
Tr
ie1
Ve1
Vmax
Ve2
Vmax
iC(t)
UC(t)
D1
Uc Ve1 Ve2
iC Ve2/R
Ve1/R
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
D2
Imax
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 33
 
0
2
π
2
3π
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Ve(t)
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Vmax
Ve2
VD1(t)
VD1 2Ve
0
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve(t)
Vmax
Ve2
D1
Uc Ve1 Ve2
iC Ve2/R
Ve1/R
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
D2
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
-2Vmax
Tension aux bornes de la diode
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 34
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
π
2V
U max
cmoy 
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
 
π
2V
cos
π
V
.d
sin
.
V
π
1
(t)dt
U
T
1
U max
π
0
max
0
max
T
C
moy
U 






 
 



c
      






d
d 






0
2
max
2
0
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2
cos
1
π
V
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
V
U max
ceff 
π.R
2V
I max
cmoy 
R
V
2
1
I max
ceff 
Ceff
Ceff R.i
U 
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-2Vmax
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 35
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
L
Uc
ic
D2
VD1
Ve1
Ve2
R
D1
Tr
V1
i1
ie1
ie2
Débit sur une charge inductive (R-L)
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 36
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeurs
Icmin et Icmax et l’écart iC(t) on le nomme ondulation du courant.
Le rôle du redresseur est d’avoir un courant redressé iCmoy constant . Par contre
d’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépend
fortement de la constante du temps électrique  (=R/L).
Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro, il faut augmenter la
valeur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse et
constant.
iC(t)
Imax
Imin
iC(t)
T
2
π
2
3π
0
π 2π
iC(t)
(rad)

iCmoy
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 37
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
 
0
2
π
2
3π
(rad)
Ve(t)
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Vmax
Ve2
VD1(t)
VD1 2Ve
0
-2Vmax
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve(t)
Vmax
Ve2
D1
Uc Ve1 Ve2
iC Icmoy
Icmoy
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
D2
Vmax
iC(t)
UC(t)
Icmoy
Icmoy
ID1 0
Icmoy
iD1(t)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 38
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
π
2V
U max
cmoy 
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
 
π
2V
cos
π
V
.d
sin
.
V
π
1
(t)dt
U
T
1
U max
π
0
max
0
max
T
C
moy
U 






 
 



c
      






d
d 






0
2
max
2
0
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2
cos
1
π
V
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
V
U max
ceff 
π.R
2V
I max
cmoy 
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-2Vmax
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 39
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Le pont de Graëtz est constitué de quatre diodes montées en parallèle deux par deux.
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive
Commutation parallèle double - PD2 à diodes
K
A
D1 D2
D4 D3
Tr
VD1
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
Source
i
R
Charge
C.S
Ainsi, dans ce type de montage:
A cathodes communes, on dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornes
est plus positive que les autres.
A anodes communes, on dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornes
est plus négative que les autres.
Les diodes D1 et D2 sont à cathodes communes (sont reliées au même point K).
et les diodes D3 et D4 sont à anodes communes (sont reliées au même point A).
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 40
 
0
2
π
2
3π
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
0
D1 , D3
Uc Ve -Ve
ic -Ve/R
D2 , D4
Vmax
UC(t)
iC(t)
Imax
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
D2
D4
Tr
iD2
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
i
R
iD4
+
D1
D3
Tr
VD1
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
i
R
iD1
iD3
+
Ve/R
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 41
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
0
VD1 Ve
0
Uc Ve -Ve
D1 , D3
D2 , D4
Tension aux bornes de la diode
 
0
2
π
2
3π
(rad)
VD1(t)
-Vmax
(rad)
 
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
0
D1 , D3
Uc Ve -Ve
ic -Ve/R
D2 , D4
 
0
2
π
2
3π
(rad)
Vmax UC(t)
iC(t)
Imax
Ve/R
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 42
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
π
2V
U max
cmoy 
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
 
π
2V
cos
π
V
.d
sin
.
V
π
1
(t)dt
U
T
1
U max
π
0
max
0
max
T
C
cmoy
c
U 






 
 



      






d
d 






0
2
max
2
0
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2
cos
1
π
V
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
V
U max
ceff 
π.R
2V
I max
cmoy 
R
V
2
1
I max
ceff 
Ceff
Ceff R.i
U 
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 43
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
Uc
Charge
ic
L
R
D1 D2
D4 D3
Tr
VD1
V1
i1
Ve(t)
Source
i
C.S
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 44
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
 
0
2
π
2
3π
(rad)
(rad)
 
2
π
2
3 π
Ve
Ve(t)
Vmax
0
D1 , D3
Uc Ve -Ve
ic Icmoy
D2 , D4
Vmax
UC(t)
iC(t)
Imax
Etat des diodes
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Icmoy
VD1 Ve
0
Uc Ve -Ve
D1 , D3
D2 , D4
Tension aux bornes de la diode
 
0
2
π
2
3π
(rad)
VD1(t)
-Vmax
Uc
ic
L
R
D1
D3
VD1
Ve(t)
i
C.S Uc
ic
L
R
D1 D2
D4 D3
Ve(t)
i
C.S
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 45
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
π
2V
U max
cmoy 
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
 
π
2V
cos
π
V
.d
sin
.
V
π
1
(t)dt
U
T
1
U max
π
0
max
0
max
T
C
cmoy
c
U 






 
 



      






d
d 






0
2
max
2
0
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2
cos
1
π
V
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
V
U max
ceff 
π.R
2V
I max
cmoy 
La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 46
USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique
Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE
http://www.usthb.dz
REDRESSEMENT COMMANDÉ MONOPHASÉS
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 3
Commutation simple alternance à thyristor
Commutation parallèle double - PD2 Mixte
PLAN DE TRAVAIL
PLAN DE TRAVAIL
Conclusion
Commutation parallèle simple - P2 à thyristors
1
4
2
5
Commutation parallèle double - PD2 à thyristors
3
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 4
Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent de faire
varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension
continue de sortie. De plus, ils sont réversibles, c'est-à dire que la puissance
ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu.
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Les montages redresseurs sont des convertisseurs de l'électronique de
puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu.
Alimentés par une source de tension alternative monophasée, ils permettent
d'alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie.
On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors que
l'énergie électrique est disponible en alternatif. Les redresseurs ont un très
vaste domaine d'applications.
Un montage redresseur comporte :
Une source monophasée.
Des composants redresseurs (Thyristor).
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 5
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
• Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension
alternative sinusoïdale quelque soit la charge
Redressement monophasé
commandé
Ve Vs
Commande
Th
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 6
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 7
)
.sin(
2
.
V
(t)
V eff
e ω.t

Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation :
Veff : tension efficace (V) ω = 2.π.f = 314 rd/s
ω : la pulsation (rd/s)
Rappels
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Ve(t)
Source
i
Uc
ic
R
Charge
Montage d’un redresseur commandé
monophasé alimentant une charge résistive.
On envisage une structure comportant une
source sinusoïdale et un thyristor pour atteindre
une charge résistive. On distingue alors les trois
blocs précédemment définis: une source, un
commutateur et la charge.
Débit sur une charge résistive R
C.S
VTh
Th
iG
Commutation simple alternance à thyristor
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 8
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Étude du fonctionnement
Th
Uc
ic
Ve(t)
i
R
VTh
(rad)

2
3π

2
π
Vmax
VTh(t)
iC(t)
Imax
-Vmax
Dés que la tension d’entrée Ve est positive et un amorçage
de thyristor en agissant sur sa gâchette (iG≠0) à l’instant
, ce dernier devient passant jusqu'à ce que le courant qui le
traverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2.
(rad
)
 

0
2
π
2
3 π
Va
Va()
Vmax
a
b
(rad
)
 

0 2
π
2
3 π
Vb
Vb()
Vmax
À partir de l’instant (π), le thyristor est bloqué. Par
conséquent, la tension aux bornes de la charge résistive est
nulle:
UC(t)
Comme la charge est résistive, le courant et la tension
sont en phase.

ic Ve/R 0
0
Th
Uc Ve 0
VTh Ve
0
0
Ve
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 9
(rad)

(rad)


0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)

2
3π

2
π
Vmax
UC(t)

 
   

















2
,
,
0
Pour
0
α,
Pour
sin
V
e
V
Uc(t)
max


 






















2
0
si
0
si
R
sin
V
t
i
max
c
La tension Uc(t) :
Le courant ic(t) :
La tension VTh(t) :
(rad)

2
3π

2
π
V(α)
VTh(t)
-Vmax



(rad)

2
3π

2
π
iC(t)
Imax
 
   















,2
,
0
Pour
e
V
α,
Pour
0
(t)
VTh
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 10
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  d θ
sin θ
V
2 π
1
dt
t
U
T
1
U
π
max
T
c
cmoy 
 



 

cos
1
2π
V
U max
cmoy 

  dθ
2
2
cos
1
2
V
dθ
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
π
2
max
T
0
2
c
2
ceff 













La tension moyenne de Uc :
La tension efficace de Uc :
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax

(rad)

2
3π

2
π
Vmax
VTh(t)
iC(t)
Imax
-Vmax
UC(t)

 
   










0
Uc(t)
,2
,
0
Pour
sin
V
e
V
Uc(t)
α,
Pour max










La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle
de retard à l’amorçage .




2
2
sin
2
2
2
V
U max
ceff



Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 11
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Le courant moyen ic(t) :

 






 )dθ
sin(
I
T
1
(t)dt
i
T
1
(t)
i max
T
C
Cmoy
C
I
La présence de thyristor impose que le courant ait un signe constant.
La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la charge
résistive.
(rad)

2
3π

2
π
Vmax
VTh(t)
iC(t)
Imax
-Vmax
UC(t)


 

cos
1
.R
2
V
I max
cmoy 

π
R
U
I cmoy
cmoy 




2
2
sin
2
2
2R
V
R
U
i max
ceff
ceff




Le courant efficace ic(t) :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 12
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :
Ve(t)
Source
E
Uc
ic
R
Charge
Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie
i
C.S
VTh
Th
iG
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 13
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
La durée de conduction variée
suivant la valeur de E
Et suivant l’angle d’amorçage α
La durée de conduction variée
suivant la valeur de E
Et suivant l’angle d’amorçage α
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
E
 
E

La durée de conduction
La durée de conduction
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
α 
(rad)

α: angle d’ouverture.
Avec :
 2 : angle d’extinction (fermeture).
 =( 2 - α) durée d’utilisation


(rad)

(rad)

(rad)

Imax
Vmax
E
iC(t)
UC(t)
Ve
E E
Th
Uc Ve E
E
ic (Ve-E)/R 0
0
α < 1
α = 1
α > 1
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 14
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
E
sin
V 1
max 
t
 max
1
V
E
sin
1
t Arc


max
1
V
E
sin
Arc


Le courant moyen ic(t) :
1
2 t
2
T
t 

1
2 

 

Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :
 










 



dθ
E
dθ
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
T
0
c
cmoy
2
2 






 
2
2
max
cmoy 2
2π
E
)
cos
(cos
2π
V
U 



 




 
2
2
max
cmoy
cmoy
R
2
E
)
cos
(cos
R
2
V
R
E
U
i 











Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 15
La tension moyenne de Uc :
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Vmax
E
 
(rad)
 
Ve
E E
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
La tension efficace de Uc :
Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :
 










 



dθ
E
dθ
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U
2
2
2
2
max
T
0
2
c
2
ceff
2
2 






     
2
2
2
2
max
2
2
max
2
ceff 2
2
E
2
sin
2
sin
8
V
4
V
U 
















1
maxsinθ
V
E 
  




 





 1
2
2
2
2
max
ceff sin
2
2
sin
2
sin
4
1
2
2
V
U 










Comme
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
E
 
(rad)
 
Ve
E E
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 16
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Le courant efficace ic(t) :
E
sin
V 1
max 
t
 max
1
V
E
sin
1
t Arc


max
1
V
E
sin
Arc


1
2 t
2
T
t 

1
2 

 

Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :
  dθ
R
E
sin θ
V
2
1
dt
t
i
T
1
i
2 2
max
T
0
2
c
2
ceff 
 




 





       












 








2
2
2
max
2
2
max
2
2
max
2
2
ceff E
cos
cos
E
2V
2
sin
2
sin
4
V
2
V
R
2
1
i
      




 






 1
2
2
2
1
2
2
max
ceff sin
cos
cos
sin
2
2
sin
2
sin
4
1
2
1
R
2
V
i 













1
maxsinθ
V
E 
Comme
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
E
 
(rad)
 
E
Imax
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 17
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Ve(t)
Source
i
L
Montage d’un redresseur monophasé
alimentant une charge inductive
En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive et
résistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous:
Uc
ic
R
Charge
Débit sur une charge inductive (R-L)
Étude du fonctionnement
La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entre
la tension Ve et le courant i suite à l’introduction de l’inductance L . A cet effet:
- Le courant i et la tension Ve ne sont plus colinéaire,
- Le courant i s’annule après la tension Ve c.a.d après  (T/2).
C.S
VTh
Th
iG
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 18
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
Suivant la définition de thyristor, il est passant lorsque la
tension entre ses bornes est positive plus un amorçage au
niveau de sa gâchette et il se bloque lorsque le courant qui
le traverse s’annule.
Ainsi, le thyristor Th conduit à partir de = α (t=t0) et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme
avec une charge purement résistive. De ce fait, le thyristor est toujours passant et la tension
devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas.
Pour cela, on est obligé d'étudier la nature du courant ic.
Uc
ic
Ve(t)
i
R
L
VTh
Th
iG
Étude du fonctionnement
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 19
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Th
VTh
L
    t
sin
V
t
Ri
dt
t
di
L max
c
c
ω


Le thyristor Th conduit dés que la tension Ve est positive
et un amorçage au niveau de sa gâchette (iG≠0).
Pour le courant ic(t), on assiste à un régime transitoire
régit par l’équation différentielle suivante:
La résolution de l’équation différentielle est: ic(t)=icH(t)+icp(t):
icH(t) est le courant homogène icP(t) est le courant particulier
0
Ri
dt
L cH
cH
di 

Le courant homogène:
R
L
τ  Constante du temps électrique
e τ
t
cH K.
(t)
i


Avec:
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 20
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Le courant particulier
Ve
R.I
I
.
j.L cp
cp 


 






















R
L ω
L ω
R
Z
Z
Ve
.
I
:
Avec
j.L ω
R
Ve
I
tg
1
2
2
cp
cp

e
cp
cp
V
Ri
dt
L
di 

En régime permanent:
  Ve
j.L
R
.
Icp 
 
Le courant générale est:
)
t
sin(
V
(t)
i
max
cp 
 

Z
Ainsi:
)
t
sin(
Z
V
K.
(t)
i
(t)
i
(t)
i
max
τ
t
cp
cH
c
e 
 





Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 21
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régime
permanent faisant apparaître le déphasage  du courant sur la tension. Le courant ne s’annule
pas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). Le thyristor est alors en conduction forcée si
bien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic.
Condition initiale
à: 0
)
(
ic 

 


l’expression générale iC(t) est:











e L
)
(
max
c ).
sin(
-
)
t
sin(
Z
V
(t)
i 






t
R
Le thyristor se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose la
continuité du courant dans la charge.
Le courant générale est: )
t
sin(
Z
V
K.
(t)
i
(t)
i
(t)
i
max
τ
t
cp
cH
c
e 
 





0
)
sin(
Z
V
K.
max
τ.
e 







eL
max
).
sin(
Z
V
K 



R



D’où :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 22



2
π
2
3π
0
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
Th
Uc Ve 0
Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L.
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Th
Vth
L
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Th
Vth
L

Vmax
Imax
V(O)
UC(t)
iC(t)
(rad)

α
0
à  = 0 , iC(t)=0, le thyristor s’arrête de conduire
Supposons
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 23


2
π
2
3π
0
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
VTh Ve
0
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
V(O)
-Vmax
VTh(t)
Th
Uc Ve 0
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Tension aux bornes de thyristor
(rad)



Ve
UC(t)
Vmax
0
V(α)
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 24
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene


2
π
2
3π
0
V(O)
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
(rad)

Ve(t)<0 le thyristor Th est
toujours passant , ic ≠0 Uc= Ve
et Vth=0
Ve(t)<0 le thyristor Th est
toujours passant , ic ≠0 Uc= Ve
et Vth=0
Ve(t)>0 le thyristor Th est
passant Uc=Ve, Vth=0
Ve(t)>0 le thyristor Th est
passant Uc=Ve, Vth=0
A o ic =0 le thyristor Th
s’arrête de conduire (se
bloque) Uc=0 et Vth=-Ve
A o ic =0 le thyristor Th
s’arrête de conduire (se
bloque) Uc=0 et Vth=-Ve
iTh(t)
α
iC(t)
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 25











e L
)
(
max
c ).
sin(
-
)
t
sin(
Z
V
(t)
i 






t
R
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
Imax


2
π
2
3π
0
V(O)

Vmax
UC(t)
(rad)

iTh(t)
α
iC(t)
P>0 P<0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)<0 et ic(t)>0
donc P(t)<0
Uc(t)<0 et ic(t)>0
donc P(t)<0
Onduleur assisté
Onduleur assisté
Redresseur
Redresseur
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 26
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen ic(t) :
La tension efficace de Uc :
dt
di
L
R.i
U
C
C
C 
 moy
C
Cmoy
Cmoy )
dt
di
L(
R.i
U 

0
Cmoy
Cmoy R.i
U 
    




d
sin
V
2π
1
dt
t
U
T
1
U
0
α
max
T
0
c
cmoy 




  

 cos
cos
2π
V
U max
cmoy 

 

 cos
cos
R
2
V
I max
cmoy 

π
      









d









2
2
cos
1
2π
V
d
sin
V
2π
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
2
max
T
0
2
c
2
ceff
 







2
sin
2
sin
2
1
2
V
U max
ceff 




Dr.F.BOUCHAFAA
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 27



2
π
2
3π
0
(rad)
Th
Uc Ve
Ve 0

Vmax
Imax
V(O)
UC(t)
iC(t)
(rad)

0
α
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
La tension moyenne de Uc :
les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant en
partie négative, sa valeur moyenne est diminuée par rapport au cas d'une charge résistive.
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 semi conducteurs sont alors placées en
cathodes communes comme le montre le schéma suivant :
 

 cos
cos
2π
V
U max
cmoy 

On constate que cette surface qui est
négative va diminuer la valeur moyenne de Uc
On constate que cette surface qui est
négative va diminuer la valeur moyenne de Uc
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 28
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive avec diode roue libre
Uc
Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre
Charge
ic
R
L
On constate que les cathodes de thyristor Th et la diode roue libre Dr sont reliées au
même point (K).
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax
K
C.S
VTh
Th
iG
(rad)

Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 29
Ve(t)
Source
i
Dr
iDr
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Durant l’alternance positive de la tension Ve, le thyristor Th est
passant et la diode Dr est bloquée.
Le comportement du montage est connu.
Dés que Ve s’annule, le thyristor Th se bloque car la diode Dr
prend le relais de la conduction du courant ic1 dans la charge.
Etude du fonctionnement
Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie
emmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R et
le courant ic2 décroît et s’annule en θ0.
Uc
ic2
R
L
Dr
iDr
L’annulation du courant caractérise un fonctionnement en conduction discontinue.
Si l’énergie est suffisante, le courant ne s’annule pas, c’est la conduction continue.
Diode de roue libre :
Elle est installée en parallèle inverse sur la charge, de nature inductive. Elle a double rôle :
•D’imposer un signe constant à la tension. Quand le thyristor est passant, la charge est
alimentée par la source; quand le thyristor est bloqué; le courant dans la charge se boucle par la
diode. La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique.
•D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge.
Uc
ic1
Ve(t)
i
R
Th
VTh
L
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 30
•Représentation des signaux d’entrée
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
    t

sin
V
dt
t
di
L
t
Ri max
C
C 

   
t
L
R
max
0
max
C sin
Z
V
i
t
sin
Z
V
t
i










 e



2
T
t  )
2
T
(
L
R
max
0
)
2
T
(
L
R
max
C sin
Z
V
i
sin
Z
V
2
T
i

















e
e 

A l’instant
on a :
T
t
2
T


    0
t
Ri
dt
t
di
L C
C


Th bloqué et Dr passante: Uc(t)=0 et Vth(t)=Ve(t).  














 2
T
t
L
R
C
C e
2
T
i
t
i
2
T
L
R
max
0
2
T
L
R
max
2
T
L
R
C
0 sin
Z
V
i
sin
Z
V
2
T
i
i


















 e
e
e 

 
T
L
R
T
L
R
2
T
L
R
max
0
1
sin
Z
V
i






e
e
e
  
T
L
R
2
T
L
R
max
C
1
1
sin
Z
V
2
T
i











e
e

Débit sur une charge inductive avec diode roue libre
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 31
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve
Ve()
Vmax



2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
Th
Uc 0
Ve 0
Dr
Uc
ic2
R
L
Dr
iDr
Uc
ic1
Ve(t)
i
R
Th
VTh
L
(rad)

α
0
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 32
Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL avec diode roue libre.
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene


2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
Ve(t)<0 la diode Dr rentre en
conduction et le thyristor Th se
bloque Uc=0 et Vth=-Ve
Ve(t)<0 la diode Dr rentre en
conduction et le thyristor Th se
bloque Uc=0 et Vth=-Ve
Ve(t)>0 et iG≠0, le thyristor Th
est passant Uc=Ve, Vth=0
Ve(t)>0 et iG≠0, le thyristor Th
est passant Uc=Ve, Vth=0
A o ic =0 la diode roue
libre Dr s’arrête de conduire (se
bloque) Uc=0 et Vth=-Ve
A o ic =0 la diode roue
libre Dr s’arrête de conduire (se
bloque) Uc=0 et Vth=-Ve
Phase de roue libre: La durée de
dissipation de toute l’énergie
stockée dans l’inductance
Phase de roue libre: La durée de
dissipation de toute l’énergie
stockée dans l’inductance
iDr(t)
iTh(t)
(rad)

α
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 33
iC(t)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene


2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
(rad)

α
P>0 P=0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)=0 et ic(t)>0
donc P(t)=0
Uc(t)=0 et ic(t)>0
donc P(t)=0
Phase de roue libre
Phase de roue libre
Redresseur
Redresseur
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 34
P=0
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene



2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
(rad)

α
 

cos
1
2π
V
U max
cmoy 

  dθ
2
2
cos
1
2
V
dθ
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
π
2
max
T
0
2
c
2
ceff 













La tension efficace de Uc :
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax

La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle
de retard à l’amorçage .




2
2
sin
2
2
2
V
U max
ceff



    

 






dθ
sin
V
2
1
dt
t
U
T
1
dt
t
U
T
1
U max
2
T
t
c
T
0
c
cmoy
0
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 35
La tension moyenne de Uc :
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
La valeur moyenne du courant ic(t) est :
La présence de thyristor impose que le courant ait un signe constant.
La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la charge
résistive.
 

cos
1
.R
2
V
I max
cmoy 

π



2
π
2
3π
0
(rad)

Vmax
Imax
UC(t)
iC(t)
(rad)

α
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 36
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Montage d’un redresseur monophasé à point milieu
ie1
Uc
R
ic
Ve1
Ve2
Tr
V1
i1
ie2
Le montage redresseur à diodes est constitué de deux thyristors connectées en sortie d'un
transformateur à point milieu:
Commutation parallèle simple - P2 à thyristors
A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu
deux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de :
Ve1(t) = Vmax sin t
Ve2(t) = Vmax sin (t + )
Ve2(t) = - Ve2 (t)
VTh1
Th1
iG1
VTh2
Th2
iG2
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 37
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Uc
ic
R
ie2
Ve1
Ve2
Tr
V1
i1
ie1
VTh1
Th1
Th2
G2 K2
iG2
iG1
K1
G1
Commande Numérique
RAZ
Vα
Réglage de α
P
(rad)
 +
iG1, iG2
(rad)
 2+
iG1
(rad)
+ 3+
iG2
Commutation parallèle simple - PD2 à thyristors
Synchrone
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 38
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Uc
ic
VTh1
Ve1
R
Th1
+
i1
V1
Tr
ie1
Uc
ic
Th2
Ve2
R
VTh2
Tr
V1
i1
+ ie2
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Uc Ve1 Ve2
iC Ve2/R
Ve1/R
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve1
Vmax
Ve2
Vmax
iC(t)
UC(t)
Th1
Th2
Imax
(rad)
(rad)


+
+
0
0
0
0
Débit sur une charge résistive R
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 39
0
 
2
π
2
3π
(rad)
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Vth1(t)
VTh1 2Ve1
0
-2Vmax
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
(rad)
 
0
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve1
Vmax
Ve2
2
π
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Th1
Uc Ve1 Ve2
iC Ve2/R
Ve1/R
Th2
Imax
(rad)
 +
(rad)
 +
0
0
0
0
Ve(t)
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Vmax
Ve2
(rad)
 +
Ve1
 +
Ve1
V(α)
Uc
ic
VTh1
Ve1
R
Th1
ie1
Tension aux bornes de thyristor
UTh1=Ve1-UC
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 40
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
 π
max
max
T
C
moy
θ
cos
π
V
θ.dθ
sin
.
V
π
1
(t)dt
U
T
1
U U 








 

c
     dθ
2
2
cos
1
π
V
dθ
θ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
2
max
T
0
2
c
2
ceff 












Ceff
Ceff R.i
U 
La tension maximale à supporter par le thristor est: VThmax=-2Vmax
 

cos
1
π
V
U max
cmoy 

 
cosα
1
πR
V
R
U
i max
cmoy
cmoy 






2
2
sin
2
2
2
V
U max
ceff







2
2
sin
2
2
2
R
V
i max
ceff



Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 41
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
L
Uc
ic
Ve1
Ve2
R
Tr
V1
i1
ie1
ie2
Débit sur une charge inductive (R-L)
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
VTh1
Th1 iG1
VTh2
Th2 iG2
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 42
T
2
π
2
3 π
0
π 2π
iC(t)
(rad)
iC(t)
Imax
Imin
iC(t)
iCmoy

D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeurs
Icmin et Icmax et l’écart iC(t) on le nomme ondulation du courant.
Le rôle du redresseur est d’avoir un courant redressé iCmoy constant . Par contre
d’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépend
fortement de la constante du temps électrique  (=R/L).
Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro il faut augmenter la
valeur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse et
constant.
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 43
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
1- Un seul thyristor qui conduit;
2- Un déphasage (φ) entre la tension et le courant
α < φ
α = φ
α > φ
Pour la charge inductive:
-Angle d’amorçage (α)
Deux grandeurs à gérer :
- Le déphasage (φ)
Ainsi:
(rad)
 +
iG2
(rad)
+ 3+
iG2
(rad)
 2+
iG1
π φ
(rad)
 +
iG2
A φ  avec φ > π, ic =0
A φ  avec φ > π, ic =0
φ
φ
φ
Débit discontinu (interrompu φ<α) :
Débit continu (ininterrompu φ=α) :
Pas de débit (φ>α) :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 44

0
2
π
2
3π
(rad)

(rad)
2
π  
0
2
3 π
Th2
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve()
Vmax
Ve2
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit discontinu (φ<α) :
VTh1(t)
VTh1 2Ve
0
Vmax
iC(t)
UC(t)
Icmoy
-2Vmax
iTh1
iTh1(t)
(rad)
 +
Th1
Uc Ve1 Ve2
iC
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Ve2
Icmoy Icmoy Icmoy
Icmoy
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Vmax
Ve2
Ve()
(rad)
 +
Icmoy
V(α)
0
0
Ve
φ
φ
 +
+

Ic=0
Ic=0
Ic=0
Ic=0
0
0
V(φ)
Uc
ic
VTh1
Ve1
R
Th1
ie1
UTh=Ve1-UC
φ
Ve
V(π+α)
φ
2V(φ)
2Ve
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 45
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Uc(t)<0 et ic(t)>0
donc P(t)<0
Uc(t)<0 et ic(t)>0
donc P(t)<0
Redresseur
Redresseur
(rad)
2
π  
0
2
3 π
Vmax iC(t)
UC(t)
Icmoy
 +
φ
φ +

V(φ)
(rad)
P>0
P<0 P=0 P=0
P<0
P>0
Phase de roue libre
Phase de roue libre
Onduleur assistée
Onduleur assistée
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Uc(t)>0 et ic(t)>0
donc P(t)>0
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 46
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit discontinu (interrompu φ<α) :
   dθ
θ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U max
T
0
c
cmoy 








 

 cos
cos
π
V
U max
cmoy 

 

 cos
cos
πR
V
i max
cmoy 

 

 cos
cos
R
2
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 


π
    dθ
2
θ
2
cos
1
π
V
dθ
θ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
2
max
T
0
2
c
2
ceff 















 









 






2
sin
2
sin
2
1
2
V
U max
ceff
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
La tension moyenne de Uc :
La tension efficace de Uc :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 47
Th2
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve()
Vmax
Ve2
(rad)
2
π  
0
2
3 π
Vmax iC(t)
UC(t)
Icmoy
(rad)
 +
+

Th1
Uc Ve1 Ve2
iC
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Ve2
Icmoy Icmoy Icmoy
Ve()
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Vmax
Ve2
(rad)
 +
Débit continu (φ=α) :
 
0
2
π
2
3π
(rad)
VTh1(t)
VTh1 2Ve
0
-2Vmax
Icmoy
iTh1
iTh1(t)
Icmoy
2V(α)
0
0
2Ve
φ
φ
V(φ)
+

Uc
ic
VTh1
Ve1
R
Th1
iTh1
UTh1=Ve1-UC
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 48
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit continu (ininterrompu φ=α) :
   dθ
θ
sin
V
π
1
dt
t
U
T
1
U max
T
0
c
cmoy 








cos
π
2V
U max
cmoy 

cos
πR
2V
R
U
i max
cmoy
cmoy 


cos
πR
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 

      







d









2
2
cos
1
π
V
dθ
θ
sin
V
π
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
2
max
T
0
2
c
2
ceff 2
V
U max
ceff 
La tension efficace de Uc :
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
La tension moyenne de Uc :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 49
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Le pont de Graëtz est constitué de quatre thyristors montées en parallèle deux par deux.
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive
Commutation parallèle double - PD2 à thyristors
K
A
Les thyristors Th1 et Th2 sont à cathodes communes (sont reliées au même point K).
Les thyristors Th3 et Th4 sont à anodes communes (sont reliées au même point A).
Tr
VTh1
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
Source
i
Charge
C.S R
Th2
Th3
Th1
Th4
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 50
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Commutation parallèle double - PD2 à thyristors
Ainsi, dans ce type de montage:
A cathodes communes, on dit qu’un thyristor est passant lorsque la tension entre ses
bornes est plus positive que les autres.
A anodes communes, on dit qu’un thyristor est passant lorsque la tension entre ses bornes
est plus négative que les autres.
K
Th1 Th2
Th4 Th3
Tr
VTh1
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
Source
i
Charge
C.S
A
R
(rad)
 2+
iG1 , iG3
(rad)
 +
iG1’, iG2’
(rad)
+ 3+
iG2 , iG4
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 51
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Th2
Th4
Tr
iTh2
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
i
iTh4
+
R
Th1
Th3
Tr
VTh1
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
i iTh1
iTh3
+
R
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve
Vmax
(rad)
 
0
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
(rad)
 +
(rad)
 +
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Uc Ve -Ve
iC -Ve/R
Ve/R
Th1,Th3
Th2,Th4
0
0
0
0
Débit sur une charge résistive R
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 52
VTh1(t)
 
0
2
π
2
3π
(rad)
-Vmax
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve(t)
Ve
Vmax
(rad)
 +
2
π
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
(rad)
 +
Th1,Th3
Th2,Th4
Uc Ve -Ve
iC -Ve/R
Ve/R
0
0
0
0
+

Tension aux bornes de thyristor
VTh
Uc Ve -Ve
Th1,Th3
Th2,Th4
0
0
Ve
V(α)
(rad)
 
0 2
π
2
3 π
Ve(t)
Ve
Vmax
(rad)
 +
0
V(π+α)
Ve Ve
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 53
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
Ceff
Ceff R.i
U 
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax
 


cos
1
R
2
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 


 

cos
1
π
V
U max
cmoy 

    

 






dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U max
2
T
t
c
T
0
c
cmoy
0
    dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U 2
2
max
2
T
t
2
c
T
0
2
c
2
ceff
0






 

 




 






2
sin
2
2
2
V
U max
ceff





 







2
2
sin
2
2
R
2
V
R
U
i max
ceff
ceff
 


cos
1
R
.
V
R
U
i max
cmoy
cmoy 


Le courant qui traverse un thyristor
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 54
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive
Tr
V1
i1
Ve(t)
i
Th1
Th2
Th4 Th3
C.S
K
A
VTh1
Source
Uc
ic
L
R
Charge
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 55
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
α < φ
α = φ
α > φ
-Angle d’amorçage (α)
Deux grandeurs à gérer :
- Le déphasage (φ)
 +
(rad)
iG2
(rad)
+ 3+
iG2
(rad)
 2+
iG1
π φ
(rad)
 +
iG2
A φ  avec φ > π, ic =0
A φ  avec φ > π, ic =0
φ
φ
φ
Débit discontinu (interrompu φ<α) :
Débit continu (ininterrompu φ=α) :
Pas de débit (φ>α) :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 56
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit continu (ininterrompu φ=α) :
Th3
Th1
VTh1
Tr
V1
i1
Ve(t)
i
Source
K
A
Uc
ic
L
R
Charge
Th2
Th4
Débit sur une charge inductive (R-L)
(rad)
 2+
iG1
π φ
α = φ
(rad)
 +
iG2
φ
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 57
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
2
π  
0
2
3 π
Vmax iC(t)
UC(t)
Icmoy
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve()
Vmax
(rad)
 +
+

Th1,Th3
Uc Ve
iC Icmoy
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
-Ve
-Ve
Icmoy Icmoy
Débit continu (ininterrompu φ=α) :
 
0
2
π
2
3π
(rad)
VTh1(t)
VTh1 2Ve
0
-2Vmax
Icmoy
ITh1
iTh1(t)
Icmoy 0
 +
V(α)
0
Ve
Th2,Th4
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve()
Vmax
(rad)
 +
φ φ
Th3
Th1
VTh1
Ve
Uc
iTh1
L
R
UTh1=(Ve -UC)/2
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 58
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
La tension moyenne de Uc :
Le courant moyen et efficace de ic(t) :
La tension efficace de Uc :
Cmoy
Cmoy R.i
U 
2
V
U max
ceff 
La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VDmax=-Vmax
   dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U max
T
0
c
cmoy 








 cosα
π
2V
U max
cmoy 


cos
R
.
2V
R
U
i max
cmoy
cmoy 

Le Courant qui traverse un thyristor: 

cos
R
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 

     dθ
2
2
cos
1
π
V
dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U
2
max
2
2
max
T
0
2
c
2
ceff 

















Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 59
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
Th1
VTh1
K
A
Uc
ic
L
R
Charge
Th2
Th4
Débit discontinu (interrompu φ<α) :
Tr
V1
i1
Ve(t)
i
Source
Th3
α > φ
(rad)
 +
iG2
φ
(rad)
 2+
iG1
π φ
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 60
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene

0
2
π
2
3π
(rad)

(rad)
2
π  
0
2
3 π
Th2
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Ve()
Vmax
Ve2
Débit discontinu (φ<α) :
VTh1(t)
VTh1 2Ve
0
Vmax
iC(t)
UC(t)
Icmoy
-2Vmax
iTh1
iTh1(t)
(rad)
 +
Th1
Uc Ve1 Ve2
iC
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Ve2
Icmoy Icmoy Icmoy
Icmoy
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve1
Vmax
Ve2
Ve()
(rad)
 +
Icmoy
V(α)
0
0
Ve
φ
φ
 +
+

Ic=0
Ic=0
Ic=0
Ic=0
0
0
V(φ)
φ
Ve
V(π+α)
φ
2V(φ)
2Ve
Th3
Th1
VTh1
Ve
Uc
iTh1
L
R
UTh1=(Ve1-UC)/2
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 61
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit discontinu (interrompu φ<α) :
   dθ
θ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U max
T
0
c
cmoy 







  

 cos
cos
π
V
U max
cmoy 

 

 cos
cos
πR
V
i max
cmoy 

 

 cos
cos
R
2
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 


π
   dθ
θ
sin
V
1
dt
t
U
T
1
U 2
2
max
T
0
2
c
2
ceff 








 









 






2
sin
2
sin
2
1
2
V
U max
ceff
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
La tension moyenne de Uc :
La tension efficace de Uc :
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 62
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Ponts mixtes
Un pont mixte est formé pour moitié avec des thyristors et pour moitié avec des diodes.
Comparé au pont classique tout thyristors, il a comme avantage de demeurer commandé tout en
étant plus robuste, plus économique, (commande plus simple et un meilleur facteur de puissance).
Il a l’inconvénient de ne pas fonctionner en onduleur.
l y a deux montages des ponts mixtes :
Pont mixte asymétrique
Pont mixte symétrique
Th1 Th2
D1 D2
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Th1 D1
Th2 D2
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 63
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Th1 Th2
D1 D2
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Débit sur une charge résistive R
Les deux thyristors ont leurs cathodes soumises au même potentiel.
Le générateur d’impulsions délivre des impulsions décalées d’une demi-période entre elles.
Pont mixte symétrique
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 64
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve
Vmax
2
π
(rad)
 
0
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
(rad)
(rad)


+
+
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Uc Ve -Ve
iC -Ve/R
Ve/R
Th1,Th2 Th1
D1,D2
0
0
0
0
Débit sur une charge résistive R
Th2
Tr
iTh2
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
i
iTh4
+
R
D1
Th1
Tr
VTh1
V1
i1
Uc
ic
Ve(t)
i iTh1
iTh3
+
R
D2
Etat des Diodes
Th2
D2 D1
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 65
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
    

 







d
dt sin
V
1
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U max
2
T
t
c
T
0
c
cmoy
0
 
cos α
1
π
V
U max
cmoy 

 


cos
1
R
V
R
U
i max
cmoy
cmoy 


 


cos
1
R
2
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 


La tension moyenne de Uc :
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
La tension efficace de Uc :
    dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U 2
2
max
2
T
t
2
c
T
0
2
c
2
ceff
0






 







 






2
2
sin
2
2
2
V
U max
ceff





 







2
2
sin
2
2
R
2
V
R
U
i max
ceff
ceff





 







2
2
sin
2
2
2R
V
2
i
i max
ceff
Theff
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 66
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
Th1 Th2
Uc
ic
R
L
D1
D2
Tr
V1
i1
Ve(t)
i
+
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve
Vmax
2
π
(rad)
 
0
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
(rad)
(rad)


+
+
Uc Ve -Ve
iC Icmoy
Icmoy
Th1,Th2 Th1
D1,D2
0
0
Th2
D2 D1
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Etat des Diodes
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 67
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Débit sur une charge inductive (R-L)
    

 







d
dt sin
V
1
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U max
2
T
t
c
T
0
c
cmoy
0
 
cos α
1
π
V
U max
cmoy 

 


cos
1
R
V
R
U
i max
cmoy
cmoy 


 


cos
1
R
2
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 


La tension moyenne de Uc :
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
La tension efficace de Uc :
    dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U 2
2
max
2
T
t
2
c
T
0
2
c
2
ceff
0






 







 






2
2
sin
2
2
2
V
U max
ceff
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 68
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Pont mixte asymétrique
Th1 D1
Th2 D2
Uc
ic
Ve(t)
i
R
Débit sur une charge résistive R
Les deux thyristors ont leurs cathodes soumises à des potentiels différents.
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 69
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve
Vmax
2
π
(rad)
 
0
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
(rad)
(rad)


+
+
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Uc Ve -Ve
iC -Ve/R
Ve/R
Th1,Th2 Th1
D1,D2
0
0
0
0
Débit sur une charge résistive R
Etat des Diodes
Th2
D2 D1
Th2
Th1 D1
D2
Ve(t)
i
Uc
ic
R
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 70
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
    

 







d
dt sin
V
1
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U max
2
T
t
c
T
0
c
cmoy
0
 
cos α
1
π
V
U max
cmoy 

 


cos
1
R
V
R
U
i max
cmoy
cmoy 


 


cos
1
R
2
V
2
i
i max
cmoy
Thmoy 


La tension moyenne de Uc :
Le Courant qui traverse la charge:
Le Courant qui traverse un thyristor:
La tension efficace de Uc :
    dθ
sin
V
1
dt
t
U
T
2
dt
t
U
T
1
U 2
2
max
2
T
t
2
c
T
0
2
c
2
ceff
0






 







 






2
2
sin
2
2
2
V
U max
ceff





 







2
2
sin
2
2
R
2
V
R
U
i max
ceff
ceff





 







2
2
sin
2
2
2R
V
2
i
i max
ceff
Theff
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 71
Th1 D1
Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
Uc
ic
R
L
Th2
D2
Tr
V1
i1
Ve(t)
i
+
Pont mixte asymétrique
(rad)
 
0
2
π
2
3 π
Ve()
Ve
Vmax
2
π
(rad)
 
0
2
3 π
Vmax
iC(t)
UC(t)
Imax
(rad)
(rad)


+
+
Uc Ve -Ve
iC Icmoy
Icmoy
Th1,Th2 Th1
D1,D2
0
0
Th2
D2 D1
Etat des thyristors
Tension aux bornes de la charge
Courant traversant la charge
Etat des Diodes
Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 72
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  • 1. University of Sciences and Technology Houari Boumediene Laboratoiry of Instrumentation (LINS) Algiers – ALGERIA E-mail: fbouchafa@gmail.com USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz ELECTRONIQUE DE PUISSANCE Dr.F.BOUCHAFAA 1
  • 2. PLAN DE TRAVAIL PLAN DE TRAVAIL Les thyristors Les interrupteurs semi conducteurs Applications des convertisseurs statiques Les diodes Les transistors 1 4 6 2 5 Constitution des convertisseurs statiques 3 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA 2
  • 3. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les interrupteurs semi conducteurs Dr.F.BOUCHAFAA 3
  • 4. Dr.F.BOUCHAFAA 4 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Actuellement, on n Actuellement, on n’ ’utilise pratiquement que des composants form utilise pratiquement que des composants formé és de semi s de semi- - conducteurs. conducteurs. Les puissances Les puissances commandables commandables couvrent une large plage. Il existe en effet des couvrent une large plage. Il existe en effet des composants capables supporter composants capables supporter à à l l’é ’état tat OFF OFF des tensions de plusieurs des tensions de plusieurs centaines de centaines de volts volts, et , et à à l l’é ’état tat ON ON des courants de plusieurs des courants de plusieurs milliers d milliers d’ ’amp ampè ères res. . La puissance que peut La puissance que peut « « commander commander » » un tel composant est le produit du courant maximum un tel composant est le produit du courant maximum (qu (qu’ ’il peut supporter il peut supporter à à l l’é ’état conducteur) par la tension maximum (qu tat conducteur) par la tension maximum (qu’ ’il peut supporter il peut supporter à à l l’é ’état tat bloqu bloqué é) . ) . En fait, les composants ne sont pas id En fait, les composants ne sont pas idé éaux et dissipent donc de la puissance sous forme de aux et dissipent donc de la puissance sous forme de chaleur. La puissance qu chaleur. La puissance qu’ ’un composant un composant é électronique de puissance peut dissiper en chaleur est lectronique de puissance peut dissiper en chaleur est cependant tr cependant trè ès inf s infé érieure rieure à à la puissance qu la puissance qu’ ’il peut commander : il ne faut pas confondre les deux il peut commander : il ne faut pas confondre les deux notions. notions.
  • 5. Dr.F.BOUCHAFAA 5 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Commande, Contrôle Système Electrotechnique Energie Energie Système Electronique (Automatique, Informatique Alimentation Information Signal Information Signal
  • 6. Dr.F.BOUCHAFAA 6 Énergie électrique fournie par l’alimentation électrique disponible sur la charge Énergie électrique Les interrupteurs semi conducteurs CONVERTISSEUR SATIQUE Interface Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene I t I t I t I t I t I t I t I t
  • 7. Dr.F.BOUCHAFAA 7 L’Énergie Électrique est disponible soit sous forme: Continue (batterie d’accumulateurs, génératrice à courant continu, cellules photovoltaïques, pile à combustible, …). Alternative (réseau de distribution électrique, alternateurs) La charge peut nécessiter une alimentation en alternatif ou en continu. Il existe donc quatre fonctions de base des convertisseurs statiques. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 8. Dr.F.BOUCHAFAA 8 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les sources et les récepteurs alimentés par les différents convertisseurs d’énergie Source alternative Récepteur alternatif Récepteur continu Source continue Gradateur Redresseur Onduleur Hacheur Action sur la valeur efficace Action sur la valeur moyenne I t I t I t I t I t I t
  • 9. Dr.F.BOUCHAFAA 9 Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source alternative et une charge alimentée en continu, est appelé : Redresseur (Rectifier). A- Conversion Alternatif – Continu (AC/DC): Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 10. Dr.F.BOUCHAFAA 10 B- Conversion Continu – Continu (DC/DC): Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une charge alimentée en continu, est appelé : Hacheur (Chopper). Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 11. Dr.F.BOUCHAFAA 11 C- Conversion Continu – Alternatif (DC/AC): Le convertisseur jouant le rôle d’interface entre une source continue et une charge alimentées suivant le type de charge, ce convertisseur est appelé onduleur autonome ou assisté. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 12. Dr.F.BOUCHAFAA 12 D- Conversion Alternatif – Alternatif (AC/AC): Ces convertisseurs permettent d’obtenir une tension alternative variable de fréquence constante ou variable, à partir d’une source alternative. 2. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative de valeur efficace variable et de fréquence variable inférieure à la fréquence de la source. C’est le cyclo-convertisseur. 1. Soit convertir une tension alternative de valeur efficace fixe en une tension alternative variable. C’est le gradateur Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 13. Dr.F.BOUCHAFAA 13 Un convertisseur statique est dit réversible lorsque l’énergie, peut transiter (en général, être contrôlée) de manière bidirectionnelle, c’est à dire aussi bien dans un sens que dans l’autre. Un convertisseur non réversible transfère l’énergie d’une source vers une charge utilisatrice. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Convertisseur réversible Entrée Sortie Energie Convertisseur Non réversible Entrée Sortie Energie
  • 14. Dr.F.BOUCHAFAA 14 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Applications domestiques Applications industrielles Production et Distribution de l’électricité 1 4 2 Transport 3
  • 15. Dr.F.BOUCHAFAA 15 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene -Alimentation des appareils électroniques (TV, PC, magnétoscopes, …).- Électroménager (aspirateur, réfrigérateur, lave-linge, lave-vaisselle, robots culinaires, …).- Éclairage. - Chauffage.- Appareil électroportatif (perceuse, …).- Actionneurs domotiques (volets roulants, stores électriques, …). Applications domestiques:
  • 16. Dr.F.BOUCHAFAA 16 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene L’utilisation de l’électronique de puissance prend de plus en plus d’importance pour deux raisons principales: Applications domestiques: – Les coûts de fabrication diminuent (facteur primordial dans les domaines de la grande série), – les contraintes sur les niveaux de perturbations et le rendement augmentent.
  • 17. Dr.F.BOUCHAFAA 17 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Pompes, compresseurs. -Variation de vitesse. -Chariots électriques. -Chauffage par induction. Applications industrielles:
  • 18. Dr.F.BOUCHAFAA 18 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene - Grues. - Fours (à arcs, à résistance).- Appareils de soudage.- Électrolyse.- Onduleurs de secours. Applications industrielles:
  • 19. Dr.F.BOUCHAFAA 19 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene – Réseaux de bord d’avion, commande électrique. – Traction électrique (trains, métros, voitures électriques, …). – Propulsion électrique des navires, génération d’électricité à bord des navires. – Génération de l’énergie électrique par des cellules photovoltaïques, les stations spatiales. Transport:
  • 20. Dr.F.BOUCHAFAA 20 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene – Compensateur de puissance réactive et filtrage actif (augmenter le facteur de puissance d’une installation et limiter les harmoniques de courant sur le réseau). – Dispositif de stockage de l’énergie. Les applications les plus puissantes des convertisseurs statiques concernent le transport courant continu - haute tension (CC-HT). Production et Distribution de l’électricité:
  • 21. Dr.F.BOUCHAFAA 21 Applications des convertisseurs statiques: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene A l’aide de la technique IGCT, on peut construire des installations électroniques de puissance plus compactes et de prix plus avantageux, par exemple des stations de convertisseurs pour installations CCHT ou des compensateurs statiques de puissance réactive.
  • 22. Dr.F.BOUCHAFAA 22 nous allons décrire simplement les principales caractéristiques externes des composants. Ils peuvent être classés en trois groupes : 1. Diodes. États fermé ou ouvert contrôlés par le circuit de puissance. 2. Thyristors. Fermé par un signal de commande, mais doit être ouvert par le circuit de puissance. 3. Interrupteurs commandables. à l'ouverture et à la fermeture. Ouverts et fermés par un signal de commande. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene III. Constitution des convertisseurs statiques:
  • 23. Dr.F.BOUCHAFAA 23 · Transistors Bipolaires à Jonctions (Bipolar Junction Transistors - BJTs); · Transistors à effet de champ Metal-Oxyde-Semi conducteur (MOSFETs); · Thyristors commandés à l'ouverture (Gate-Turn-Off Thyristors - GTO Thyristors); · Transistors bipolaires à grille isolée (Insulated Gate Bipolar Transistors - IGBTs); · Thyristors MOS Commandés (MOS-Controlled Thyristors - MCTs). La catégorie des interrupteurs commandables inclut de nombreux types de composants: Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 24. Dr.F.BOUCHAFAA 24 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les diodes de puissance 1. Diodes
  • 25. Dr.F.BOUCHAFAA 25 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • La diode est un composant non linéaire qui ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens Symbole g Symbole gé én né éral ral : : La diode est le semi-conducteur élémentaire constitué par une seule jonction PN et à caractéristique courant – tension non linéaire. En électronique de puissance, la diode est équivalente à un interrupteur unidirectionnel non commandé. 1. Diodes K A A K
  • 26. Dr.F.BOUCHAFAA 26 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes Fonctionnement en inverse Fonctionnement en direct Courant direct maximal d’emploi (IFM) Conductance dynamique (1/RD0) VA Tension de seuil (VD0) Phénomène d’avalanche Irréversible: destruction de la jonction Tension inverse maximale (VRM) Et le courant correspondant (IRM) Caractéristique tension- courant de la diode Courant inverse: qq (µA) VD ID Tension d’avalanche La figure ci dessous décrit la caractéristique statique de la diode iD= f(VD).
  • 27. Dr.F.BOUCHAFAA 27 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes Lorsque la diode est polarisée en direct, elle commence à conduire à partir d’une faible tension de seuil Vseuil directe de l'ordre de 1V. Lorsque la diode est polarisée en inverse, seul un faible courant de fuite négligeable (quelques mA) circule jusqu'à atteindre la tension d'avalanche. En fonctionnement normal, la tension inverse ne doit pas atteindre la tension d'avalanche.
  • 28. Dr.F.BOUCHAFAA 28 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
  • 29. Dr.F.BOUCHAFAA 29 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes a) Faible puissance < 1W b) Puissance moyenne c) Puissance élevée (kW)
  • 30. Dr.F.BOUCHAFAA 30 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
  • 31. Dr.F.BOUCHAFAA 31 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes 4500V/800A press pack and 1700V/1200A module diodes
  • 32. Dr.F.BOUCHAFAA 32 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene États possibles d'une diode à jonction 1. Diodes Quand le circuit dans lequel la diode est placée tend à faire passer un courant dans le sens direct, c.à.d de l’anode «A» vers la cathode «K», la diode est conductrice ou passante. Le courant iAK positif prend une valeur qui lui est imposée par le reste du circuit. Il faut veiller à ce que la valeur moyenne de iAK ne dépasse pas le courant direct moyen tolérable par la diode. • Si VAK > 0 : La diode est passante ( A  + ; K  - ) Équivalente à 1 interrupteur Fermé iAK > 0 VAK> 0 A K Etat passant :
  • 33. Dr.F.BOUCHAFAA 33 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene États possibles d'une diode à jonction 1. Diodes Quand une tension négative aux bornes de la diode tend à faire passer le courant dans le sens indirect, c.à.d de la cathode «K» vers l’anode «A», la diode est bloquée ou isolante. La tension négative ou inverse peut prendre, sous l’effet du reste du circuit, des valeurs élevées. Il faut veiller à ce que la tension inverse reste inférieure à la tension inverse maximale que peut supporter la diode. • Si VAK < 0 : La diode est bloquée ( A  - ; K  + ) Équivalente à 0 interrupteur Ouvert iAK=0 VAK<0 A K Etat bloqué :
  • 34. Dr.F.BOUCHAFAA 34 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1. Diodes
  • 35. Dr.F.BOUCHAFAA 35 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene diodes d'usage général et de puissance •redressement simple alternance •redressement double alternance par pont de diodes •redressement par doubleur de tension •doubleur, tripleur, multiplicateur de tension •protection contre les erreurs de branchement et les inversions accidentelles de polarité •protection contre les surtension ( diode de Zener) •référence de tension en régulation ( diode de Zener ) •circuits logiques simples •obtention d'une faible chute de tension •détection des signaux radios •Thermométrie par diodes ( mesure de température en fonction de la variation de la caractéristique) 1. Diodes
  • 36. Dr.F.BOUCHAFAA 36 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene VD Id - Vz  La tension inverse mesurée à ses bornes est stabilisée a Vz .  La diode zener est utilisé en stabilisateur de tension Diode zener Id VD Vs VE RL R 1. Diodes
  • 37. Dr.F.BOUCHAFAA 37 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene  Le courant IR proportionnel au flux lumineux est converti en tension par la résistance  aucune source externe de polarisation n’est utilisée la photodiode fonction ne en convertisseur d’énergie.  En mode photovoltaïque : • En mode photoconducteur IR E RL VD 1. Diodes La photodiode
  • 38. Dr.F.BOUCHAFAA 38 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene  elle a une particularité de détecter les signaux radiofréquence  La tension de seuil (0,3 V)  Le courant inverse de la jonction PN et plus faible que celui de la diode de schottky 0,3V 0,6V VD(v) Id(mA) 5.0 10.0 Comparaison entre une diode simple et une diode schottky 1. Diodes Diode schottky
  • 39. Dr.F.BOUCHAFAA 39 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene  Utilisée dans la réalisation des oscillateur HF Résistance négatif V I 1. Diodes Diode à effet tunnel
  • 40. Dr.F.BOUCHAFAA 40 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene  Capacité décroître avec la tension C= Co/[1+v/vo] n (Co, Vo, n) constant 1. Diodes Co C(V) V Diode varicap
  • 41. Dr.F.BOUCHAFAA 41 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • La LED(Light Emitting Diode ) diode électroluminescente • La diode laser (DL) Une diode parfaite est une diode idéale. •Chute de tension directe nulle, •Courant inverse nul. Elle joue le rôle d’un interrupteur parfait, fermé (diode passante) et ouvert (diode bloqué). 1. Diodes Diode parfaite Diode lumineuse
  • 42. Dr.F.BOUCHAFAA 42 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 43. Dr.F.BOUCHAFAA 43 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 44. Dr.F.BOUCHAFAA 44 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors Un thyristor est un dispositif à 4 couches et 3 jonctions qui possèdent 3 connexions externes: l’anode, la cathode et la gâchette. C’est un composant bistable (passant bloqué).
  • 45. Dr.F.BOUCHAFAA 45 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 46. Dr.F.BOUCHAFAA 46 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 47. Dr.F.BOUCHAFAA 47 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 48. Dr.F.BOUCHAFAA 48 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors Fonctionnement en inverse Fonctionnement en direct Courant direct maximal d’emploi Ih Thyristor amorçable Phénomène d’avalanche Tension inverse maximale (VRM) Et le courant correspondant (IRM) Caractéristique tension- courant de thristor Thyristor bloqué VAK IAK
  • 49. Dr.F.BOUCHAFAA 49 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • Pour assurer l’amorçage du composant, l’impulsion de gâchette doit se maintenir tant que le courant d’anode n’a pas atteint le courant de maintien Ih. • La largeur de l’impulsion de gâchette dépend donc du type de la charge alimentée par le thyristor. 2.Thyristors L’amorçage du thyristor • Après annulation du courant iAK, la tension vAK doit devenir négative pendant un temps au mois égal au temps d’application de tension inverse tq (tq ≈ 100 μs). • Si ce temps n’est pas respecté, le thyristor risque de se réamorcer spontanément dès que vAK tend à redevenir positive. Blocage du thyristor
  • 50. Dr.F.BOUCHAFAA 50 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • Nous donnons ci-dessous quelques éléments définissant la plage convenable de commande de la gâchette pour obtenir un déclenchement du thyristor sans risque de destruction de celui-ci. On notera que la technologie mise en oeuvre dans le boitier d'un thyristor a pour effet de limiter au maximum la résistance thermique et donc de faciliter au mieux l'évacuation des calories dissipées tant au niveau de la gâchette que de la jonction en inverse. 2.Thyristors La commande de gâchette
  • 51. Dr.F.BOUCHAFAA 51 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 52. Dr.F.BOUCHAFAA 52 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 53. Dr.F.BOUCHAFAA 53 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 2.Thyristors
  • 54. Dr.F.BOUCHAFAA 54 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Transistor
  • 55. Dr.F.BOUCHAFAA 55 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Transistor
  • 56. Dr.F.BOUCHAFAA 56 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Transistor
  • 57. Dr.F.BOUCHAFAA 57 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 3. Transistor
  • 58. Dr.F.BOUCHAFAA 58 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene MOSFET de puissance 4.MOSFET
  • 59. Dr.F.BOUCHAFAA 59 4.Transistor MOSFET Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene En électronique de puissance, il est utilisé comme élément de commutation et par conséquent présente deux états distincts. 4.MOSFET Le transistor MOSFET est un interrupteur unidirectionnel en tension et bidirectionnel en courant. A l’avantage d’une commande relativement simple qui nécessite peu de puissance.
  • 60. Dr.F.BOUCHAFAA 60 4.Transistor MOSFET Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 4.MOSFET
  • 61. Dr.F.BOUCHAFAA 61 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Insulated Gate Bipolar Transistor = IGBT 5.IGBT
  • 62. Dr.F.BOUCHAFAA 62 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 63. Dr.F.BOUCHAFAA 63 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les concepteurs ont voulu avoir les avantages suivants : – Tension élevée à l’état ouvert, – Tension faible à l’état fermé, – Facile à commander, – Bonnes performances dynamiques. 5. Transistors IGBT 5.IGBT
  • 64. Dr.F.BOUCHAFAA 64 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 5. Transistors IGBT 1700V/1200A and 3300V/1200A IGBT modules 5.IGBT
  • 65. Dr.F.BOUCHAFAA 65 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene GTO : Gate Turn-Off thyristor 6.GTO
  • 66. Dr.F.BOUCHAFAA 66 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 6- Thyristors GTO Par rapport au thyristor classique, le thyristor GTO est en plus commandable à l’ouverture par un courant, iG, négatif. Ce composant entièrement commandable. Un inconvénient est la présence de pertes importantes lors de l’ouverture. 6.GTO
  • 67. Dr.F.BOUCHAFAA 67 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 4500V/800A and 4500V/1500A GTOs 6.GTO
  • 68. Dr.F.BOUCHAFAA 68 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Onduleur oui oui AC DC Hacheur Alim. à découpage s.o. oui DC DC Cycloconvertisseur oui oui AC AC Gradateur non oui AC AC Redresseur Variateur DC s.o. oui DC AC dénomination F varie? U varie? Sortie Entrée Autre convertisseur : combinaison AC/DC + DC/AC Types de convertisseurs
  • 69. Dr.F.BOUCHAFAA 69 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre SC de puissance Le composant idéal : • Tenue en tension infinie • Tenue en courant infinie • Temps de commutation nulle • Courant de fuite nul • Pertes par commutation et conduction nulles • Puissance de commande nulle • Faible coût
  • 70. Dr.F.BOUCHAFAA 70 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre SC de puissance Redresseurs à 50 Hz : thyristors ou diodes • Hacheurs et onduleurs : (commutations rapides, pas de tension inverse): transistors bipolaires, IGBT, MOSFET, GTO – Jusqu’à 15 kHz, GTO pour puissance (faibles pertes) – Jusqu’à 100 kHz, transistor bipolaire et IGBT (faibles pertes par conduction) – au-dessus de 100 kHz, MOSFET uniquement Selon le type de convertisseur:
  • 71. Dr.F.BOUCHAFAA 71 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ce tableau représente les caractéristiques des différents interrupteurs. Il est bien évident qu’un tel tableau ne peut pas faire apparaître les subtilités entre les différents semi-conducteurs. Il permet d’avoir une vue d’ensemble de leurs performances. Lent Fort GTO Moyen Moyen IGBT Rapide Faible MOSFET Moyen Moyen BJT Rapidité de commutation Puissance d’utilisation 7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables
  • 72. Dr.F.BOUCHAFAA 72 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables
  • 73. Dr.F.BOUCHAFAA 73 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables 1kHz 20kHz 5kHz 3kHz 1kHz Fréquence 3000A 400A 500A 1500A 5000A Courant 4500V 1200V 1400V 1500V 6000V Tension GTO IGBT Transistor bipolaire Thyristor rapide Thyristor
  • 74. Dr.F.BOUCHAFAA 74 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene
  • 75. Dr.F.BOUCHAFAA 75 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Power (VA) IGBT MOSFET BIPOLAR T R I A C T H Y R I S T O R Fréquence (HZ) GTO 100 100K 100M 10K 1K 10M 1M 10 100 10K 100K 1M
  • 76. Dr.F.BOUCHAFAA 76 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene En résumé: Gradateur (U2 variable f2 fixe ) . Redresseur + Onduleur (U2 f2 variable) Alternatif (U2, f2 ) Alternatif (U1, f1) Hacheur Continu U2variable Continu U1 Onduleur Alternatif (U2 et f2 fixe ou variable) Continu U1 Redresseur Continu U2 fixe ou variable Alternatif (U1, f1) Convertisseurs Récepteur Alimentation
  • 77. Dr.F.BOUCHAFAA 77 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7- Grandeurs caractéristiques CARACTÉRISTIQUES DES SIGNAUX PÉRIODIQUES ET LEURS MESURES . Sur la position AC. -Un voltmètre numérique dit RMS capable de mesurer la valeur efficace d’une tension de forme quelconque sur la position AC. -Bien sûr les ferromagnétiques et les numériques RMS permettent de mesurer la valeur efficace d'une grandeur alternative sinusoïdale et ce sur les positions AC ou AC+DC. Sur la position DC. -Un voltmètre numérique sur la position DC ( continue, =) Mesure : Racine carrée de la moyenne des carrés RMS: root mean square. Définition Valeur efficace Valeur Moyenne
  • 78. Dr.F.BOUCHAFAA 78 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 7- Grandeurs caractéristiques La valeur moyenne se mesure avec : - un voltmètre analogique (à aiguille) magnétoélectrique (symbole : ). - un voltmètre numérique sur la position DC (continue, =). La valeur efficace se mesure avec : - un voltmètre analogique ferromagnétique (symbole : ). - un voltmètre numérique dit RMS capable de mesurer la valeur efficace d’une tension de forme quelconque. RMS : Root (racine carré) Mean (valeur moyenne) Square (carré).
  • 79. USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz REDRESSEMENT NON COMMANDÉ MONOPHASÉS Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 3
  • 80. PLAN DE TRAVAIL PLAN DE TRAVAIL Introduction Commutation simple alternance à diode Commutation parallèle simple - P2 à diodes Conclusion 1 2 5 Commutation parallèle double - PD2 à diodes 3 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 4 4
  • 81. 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. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Un montage redresseur comporte : Une source monophasée, ou polyphasée. Des composants redresseurs (diodes). Un circuit d’utilisation complété le plus souvent par un dispositif de filtrage Les montages redresseurs, souvent appelés simplement redresseurs, sont des 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 de 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. Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 5
  • 82. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension alternative sinusoïdale quelque soit la charge Redressement monophasé non commandé Ve Vs Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 6
  • 83. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene ) .sin( 2 . V (t) V eff e ω.t  Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation : Veff : tension efficace (V) ω = 2.π.f = 314 rd/s ω : la pulsation (rd/s) Rappels Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 7
  • 84. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Source i Uc ic R Charge D C.S VD Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive. On envisage une structure comportant une source sinusoïdale et une diode pour atteindre une charge résistive. On distingue alors les trois blocs précédemment définis: une source, un commutateur et la charge. Débit sur une charge résistive R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 8
  • 85. (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax  2 3π  2 π (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene D Uc Ve 0 VD Ve 0 Étude du fonctionnement D Uc ic Ve(t) i R VD Vmax UC(t) VD(t) iC(t) Imax -Vmax Dés que la tension d’entrée Ve est positive, la diode devient passante jusqu'à ce que le courant qui la traverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2. (rad )    0 2 π 2 3 π Va Va(t) Vmax a b (rad )    0 2 π 2 3 π Vb Vb(t) Vmax À partir de l’instant (π), la diode est bloquée. Par conséquent, la tension aux bornes de la charge résistive est nulle: iC 0 Ve/R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 9
  • 86. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   d θ sin θ V 2 π 1 dt t U T 1 U π 0 max T 0 c cmoy     π V U max cmoy           d d        0 2 max 2 π 0 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2 cos 1 2 V sin V 2 1 dt t U T 1 U 2 V U max ceff  La tension moyenne de Uc :  2 3π  2 π (rad) Vmax UC(t) VD(t) iC(t) Imax -Vmax La tension efficace de Uc : La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax             0 Uc(t) 2 Pour ) sin( V V Uc(t) 2 0 Pour max T t T t e T t  Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 10
  • 87. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant moyen ic(t) : πR V I max cmoy  πR V I I max cmoy Dmoy    2 3π  2 π (rad) Vmax UC(t) VD(t) iC(t) Imax -Vmax Le courant moyen iD(t) : La valeur moyenne du courant ic(t) est donc:        2 T 0 max T C Cmoy C t)dt sin( R T 1 (t)dt i T 1 (t) i V I  La présence de la diode impose que le courant ait un signe constant. La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la charge résistive. Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 11
  • 88. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : Source Ve(t) i C.S D VD Uc ic R Charge E Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 12
  • 89. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Imax D Uc Ve E Vmax (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax E   (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax E   La durée de conduction La durée de conduction (rad)   0 2 π 2 3 π   E E La durée de conduction variée suivant la valeur de E La durée de conduction variée suivant la valeur de E iC(t) UC(t) 1 : angle d’ouverture. Avec :  2 : angle d’extinction (fermeture).  =( 2- 1 ) durée d’utilisation ic (Ve-E)/R 0 0 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 13
  • 90. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene E ωt sin V 1 max  max 1 V E sin 1 t Arc                             d E. d . sin 2 1 dt U T 1 U 1 1 2 1 max 0 c cmoy V t T   1 1 max cmoy cmoy 2Eθ cosθ 2V R 2 1 R E U I     π max 1 V E sin Arc   La tension moyenne de Uc : Le courant moyen ic(t) : 1 2 t 2 T t   1 2          1 1 max cmoy 2 E cos 2V 2 1 U        Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax E   Vmax E UC(t) Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 14
  • 91. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic Ve(t) Source i R D Charge C.S VD L Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive et résistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous: Débit sur une charge inductive (R-L) Étude du fonctionnement La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entre la tension Ve et le courant i suite à l’introduction de l’inductance L . A cet effet: - Le courant i et la tension Ve ne sont plus colinéaire, - Le courant i s’annule après la tension Ve c.a.d après  (T/2). Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 15
  • 92. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic Ve(t) i R D VD L Débit sur une charge inductive (R-L) Étude du fonctionnement Suivant la définition de la diode, quelle est passante lorsque la tension entre ses bornes est positive et elle se bloque lorsque le courant qui la traverse s’annule. Ainsi, la diode D conduit à partir de =0 (t=0 )et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme pour une charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas. Pour cela, on est obligé d'étudier la nature du courant ic. Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 16
  • 93. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic Ve(t) i R D VD L     t sin V t Ri dt t di L max c c ω   La diode D conduit dés que la tension Ve est positive. Pour le courant ic(t), on assiste à un régime transitoire régit par l’équation différentielle suivante: La résolution de l’équation différentielle est: ic(t)=icH(t)+icp(t): icH(t) est le courant homogène icP(t) est le courant particulier 0 Ri dt L cH cH di   Le courant homogène: R L τ  Constante du temps électrique e τ t cH K. (t) i   Avec:  Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 17
  • 94. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant particulier Ve R.I I . j.L cp cp                            R L ω L ω R Z Z Ve . I : Avec j.L ω R Ve I tg 1 2 2 cp cp  e cp cp V Ri dt L di   En régime permanent:   Ve j.L R . Icp      Le courant générale est: ) t sin( V (t) i max cp     Z Ainsi: ) t sin( Z V K. (t) i (t) i (t) i max τ t cp cH c e         Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 18
  • 95. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régime permanent faisant apparaître le déphasage  du courant sur la tension. Le courant ne s’annule pas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). La diode est alors en conduction forcée si bien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic. Condition initiale à: 0 (o) i 0 t c     ) sin( Z V K max    0 ) sin( Z V K max     l’expression générale iC(t) est:          ) .sin( - ) t sin( Z V (t) i e τ t max c    La diode se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose la continuité du courant dans la charge. Le courant générale est: ) t sin( Z V K. (t) i (t) i (t) i max τ t cp cH c e         Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 19
  • 96. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax    2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax V(O) UC(t) iC(t) D Uc Ve 0 Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L. Etat des diodes Tension aux bornes de la charge Uc ic Ve(t) i R D VD L Uc ic Ve(t) i R D VD L  = 0 , iC(t)=0, la diode s’arrête de conduire Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 20
  • 97. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax    2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax V(O) UC(t) iC(t) D Uc Ve 0 Etat des diodes Tension aux bornes de la charge VD Ve 0 Tension aux bornes de la diode -Vmax VD(t) Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 21
  • 98.   2 π 2 3π 0 (rad) (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene V(O)  Vmax Imax UC(t) iC(t) Ve(t)<0 la diode est toujours passante tant que le courant ic n’est pas redevenu nul Uc=Ve<0, Vd=0 Ve(t)<0 la diode est toujours passante tant que le courant ic n’est pas redevenu nul Uc=Ve<0, Vd=0 Ve(t)>0 la diode est passante Uc=Ve, Vd=0 Ve(t)>0 la diode est passante Uc=Ve, Vd=0 A o ic =0 V e(t)<0 la diode se bloque Uc=Ve<0 et Vd=0 A o ic =0 V e(t)<0 la diode se bloque Uc=Ve<0 et Vd=0                    sin . e t sin Z V t i t L R max C Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 22
  • 99. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   2 π 2 3π 0 (rad) (rad) V(O)  Vmax Imax UC(t) iC(t) P>0 P<0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)<0 et ic(t)>0 donc P(t)<0 Uc(t)<0 et ic(t)>0 donc P(t)<0 Onduleur assisté Onduleur assisté Redresseur Redresseur Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 23
  • 100. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene       d sin V 2 1 dt t U T 1 U 0 0 max T 0 c cmoy       0 max cmoy cos 1 2π V U             d d        0 0 0 2 max 2 0 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2 cos 1 2π V sin V 2 1 dt t U T 1 U    0 0 max ceff 2 sin 2 / 1 2 V U   La tension moyenne de Uc : Le courant moyen ic(t) : La tension efficace de Uc : dt di L R.i U C C C   moy C Cmoy Cmoy ) dt di L( R.i U   0 Cmoy Cmoy R.i U    0 max cmoy cos 1 R 2 V I    π Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 24
  • 101. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene    2 π 2 3π 0 (rad) V(O)  Vmax Imax UC(t) iC(t) D Uc Ve Ve 0   0 max cmoy cos 1 2π V U    La tension moyenne de Uc : On constate que cette surface qui est négative va diminuer la valeur moyenne de Uc On constate que cette surface qui est négative va diminuer la valeur moyenne de Uc les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant en partie négative, sa valeur moyenne est diminuée par rapport au cas d'une charge résistive. 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 comme le montre le schéma suivant : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 25
  • 102. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive avec diode roue libre Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre Uc ic Ve(t) Source i R D Charge C.S VD L On constate que les cathodes des deux diodes D et Dr sont reliées au même point (K). (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax K Ainsi, dans ce type de montage (à cathodes communes). On dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornes est plus positive que les autres. Dr iDr Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 26
  • 103. •Représentation des signaux d’entrée Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Durant l’alternance positive de la tension Ve, la diode D est passante et la diode Dr est bloquée. Le comportement du montage est connu. Dés que Ve s’annule, la diode D se bloque car la diode Dr prend le relais de la conduction du courant ic dans la charge. Etude du fonctionnement Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie emmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R et le courant ic décroît et s’annule en θ0. Uc ic1 Ve(t) i R D VD L Uc ic2 R L Dr iDr L’annulation du courant caractérise un fonctionnement en conduction discontinue. Si l’énergie est suffisante, le courant ne s’annule pas, c’est la conduction continue. Diode de roue libre : Elle est installée en parallèle inverse sur la charge, de nature inductive. Elle a double rôle : •D’imposer un signe constant à la tension. Quand la diode est bloquée, la charge est alimentée par la source; quand la diode est passante; le courant dans la charge se boucle par la diode. La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique ; •D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge. Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 27
  • 104. •Représentation des signaux d’entrée Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene     t sin V dt t di L t Ri max C C        t L R max 0 max C e sin Z V i sin Z V t i              t 2 T t  ) 2 T ( L R max 0 ) 2 T ( L R max C sin Z V i sin Z V 2 T i                  e e   A l’instant on a : T t 2 T       0 t Ri dt t di L C C   D bloquée et Dr passante: Uc(t)=0 et VD(t)=Ve(t).                  2 T t L R C C e 2 T i t i 2 T L R max 0 2 T L R max 2 T L R C 0 e sin Z V i e sin Z V e 2 T i i                        T L R T L R 2 T L R max 0 e 1 e e sin Z V i          T L R 2 T L R max C e 1 e 1 s Z V 2 T i             in Débit sur une charge inductive avec diode roue libre Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 28
  • 105. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL avec diode roue libre. (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax    2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) D1 Uc 0 Ve 0 Dr Uc ic Ve(t) i R D VD L Uc ic R L Dr iDr Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 29
  • 106. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) Ve(t)<0 la diode Dr rentre en conduction et la diode D se bloque Uc=0 et Vd=-Ve Ve(t)<0 la diode Dr rentre en conduction et la diode D se bloque Uc=0 et Vd=-Ve Ve(t)>0 la diode D est passante Uc=Ve, Vd=0 Ve(t)>0 la diode D est passante Uc=Ve, Vd=0 A o ic =0 la diode roue libre Dr s’arrête de conduire (se bloque) Uc=0 et Vd=-Ve A o ic =0 la diode roue libre Dr s’arrête de conduire (se bloque) Uc=0 et Vd=-Ve Phase de roue libre: La durée de dissipation de toute l’énergie stockée dans l’inductance Phase de roue libre: La durée de dissipation de toute l’énergie stockée dans l’inductance                    sin . e sin Z V t i t L R max C t iDr(t) iD(t) Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 30
  • 107. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) P>0 P=0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)=0 et ic(t)>0 donc P(t)=0 Uc(t)=0 et ic(t)>0 donc P(t)=0 Phase de roue libre Phase de roue libre Redresseur Redresseur Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 31
  • 108. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage d’un redresseur monophasé à point milieu Ve1 Ve2 Uc ic R Tr V1 i1 VD1 D1 ie1 D2 VD2 ie2 Le montage redresseur à diodes est constitué de deux diodes connectées en sortie d'un transformateur à point milieu: 2- Commutation parallèle simple - P2 à diodes A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu deux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de : Ve1(t) = Vmax sin t Ve2(t) = Vmax sin (t + ) Ve2(t) = - Ve2 (t) Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 32
  • 109. 2 π (rad)   0 2 3 π (rad)   0 2 π 2 3 π Ve(t) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic D 2 Ve2 R VD2 Tr V1 i1 + ie2 Uc ic VD1 Ve1 R D1 + i1 V1 Tr ie1 Ve1 Vmax Ve2 Vmax iC(t) UC(t) D1 Uc Ve1 Ve2 iC Ve2/R Ve1/R Etat des diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge D2 Imax Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 33
  • 110.   0 2 π 2 3π (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Vmax Ve2 VD1(t) VD1 2Ve 0 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve(t) Vmax Ve2 D1 Uc Ve1 Ve2 iC Ve2/R Ve1/R Etat des diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge D2 (rad)   0 2 π 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax -2Vmax Tension aux bornes de la diode Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 34
  • 111. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene π 2V U max cmoy  La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U    π 2V cos π V .d sin . V π 1 (t)dt U T 1 U max π 0 max 0 max T C moy U               c              d d        0 2 max 2 0 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2 cos 1 π V sin V 1 dt t U T 1 U 2 V U max ceff  π.R 2V I max cmoy  R V 2 1 I max ceff  Ceff Ceff R.i U  La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-2Vmax Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 35
  • 112. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene L Uc ic D2 VD1 Ve1 Ve2 R D1 Tr V1 i1 ie1 ie2 Débit sur une charge inductive (R-L) Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 36
  • 113. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeurs Icmin et Icmax et l’écart iC(t) on le nomme ondulation du courant. Le rôle du redresseur est d’avoir un courant redressé iCmoy constant . Par contre d’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépend fortement de la constante du temps électrique  (=R/L). Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro, il faut augmenter la valeur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse et constant. iC(t) Imax Imin iC(t) T 2 π 2 3π 0 π 2π iC(t) (rad)  iCmoy Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 37
  • 114. (rad)   0 2 π 2 3 π   0 2 π 2 3π (rad) Ve(t) (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Vmax Ve2 VD1(t) VD1 2Ve 0 -2Vmax (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve(t) Vmax Ve2 D1 Uc Ve1 Ve2 iC Icmoy Icmoy Etat des diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge D2 Vmax iC(t) UC(t) Icmoy Icmoy ID1 0 Icmoy iD1(t) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 38
  • 115. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene π 2V U max cmoy  La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U    π 2V cos π V .d sin . V π 1 (t)dt U T 1 U max π 0 max 0 max T C moy U               c              d d        0 2 max 2 0 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2 cos 1 π V sin V 1 dt t U T 1 U 2 V U max ceff  π.R 2V I max cmoy  La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-2Vmax Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 39
  • 116. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le pont de Graëtz est constitué de quatre diodes montées en parallèle deux par deux. Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive Commutation parallèle double - PD2 à diodes K A D1 D2 D4 D3 Tr VD1 V1 i1 Uc ic Ve(t) Source i R Charge C.S Ainsi, dans ce type de montage: A cathodes communes, on dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornes est plus positive que les autres. A anodes communes, on dit qu’une diode est passante lorsque la tension entre ses bornes est plus négative que les autres. Les diodes D1 et D2 sont à cathodes communes (sont reliées au même point K). et les diodes D3 et D4 sont à anodes communes (sont reliées au même point A). Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 40
  • 117.   0 2 π 2 3π (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax 0 D1 , D3 Uc Ve -Ve ic -Ve/R D2 , D4 Vmax UC(t) iC(t) Imax Etat des diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge D2 D4 Tr iD2 V1 i1 Uc ic Ve(t) i R iD4 + D1 D3 Tr VD1 V1 i1 Uc ic Ve(t) i R iD1 iD3 + Ve/R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 41
  • 118. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax 0 VD1 Ve 0 Uc Ve -Ve D1 , D3 D2 , D4 Tension aux bornes de la diode   0 2 π 2 3π (rad) VD1(t) -Vmax (rad)   2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax 0 D1 , D3 Uc Ve -Ve ic -Ve/R D2 , D4   0 2 π 2 3π (rad) Vmax UC(t) iC(t) Imax Ve/R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 42
  • 119. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene π 2V U max cmoy  La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U    π 2V cos π V .d sin . V π 1 (t)dt U T 1 U max π 0 max 0 max T C cmoy c U                            d d        0 2 max 2 0 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2 cos 1 π V sin V 1 dt t U T 1 U 2 V U max ceff  π.R 2V I max cmoy  R V 2 1 I max ceff  Ceff Ceff R.i U  La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 43
  • 120. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive Uc Charge ic L R D1 D2 D4 D3 Tr VD1 V1 i1 Ve(t) Source i C.S Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 44
  • 121. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   0 2 π 2 3π (rad) (rad)   2 π 2 3 π Ve Ve(t) Vmax 0 D1 , D3 Uc Ve -Ve ic Icmoy D2 , D4 Vmax UC(t) iC(t) Imax Etat des diodes Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Icmoy VD1 Ve 0 Uc Ve -Ve D1 , D3 D2 , D4 Tension aux bornes de la diode   0 2 π 2 3π (rad) VD1(t) -Vmax Uc ic L R D1 D3 VD1 Ve(t) i C.S Uc ic L R D1 D2 D4 D3 Ve(t) i C.S Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 45
  • 122. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene π 2V U max cmoy  La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U    π 2V cos π V .d sin . V π 1 (t)dt U T 1 U max π 0 max 0 max T C cmoy c U                            d d        0 2 max 2 0 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2 cos 1 π V sin V 1 dt t U T 1 U 2 V U max ceff  π.R 2V I max cmoy  La tension maximale à supporter par la diode en inverse est: VDmax=-Vmax Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 46
  • 123. USTHB, Faculté d’Electronique et Informatique Bab-Ezzouar, Alger, ALGERIE http://www.usthb.dz REDRESSEMENT COMMANDÉ MONOPHASÉS Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 3
  • 124. Commutation simple alternance à thyristor Commutation parallèle double - PD2 Mixte PLAN DE TRAVAIL PLAN DE TRAVAIL Conclusion Commutation parallèle simple - P2 à thyristors 1 4 2 5 Commutation parallèle double - PD2 à thyristors 3 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 4
  • 125. Les redresseurs à thyristors, ou redresseurs contrôlés, permettent de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d'entrée et la tension continue de sortie. De plus, ils sont réversibles, c'est-à dire que la puissance ne peut aller que du côté alternatif vers le côté continu. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Les montages redresseurs sont des convertisseurs de l'électronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif-continu. Alimentés par une source de tension alternative monophasée, ils permettent d'alimenter en courant continu le récepteur branché à leur sortie. On utilise un redresseur chaque fois que l’on a besoin de continu alors que l'énergie électrique est disponible en alternatif. Les redresseurs ont un très vaste domaine d'applications. Un montage redresseur comporte : Une source monophasée. Des composants redresseurs (Thyristor). Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 5
  • 126. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene • Un montage redresseur permet d’obtenir une tension continue à partir d’une tension alternative sinusoïdale quelque soit la charge Redressement monophasé commandé Ve Vs Commande Th Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 6
  • 127. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 7 ) .sin( 2 . V (t) V eff e ω.t  Une tension alternative sinusoïdale est définie par l'équation : Veff : tension efficace (V) ω = 2.π.f = 314 rd/s ω : la pulsation (rd/s) Rappels
  • 128. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Source i Uc ic R Charge Montage d’un redresseur commandé monophasé alimentant une charge résistive. On envisage une structure comportant une source sinusoïdale et un thyristor pour atteindre une charge résistive. On distingue alors les trois blocs précédemment définis: une source, un commutateur et la charge. Débit sur une charge résistive R C.S VTh Th iG Commutation simple alternance à thyristor Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 8
  • 129. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Étude du fonctionnement Th Uc ic Ve(t) i R VTh (rad)  2 3π  2 π Vmax VTh(t) iC(t) Imax -Vmax Dés que la tension d’entrée Ve est positive et un amorçage de thyristor en agissant sur sa gâchette (iG≠0) à l’instant , ce dernier devient passant jusqu'à ce que le courant qui le traverse s'annule. Or ic(t) s'annule pour t=T/2. (rad )    0 2 π 2 3 π Va Va() Vmax a b (rad )    0 2 π 2 3 π Vb Vb() Vmax À partir de l’instant (π), le thyristor est bloqué. Par conséquent, la tension aux bornes de la charge résistive est nulle: UC(t) Comme la charge est résistive, le courant et la tension sont en phase.  ic Ve/R 0 0 Th Uc Ve 0 VTh Ve 0 0 Ve Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 9 (rad)  (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax
  • 130. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)  2 3π  2 π Vmax UC(t)                         2 , , 0 Pour 0 α, Pour sin V e V Uc(t) max                           2 0 si 0 si R sin V t i max c La tension Uc(t) : Le courant ic(t) : La tension VTh(t) : (rad)  2 3π  2 π V(α) VTh(t) -Vmax    (rad)  2 3π  2 π iC(t) Imax                      ,2 , 0 Pour e V α, Pour 0 (t) VTh Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 10
  • 131. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   d θ sin θ V 2 π 1 dt t U T 1 U π max T c cmoy          cos 1 2π V U max cmoy     dθ 2 2 cos 1 2 V dθ sin V 2 1 dt t U T 1 U 2 max 2 π 2 max T 0 2 c 2 ceff               La tension moyenne de Uc : La tension efficace de Uc : La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax  (rad)  2 3π  2 π Vmax VTh(t) iC(t) Imax -Vmax UC(t)                  0 Uc(t) ,2 , 0 Pour sin V e V Uc(t) α, Pour max           La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle de retard à l’amorçage .     2 2 sin 2 2 2 V U max ceff    Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 11
  • 132. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant moyen ic(t) :           )dθ sin( I T 1 (t)dt i T 1 (t) i max T C Cmoy C I La présence de thyristor impose que le courant ait un signe constant. La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la charge résistive. (rad)  2 3π  2 π Vmax VTh(t) iC(t) Imax -Vmax UC(t)      cos 1 .R 2 V I max cmoy   π R U I cmoy cmoy      2 2 sin 2 2 2R V R U i max ceff ceff     Le courant efficace ic(t) : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 12
  • 133. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) : Ve(t) Source E Uc ic R Charge Montage d’un redresseur monophasé avec Chargeur de batterie i C.S VTh Th iG Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 13
  • 134. (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax La durée de conduction variée suivant la valeur de E Et suivant l’angle d’amorçage α La durée de conduction variée suivant la valeur de E Et suivant l’angle d’amorçage α Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax E   E  La durée de conduction La durée de conduction (rad)   0 2 π 2 3 π α  (rad)  α: angle d’ouverture. Avec :  2 : angle d’extinction (fermeture).  =( 2 - α) durée d’utilisation   (rad)  (rad)  (rad)  Imax Vmax E iC(t) UC(t) Ve E E Th Uc Ve E E ic (Ve-E)/R 0 0 α < 1 α = 1 α > 1 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 14
  • 135. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene E sin V 1 max  t  max 1 V E sin 1 t Arc   max 1 V E sin Arc   Le courant moyen ic(t) : 1 2 t 2 T t   1 2      Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :                  dθ E dθ sin V 2 1 dt t U T 1 U 2 max T 0 c cmoy 2 2          2 2 max cmoy 2 2π E ) cos (cos 2π V U             2 2 max cmoy cmoy R 2 E ) cos (cos R 2 V R E U i             Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 15 La tension moyenne de Uc : (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Vmax E   (rad)   Ve E E
  • 136. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension efficace de Uc : Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :                  dθ E dθ sin V 2 1 dt t U T 1 U 2 2 2 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 2              2 2 2 2 max 2 2 max 2 ceff 2 2 E 2 sin 2 sin 8 V 4 V U                  1 maxsinθ V E                 1 2 2 2 2 max ceff sin 2 2 sin 2 sin 4 1 2 2 V U            Comme (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax E   (rad)   Ve E E Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 16
  • 137. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant efficace ic(t) : E sin V 1 max  t  max 1 V E sin 1 t Arc   max 1 V E sin Arc   1 2 t 2 T t   1 2      Débit sur un électromoteur (Chargeur de batterie) :   dθ R E sin θ V 2 1 dt t i T 1 i 2 2 max T 0 2 c 2 ceff                                             2 2 2 max 2 2 max 2 2 max 2 2 ceff E cos cos E 2V 2 sin 2 sin 4 V 2 V R 2 1 i                     1 2 2 2 1 2 2 max ceff sin cos cos sin 2 2 sin 2 sin 4 1 2 1 R 2 V i               1 maxsinθ V E  Comme (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax E   (rad)   E Imax Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 17
  • 138. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ve(t) Source i L Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive En électrotechnique et dans l’industrie, les charges sont souvent combinées: inductive et résistive. Le schéma permettant la nouvelle étude est ci-dessous: Uc ic R Charge Débit sur une charge inductive (R-L) Étude du fonctionnement La charge est de type inductif (une résistance plus une bobine), Il apparait un déphasage entre la tension Ve et le courant i suite à l’introduction de l’inductance L . A cet effet: - Le courant i et la tension Ve ne sont plus colinéaire, - Le courant i s’annule après la tension Ve c.a.d après  (T/2). C.S VTh Th iG Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 18
  • 139. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Suivant la définition de thyristor, il est passant lorsque la tension entre ses bornes est positive plus un amorçage au niveau de sa gâchette et il se bloque lorsque le courant qui le traverse s’annule. Ainsi, le thyristor Th conduit à partir de = α (t=t0) et ne se bloque pas en =(t=T/2) comme avec une charge purement résistive. De ce fait, le thyristor est toujours passant et la tension devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas. Pour cela, on est obligé d'étudier la nature du courant ic. Uc ic Ve(t) i R L VTh Th iG Étude du fonctionnement Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 19
  • 140. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic Ve(t) i R Th VTh L     t sin V t Ri dt t di L max c c ω   Le thyristor Th conduit dés que la tension Ve est positive et un amorçage au niveau de sa gâchette (iG≠0). Pour le courant ic(t), on assiste à un régime transitoire régit par l’équation différentielle suivante: La résolution de l’équation différentielle est: ic(t)=icH(t)+icp(t): icH(t) est le courant homogène icP(t) est le courant particulier 0 Ri dt L cH cH di   Le courant homogène: R L τ  Constante du temps électrique e τ t cH K. (t) i   Avec: Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 20
  • 141. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le courant particulier Ve R.I I . j.L cp cp                            R L ω L ω R Z Z Ve . I : Avec j.L ω R Ve I tg 1 2 2 cp cp  e cp cp V Ri dt L di   En régime permanent:   Ve j.L R . Icp    Le courant générale est: ) t sin( V (t) i max cp     Z Ainsi: ) t sin( Z V K. (t) i (t) i (t) i max τ t cp cH c e         Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 21
  • 142. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene On remarque la superposition du régime transitoire (terme exponentiel) et du régime permanent faisant apparaître le déphasage  du courant sur la tension. Le courant ne s’annule pas pour =, mais un peu au-delà en 0(0=+). Le thyristor est alors en conduction forcée si bien que la tension Uc devient négative jusqu’à l’annulation de ic. Condition initiale à: 0 ) ( ic       l’expression générale iC(t) est:            e L ) ( max c ). sin( - ) t sin( Z V (t) i        t R Le thyristor se bloque avec un retard 0(t0)compris entre T/2 et T car la bobine L impose la continuité du courant dans la charge. Le courant générale est: ) t sin( Z V K. (t) i (t) i (t) i max τ t cp cH c e         0 ) sin( Z V K. max τ. e         eL max ). sin( Z V K     R    D’où : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 22
  • 143.    2 π 2 3π 0 (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax Th Uc Ve 0 Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge R-L. Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Uc ic Ve(t) i R Th Vth L Uc ic Ve(t) i R Th Vth L  Vmax Imax V(O) UC(t) iC(t) (rad)  α 0 à  = 0 , iC(t)=0, le thyristor s’arrête de conduire Supposons Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 23
  • 144.   2 π 2 3π 0 (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene VTh Ve 0 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax V(O) -Vmax VTh(t) Th Uc Ve 0 Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Tension aux bornes de thyristor (rad)    Ve UC(t) Vmax 0 V(α) Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 24
  • 145. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   2 π 2 3π 0 V(O) (rad)  Vmax Imax UC(t) (rad)  Ve(t)<0 le thyristor Th est toujours passant , ic ≠0 Uc= Ve et Vth=0 Ve(t)<0 le thyristor Th est toujours passant , ic ≠0 Uc= Ve et Vth=0 Ve(t)>0 le thyristor Th est passant Uc=Ve, Vth=0 Ve(t)>0 le thyristor Th est passant Uc=Ve, Vth=0 A o ic =0 le thyristor Th s’arrête de conduire (se bloque) Uc=0 et Vth=-Ve A o ic =0 le thyristor Th s’arrête de conduire (se bloque) Uc=0 et Vth=-Ve iTh(t) α iC(t) Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 25            e L ) ( max c ). sin( - ) t sin( Z V (t) i        t R
  • 146. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad) Imax   2 π 2 3π 0 V(O)  Vmax UC(t) (rad)  iTh(t) α iC(t) P>0 P<0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)<0 et ic(t)>0 donc P(t)<0 Uc(t)<0 et ic(t)>0 donc P(t)<0 Onduleur assisté Onduleur assisté Redresseur Redresseur Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 26
  • 147. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : Le courant moyen ic(t) : La tension efficace de Uc : dt di L R.i U C C C   moy C Cmoy Cmoy ) dt di L( R.i U   0 Cmoy Cmoy R.i U           d sin V 2π 1 dt t U T 1 U 0 α max T 0 c cmoy           cos cos 2π V U max cmoy       cos cos R 2 V I max cmoy   π                 d          2 2 cos 1 2π V d sin V 2π 1 dt t U T 1 U 2 max 2 2 max T 0 2 c 2 ceff          2 sin 2 sin 2 1 2 V U max ceff      Dr.F.BOUCHAFAA Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 27
  • 148.    2 π 2 3π 0 (rad) Th Uc Ve Ve 0  Vmax Imax V(O) UC(t) iC(t) (rad)  0 α Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : les performances du montage précédent sont médiocres, la tension redressée Uc étant en partie négative, sa valeur moyenne est diminuée par rapport au cas d'une charge résistive. 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 semi conducteurs sont alors placées en cathodes communes comme le montre le schéma suivant :     cos cos 2π V U max cmoy   On constate que cette surface qui est négative va diminuer la valeur moyenne de Uc On constate que cette surface qui est négative va diminuer la valeur moyenne de Uc Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 28
  • 149. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive avec diode roue libre Uc Montage d’un redresseur monophasé avec diode roue libre Charge ic R L On constate que les cathodes de thyristor Th et la diode roue libre Dr sont reliées au même point (K). (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax K C.S VTh Th iG (rad)  Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 29 Ve(t) Source i Dr iDr
  • 150. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Durant l’alternance positive de la tension Ve, le thyristor Th est passant et la diode Dr est bloquée. Le comportement du montage est connu. Dés que Ve s’annule, le thyristor Th se bloque car la diode Dr prend le relais de la conduction du courant ic1 dans la charge. Etude du fonctionnement Dr conduisant, la tension à ses bornes Uc est nulle. L’énergie emmagasinée dans l’inductance L est dissipée dans la résistance R et le courant ic2 décroît et s’annule en θ0. Uc ic2 R L Dr iDr L’annulation du courant caractérise un fonctionnement en conduction discontinue. Si l’énergie est suffisante, le courant ne s’annule pas, c’est la conduction continue. Diode de roue libre : Elle est installée en parallèle inverse sur la charge, de nature inductive. Elle a double rôle : •D’imposer un signe constant à la tension. Quand le thyristor est passant, la charge est alimentée par la source; quand le thyristor est bloqué; le courant dans la charge se boucle par la diode. La charge est auto-alimentée aux dépens de son énergie électromagnétique. •D’assurer la continuité du passage du courant dans la charge. Uc ic1 Ve(t) i R Th VTh L Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 30
  • 151. •Représentation des signaux d’entrée Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene     t  sin V dt t di L t Ri max C C       t L R max 0 max C sin Z V i t sin Z V t i            e    2 T t  ) 2 T ( L R max 0 ) 2 T ( L R max C sin Z V i sin Z V 2 T i                  e e   A l’instant on a : T t 2 T       0 t Ri dt t di L C C   Th bloqué et Dr passante: Uc(t)=0 et Vth(t)=Ve(t).                  2 T t L R C C e 2 T i t i 2 T L R max 0 2 T L R max 2 T L R C 0 sin Z V i sin Z V 2 T i i                    e e e     T L R T L R 2 T L R max 0 1 sin Z V i       e e e    T L R 2 T L R max C 1 1 sin Z V 2 T i            e e  Débit sur une charge inductive avec diode roue libre Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 31
  • 152. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve Ve() Vmax    2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) Th Uc 0 Ve 0 Dr Uc ic2 R L Dr iDr Uc ic1 Ve(t) i R Th VTh L (rad)  α 0 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 32 Chronogrammes des tensions et du courant pour une charge RL avec diode roue libre.
  • 153. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) Ve(t)<0 la diode Dr rentre en conduction et le thyristor Th se bloque Uc=0 et Vth=-Ve Ve(t)<0 la diode Dr rentre en conduction et le thyristor Th se bloque Uc=0 et Vth=-Ve Ve(t)>0 et iG≠0, le thyristor Th est passant Uc=Ve, Vth=0 Ve(t)>0 et iG≠0, le thyristor Th est passant Uc=Ve, Vth=0 A o ic =0 la diode roue libre Dr s’arrête de conduire (se bloque) Uc=0 et Vth=-Ve A o ic =0 la diode roue libre Dr s’arrête de conduire (se bloque) Uc=0 et Vth=-Ve Phase de roue libre: La durée de dissipation de toute l’énergie stockée dans l’inductance Phase de roue libre: La durée de dissipation de toute l’énergie stockée dans l’inductance iDr(t) iTh(t) (rad)  α Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 33 iC(t)
  • 154. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene   2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) (rad)  α P>0 P=0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)=0 et ic(t)>0 donc P(t)=0 Uc(t)=0 et ic(t)>0 donc P(t)=0 Phase de roue libre Phase de roue libre Redresseur Redresseur Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 34 P=0
  • 155. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene    2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) (rad)  α    cos 1 2π V U max cmoy     dθ 2 2 cos 1 2 V dθ sin V 2 1 dt t U T 1 U 2 max 2 π 2 max T 0 2 c 2 ceff               La tension efficace de Uc : La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax  La valeur moyenne de la tension de sortie Uc peut être ajustée en fonction de la valeur de l’angle de retard à l’amorçage .     2 2 sin 2 2 2 V U max ceff                  dθ sin V 2 1 dt t U T 1 dt t U T 1 U max 2 T t c T 0 c cmoy 0 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 35 La tension moyenne de Uc :
  • 156. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La valeur moyenne du courant ic(t) est : La présence de thyristor impose que le courant ait un signe constant. La valeur moyenne de ce courant est imposée par les paramètres de la source et de la charge résistive.    cos 1 .R 2 V I max cmoy   π    2 π 2 3π 0 (rad)  Vmax Imax UC(t) iC(t) (rad)  α Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 36
  • 157. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Montage d’un redresseur monophasé à point milieu ie1 Uc R ic Ve1 Ve2 Tr V1 i1 ie2 Le montage redresseur à diodes est constitué de deux thyristors connectées en sortie d'un transformateur à point milieu: Commutation parallèle simple - P2 à thyristors A partir du réseau monophasé V1 , on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu deux tensions sinusoïdales Ve1 et Ve2 de même amplitude et déphasées entre elles de : Ve1(t) = Vmax sin t Ve2(t) = Vmax sin (t + ) Ve2(t) = - Ve2 (t) VTh1 Th1 iG1 VTh2 Th2 iG2 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 37
  • 158. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic R ie2 Ve1 Ve2 Tr V1 i1 ie1 VTh1 Th1 Th2 G2 K2 iG2 iG1 K1 G1 Commande Numérique RAZ Vα Réglage de α P (rad)  + iG1, iG2 (rad)  2+ iG1 (rad) + 3+ iG2 Commutation parallèle simple - PD2 à thyristors Synchrone Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 38
  • 159. (rad)   0 2 π 2 3 π Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic VTh1 Ve1 R Th1 + i1 V1 Tr ie1 Uc ic Th2 Ve2 R VTh2 Tr V1 i1 + ie2 Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Uc Ve1 Ve2 iC Ve2/R Ve1/R (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve1 Vmax Ve2 Vmax iC(t) UC(t) Th1 Th2 Imax (rad) (rad)   + + 0 0 0 0 Débit sur une charge résistive R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 39
  • 160. 0   2 π 2 3π (rad) Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Vth1(t) VTh1 2Ve1 0 -2Vmax Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge (rad)   0 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve1 Vmax Ve2 2 π 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Th1 Uc Ve1 Ve2 iC Ve2/R Ve1/R Th2 Imax (rad)  + (rad)  + 0 0 0 0 Ve(t) (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Vmax Ve2 (rad)  + Ve1  + Ve1 V(α) Uc ic VTh1 Ve1 R Th1 ie1 Tension aux bornes de thyristor UTh1=Ve1-UC Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 40
  • 161. La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U   π max max T C moy θ cos π V θ.dθ sin . V π 1 (t)dt U T 1 U U             c      dθ 2 2 cos 1 π V dθ θ sin V 1 dt t U T 1 U 2 max 2 2 max T 0 2 c 2 ceff              Ceff Ceff R.i U  La tension maximale à supporter par le thristor est: VThmax=-2Vmax    cos 1 π V U max cmoy     cosα 1 πR V R U i max cmoy cmoy        2 2 sin 2 2 2 V U max ceff        2 2 sin 2 2 2 R V i max ceff    Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 41
  • 162. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene L Uc ic Ve1 Ve2 R Tr V1 i1 ie1 ie2 Débit sur une charge inductive (R-L) Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive VTh1 Th1 iG1 VTh2 Th2 iG2 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 42
  • 163. T 2 π 2 3 π 0 π 2π iC(t) (rad) iC(t) Imax Imin iC(t) iCmoy  D’après cette figure, on constate que le courant iC(t) oscille entre deux valeurs Icmin et Icmax et l’écart iC(t) on le nomme ondulation du courant. Le rôle du redresseur est d’avoir un courant redressé iCmoy constant . Par contre d’après cette figure, on constate que le courant iC(t) est variable et dépend fortement de la constante du temps électrique  (=R/L). Afin de réduire les ondulations c.a. d iC(t) tend vers zéro il faut augmenter la valeur de l’inductance L. On obtient ainsi, un courant parfaitement lisse et constant. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 43
  • 164. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene 1- Un seul thyristor qui conduit; 2- Un déphasage (φ) entre la tension et le courant α < φ α = φ α > φ Pour la charge inductive: -Angle d’amorçage (α) Deux grandeurs à gérer : - Le déphasage (φ) Ainsi: (rad)  + iG2 (rad) + 3+ iG2 (rad)  2+ iG1 π φ (rad)  + iG2 A φ  avec φ > π, ic =0 A φ  avec φ > π, ic =0 φ φ φ Débit discontinu (interrompu φ<α) : Débit continu (ininterrompu φ=α) : Pas de débit (φ>α) : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 44
  • 165.  0 2 π 2 3π (rad)  (rad) 2 π   0 2 3 π Th2 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve() Vmax Ve2 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (φ<α) : VTh1(t) VTh1 2Ve 0 Vmax iC(t) UC(t) Icmoy -2Vmax iTh1 iTh1(t) (rad)  + Th1 Uc Ve1 Ve2 iC Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Ve2 Icmoy Icmoy Icmoy Icmoy (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Vmax Ve2 Ve() (rad)  + Icmoy V(α) 0 0 Ve φ φ  + +  Ic=0 Ic=0 Ic=0 Ic=0 0 0 V(φ) Uc ic VTh1 Ve1 R Th1 ie1 UTh=Ve1-UC φ Ve V(π+α) φ 2V(φ) 2Ve Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 45
  • 166. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc(t)<0 et ic(t)>0 donc P(t)<0 Uc(t)<0 et ic(t)>0 donc P(t)<0 Redresseur Redresseur (rad) 2 π   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Icmoy  + φ φ +  V(φ) (rad) P>0 P<0 P=0 P=0 P<0 P>0 Phase de roue libre Phase de roue libre Onduleur assistée Onduleur assistée Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Uc(t)>0 et ic(t)>0 donc P(t)>0 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 46
  • 167. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (interrompu φ<α) :    dθ θ sin V 1 dt t U T 1 U max T 0 c cmoy              cos cos π V U max cmoy       cos cos πR V i max cmoy       cos cos R 2 V 2 i i max cmoy Thmoy    π     dθ 2 θ 2 cos 1 π V dθ θ sin V 1 dt t U T 1 U 2 max 2 2 max T 0 2 c 2 ceff                                    2 sin 2 sin 2 1 2 V U max ceff Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor: La tension moyenne de Uc : La tension efficace de Uc : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 47
  • 168. Th2 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve() Vmax Ve2 (rad) 2 π   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Icmoy (rad)  + +  Th1 Uc Ve1 Ve2 iC Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Ve2 Icmoy Icmoy Icmoy Ve() (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Vmax Ve2 (rad)  + Débit continu (φ=α) :   0 2 π 2 3π (rad) VTh1(t) VTh1 2Ve 0 -2Vmax Icmoy iTh1 iTh1(t) Icmoy 2V(α) 0 0 2Ve φ φ V(φ) +  Uc ic VTh1 Ve1 R Th1 iTh1 UTh1=Ve1-UC Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 48
  • 169. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit continu (ininterrompu φ=α) :    dθ θ sin V π 1 dt t U T 1 U max T 0 c cmoy          cos π 2V U max cmoy   cos πR 2V R U i max cmoy cmoy    cos πR V 2 i i max cmoy Thmoy                 d          2 2 cos 1 π V dθ θ sin V π 1 dt t U T 1 U 2 max 2 2 max T 0 2 c 2 ceff 2 V U max ceff  La tension efficace de Uc : Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor: La tension moyenne de Uc : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 49
  • 170. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Le pont de Graëtz est constitué de quatre thyristors montées en parallèle deux par deux. Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge résistive Commutation parallèle double - PD2 à thyristors K A Les thyristors Th1 et Th2 sont à cathodes communes (sont reliées au même point K). Les thyristors Th3 et Th4 sont à anodes communes (sont reliées au même point A). Tr VTh1 V1 i1 Uc ic Ve(t) Source i Charge C.S R Th2 Th3 Th1 Th4 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 50
  • 171. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Commutation parallèle double - PD2 à thyristors Ainsi, dans ce type de montage: A cathodes communes, on dit qu’un thyristor est passant lorsque la tension entre ses bornes est plus positive que les autres. A anodes communes, on dit qu’un thyristor est passant lorsque la tension entre ses bornes est plus négative que les autres. K Th1 Th2 Th4 Th3 Tr VTh1 V1 i1 Uc ic Ve(t) Source i Charge C.S A R (rad)  2+ iG1 , iG3 (rad)  + iG1’, iG2’ (rad) + 3+ iG2 , iG4 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 51
  • 172. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Th2 Th4 Tr iTh2 V1 i1 Uc ic Ve(t) i iTh4 + R Th1 Th3 Tr VTh1 V1 i1 Uc ic Ve(t) i iTh1 iTh3 + R (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve Vmax (rad)   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax (rad)  + (rad)  + Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Uc Ve -Ve iC -Ve/R Ve/R Th1,Th3 Th2,Th4 0 0 0 0 Débit sur une charge résistive R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 52
  • 173. VTh1(t)   0 2 π 2 3π (rad) -Vmax Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve(t) Ve Vmax (rad)  + 2 π 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax (rad)  + Th1,Th3 Th2,Th4 Uc Ve -Ve iC -Ve/R Ve/R 0 0 0 0 +  Tension aux bornes de thyristor VTh Uc Ve -Ve Th1,Th3 Th2,Th4 0 0 Ve V(α) (rad)   0 2 π 2 3 π Ve(t) Ve Vmax (rad)  + 0 V(π+α) Ve Ve Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 53
  • 174. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U  Ceff Ceff R.i U  La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VThmax=-Vmax     cos 1 R 2 V 2 i i max cmoy Thmoy       cos 1 π V U max cmoy                 dθ sin V 1 dt t U T 2 dt t U T 1 U max 2 T t c T 0 c cmoy 0     dθ sin V 1 dt t U T 2 dt t U T 1 U 2 2 max 2 T t 2 c T 0 2 c 2 ceff 0                        2 sin 2 2 2 V U max ceff               2 2 sin 2 2 R 2 V R U i max ceff ceff     cos 1 R . V R U i max cmoy cmoy    Le courant qui traverse un thyristor Dr.F.BOUCHAFAA Redressement non commandé 54
  • 175. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Montage d’un redresseur monophasé alimentant une charge inductive Tr V1 i1 Ve(t) i Th1 Th2 Th4 Th3 C.S K A VTh1 Source Uc ic L R Charge Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 55
  • 176. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) α < φ α = φ α > φ -Angle d’amorçage (α) Deux grandeurs à gérer : - Le déphasage (φ)  + (rad) iG2 (rad) + 3+ iG2 (rad)  2+ iG1 π φ (rad)  + iG2 A φ  avec φ > π, ic =0 A φ  avec φ > π, ic =0 φ φ φ Débit discontinu (interrompu φ<α) : Débit continu (ininterrompu φ=α) : Pas de débit (φ>α) : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 56
  • 177. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit continu (ininterrompu φ=α) : Th3 Th1 VTh1 Tr V1 i1 Ve(t) i Source K A Uc ic L R Charge Th2 Th4 Débit sur une charge inductive (R-L) (rad)  2+ iG1 π φ α = φ (rad)  + iG2 φ Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 57
  • 178. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad) 2 π   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Icmoy (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve() Vmax (rad)  + +  Th1,Th3 Uc Ve iC Icmoy Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge -Ve -Ve Icmoy Icmoy Débit continu (ininterrompu φ=α) :   0 2 π 2 3π (rad) VTh1(t) VTh1 2Ve 0 -2Vmax Icmoy ITh1 iTh1(t) Icmoy 0  + V(α) 0 Ve Th2,Th4 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve() Vmax (rad)  + φ φ Th3 Th1 VTh1 Ve Uc iTh1 L R UTh1=(Ve -UC)/2 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 58
  • 179. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene La tension moyenne de Uc : Le courant moyen et efficace de ic(t) : La tension efficace de Uc : Cmoy Cmoy R.i U  2 V U max ceff  La tension maximale à supporter par le thyristor en inverse est: VDmax=-Vmax    dθ sin V 1 dt t U T 1 U max T 0 c cmoy           cosα π 2V U max cmoy    cos R . 2V R U i max cmoy cmoy   Le Courant qui traverse un thyristor:   cos R V 2 i i max cmoy Thmoy        dθ 2 2 cos 1 π V dθ sin V 1 dt t U T 1 U 2 max 2 2 max T 0 2 c 2 ceff                   Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 59
  • 180. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Th1 VTh1 K A Uc ic L R Charge Th2 Th4 Débit discontinu (interrompu φ<α) : Tr V1 i1 Ve(t) i Source Th3 α > φ (rad)  + iG2 φ (rad)  2+ iG1 π φ Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 60
  • 181. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene  0 2 π 2 3π (rad)  (rad) 2 π   0 2 3 π Th2 (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Ve() Vmax Ve2 Débit discontinu (φ<α) : VTh1(t) VTh1 2Ve 0 Vmax iC(t) UC(t) Icmoy -2Vmax iTh1 iTh1(t) (rad)  + Th1 Uc Ve1 Ve2 iC Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Ve2 Icmoy Icmoy Icmoy Icmoy (rad)   0 2 π 2 3 π Ve1 Vmax Ve2 Ve() (rad)  + Icmoy V(α) 0 0 Ve φ φ  + +  Ic=0 Ic=0 Ic=0 Ic=0 0 0 V(φ) φ Ve V(π+α) φ 2V(φ) 2Ve Th3 Th1 VTh1 Ve Uc iTh1 L R UTh1=(Ve1-UC)/2 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 61
  • 182. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit discontinu (interrompu φ<α) :    dθ θ sin V 1 dt t U T 1 U max T 0 c cmoy              cos cos π V U max cmoy       cos cos πR V i max cmoy       cos cos R 2 V 2 i i max cmoy Thmoy    π    dθ θ sin V 1 dt t U T 1 U 2 2 max T 0 2 c 2 ceff                             2 sin 2 sin 2 1 2 V U max ceff Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor: La tension moyenne de Uc : La tension efficace de Uc : Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 62
  • 183. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Ponts mixtes Un pont mixte est formé pour moitié avec des thyristors et pour moitié avec des diodes. Comparé au pont classique tout thyristors, il a comme avantage de demeurer commandé tout en étant plus robuste, plus économique, (commande plus simple et un meilleur facteur de puissance). Il a l’inconvénient de ne pas fonctionner en onduleur. l y a deux montages des ponts mixtes : Pont mixte asymétrique Pont mixte symétrique Th1 Th2 D1 D2 Uc ic Ve(t) i R Th1 D1 Th2 D2 Uc ic Ve(t) i R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 63
  • 184. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Th1 Th2 D1 D2 Uc ic Ve(t) i R Débit sur une charge résistive R Les deux thyristors ont leurs cathodes soumises au même potentiel. Le générateur d’impulsions délivre des impulsions décalées d’une demi-période entre elles. Pont mixte symétrique Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 64
  • 185. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve Vmax 2 π (rad)   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax (rad) (rad)   + + Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Uc Ve -Ve iC -Ve/R Ve/R Th1,Th2 Th1 D1,D2 0 0 0 0 Débit sur une charge résistive R Th2 Tr iTh2 V1 i1 Uc ic Ve(t) i iTh4 + R D1 Th1 Tr VTh1 V1 i1 Uc ic Ve(t) i iTh1 iTh3 + R D2 Etat des Diodes Th2 D2 D1 Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 65
  • 186. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene                d dt sin V 1 t U T 2 dt t U T 1 U max 2 T t c T 0 c cmoy 0   cos α 1 π V U max cmoy       cos 1 R V R U i max cmoy cmoy        cos 1 R 2 V 2 i i max cmoy Thmoy    La tension moyenne de Uc : Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor: La tension efficace de Uc :     dθ sin V 1 dt t U T 2 dt t U T 1 U 2 2 max 2 T t 2 c T 0 2 c 2 ceff 0                        2 2 sin 2 2 2 V U max ceff               2 2 sin 2 2 R 2 V R U i max ceff ceff               2 2 sin 2 2 2R V 2 i i max ceff Theff Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 66
  • 187. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L) Th1 Th2 Uc ic R L D1 D2 Tr V1 i1 Ve(t) i + (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve Vmax 2 π (rad)   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax (rad) (rad)   + + Uc Ve -Ve iC Icmoy Icmoy Th1,Th2 Th1 D1,D2 0 0 Th2 D2 D1 Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Etat des Diodes Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 67
  • 188. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Débit sur une charge inductive (R-L)                d dt sin V 1 t U T 2 dt t U T 1 U max 2 T t c T 0 c cmoy 0   cos α 1 π V U max cmoy       cos 1 R V R U i max cmoy cmoy        cos 1 R 2 V 2 i i max cmoy Thmoy    La tension moyenne de Uc : Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor: La tension efficace de Uc :     dθ sin V 1 dt t U T 2 dt t U T 1 U 2 2 max 2 T t 2 c T 0 2 c 2 ceff 0                        2 2 sin 2 2 2 V U max ceff Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 68
  • 189. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Pont mixte asymétrique Th1 D1 Th2 D2 Uc ic Ve(t) i R Débit sur une charge résistive R Les deux thyristors ont leurs cathodes soumises à des potentiels différents. Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 69
  • 190. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve Vmax 2 π (rad)   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax (rad) (rad)   + + Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Uc Ve -Ve iC -Ve/R Ve/R Th1,Th2 Th1 D1,D2 0 0 0 0 Débit sur une charge résistive R Etat des Diodes Th2 D2 D1 Th2 Th1 D1 D2 Ve(t) i Uc ic R Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 70
  • 191. Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene                d dt sin V 1 t U T 2 dt t U T 1 U max 2 T t c T 0 c cmoy 0   cos α 1 π V U max cmoy       cos 1 R V R U i max cmoy cmoy        cos 1 R 2 V 2 i i max cmoy Thmoy    La tension moyenne de Uc : Le Courant qui traverse la charge: Le Courant qui traverse un thyristor: La tension efficace de Uc :     dθ sin V 1 dt t U T 2 dt t U T 1 U 2 2 max 2 T t 2 c T 0 2 c 2 ceff 0                        2 2 sin 2 2 2 V U max ceff               2 2 sin 2 2 R 2 V R U i max ceff ceff               2 2 sin 2 2 2R V 2 i i max ceff Theff Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 71
  • 192. Th1 D1 Université des Sciences et de Technologie Houari Boumediene Uc ic R L Th2 D2 Tr V1 i1 Ve(t) i + Pont mixte asymétrique (rad)   0 2 π 2 3 π Ve() Ve Vmax 2 π (rad)   0 2 3 π Vmax iC(t) UC(t) Imax (rad) (rad)   + + Uc Ve -Ve iC Icmoy Icmoy Th1,Th2 Th1 D1,D2 0 0 Th2 D2 D1 Etat des thyristors Tension aux bornes de la charge Courant traversant la charge Etat des Diodes Dr.F.BOUCHAFAA Redressement commandé monophasé 72