TP REDRESSEMENT MONOPHASE NON COMMANDE

FARETIE MATHIEU

KERJEAN MICKAEL

Ce TP porte sur l’étude d’un convertisseur statique : le redresseur (rectifier). Le but d’un

redressement est d’obtenir en sortie du convertisseur un courant et une tension continue.

Lors du TP, tous les calculs ont été fait en négligeant la tension de seuil sur les diodes.

REDRESSEMENT MONO ALTERNANCE

1- CHARGE RESISTIVE

Schéma électrique :

1 .1 Etude théorique

Deux modes de fonctionnement correspondant aux 2 états que peut prendre la diode D :

-Lorsque la diode est en position ON :

s e

e

U U

UI

R

=

=

-Lorsque la diode est en position OFF :

0

0sU

I

==

D’où le chronogramme ci dessous

Tension moyenne aux bornes de la charge :

( )

( )

( )

( ) ( )( )

0

/2

0 /2

/2

max

0

/2

max

0

max

max

max

1( )

1 1( ) ( )

1sin 0

cos2

2cos cos 0

2 2

cos cos 02

T

s s

T T

s s s

T

T

s

T

s

s

s

s

U U t dtT

U U t dt U t dtT T

U U t dtT

U TU t

T

U T TU

T T

UU

UU

ω

ωπ

ππ

ππ

π

< >=

< >= +

< >= +

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >=

∫

∫ ∫

∫

Courant moyen traversant la charge :

( )

( )

( )

( ) ( )( )

0

/2

0 /2

/2max

0

/2

max

0

max

max

max

1( )

1 1( ) ( )

1sin 0

cos2

2cos cos 0

2 2

cos cos 02

T

T T

T

T

T

I i t dtT

I i t dt i t dtT T

UI t dt

T R

U TI t

RT

U T TI

RT T

UI

R

UI

R

ω

ωπ

ππ

ππ

π

< >=

< >= +

< >= +

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >=

∫

∫ ∫

∫

D’où : en théorie on devrait trouver si R=100Ω

103,5

1,03sU V

I A

< >=< >=

1 .2 Etude pratique

A partir du moment ou l’on introduit dans le circuit un élement actif (ici la diode), il apparaît des

harmoniques dont le filtrage si il est bien fait a pour but de diminuer fortement l’amplitude des

composantes spectrale du signal redressé.

courant et tension entrée

tension entrée tension sortie

la diode est bloquée sur le dessin lorsque le courant est nulle.

fft du courant entrée

On a ainsi relevé en pratique <I>=1,05A et <Us>=103,7V ce qui est conforme a la théorie a une faible

incertitude de mesure prêt.

2- CHARGE CAPACITIVE

la fréquence de coupure a -3dB d’un telle filtre est 1

2cf RCπ=

Le tableau suivant correspond aux fréquences de coupures pour les différents couple RC :

-Le but d’un redresseur étant de convertir une source alternative vers une charge alimenté en

continu. Plus la fréquence de coupure du filtre est basse et plus le convertisseur sera efficace, c'est-à-

dire que le taux d’ondulation de la tension de sortie sera faible.

Ici, la fréquence de coupure a -3dB est supérieur a la fréquence du réseau : conclusion : Le

condensateur n’emmagasine pas l’énergie suffisante pour avoir une conduction continu telle que de

l’énergie sera toujours disponible a tout moment.

-Les deux courbes obtenues sur charge résistive et capacitive sont ainsi presque les mêmes puisque

la tension n’est pas vraiment redressé.

20µF 100ohms tension entrée(bleu) tension sortie (jaune)

tension entrée courant entrée

la diode est bloquée sur le dessin lorsque le courant est nulle : ce qui correspond sur le

chronogramme des tensions a la décroissance de la tension (correspondant a la décharge de la

capacité a travers la R).

N’ayant pas respecter le principe de base pour la conversion de l’énergie : charge et source doivent

être de nature différentes pour que la connexion se passe bien le courant résultant est ‘caca’ lorsque

la diode est en position ON

fft courant entrée :

fft tension sortie 45 :

différence observé

pour C grand 35µF 46

pour C petit 5µF 47

On a observer que plus la constante de temps RC est grande et plus la tension tend a devenir

continu.

d’où plus C est est grand et plus l’amplitude des raies diminuent puisque la fréquence de coupure est

plus petite pour C grand.

3- CHARGE INDUCTIVE

Schéma électrique :

la fréquence de coupure a -3dB d’un filtre du premier ordre LR est 1

2 /cf L Rπ=

Le tableau suivant correspond aux fréquences de coupures pour les différents couple LR :

Un problème apparaît sur le schéma, Il n’y a pas de dispositif de roue libre. Cela implique que la

diode ne peut se bloquer qu’au seul moment ou la bobine sera complètement déchargé. En bref un

fonctionnement en conduction continu est impossible et donc le circuit ne peut fournir a la charge

continuellement de l’énergie.

2 modes de fonctionnement sont possible :

-Lorsque la diode est en position OFF : I=0A

-Lorsque la diode est en position ON :

Le circuit est régit par l’équation différentielle : ( )max sindi

U t L Ridt

ω = +

Plus la constante de temps L/R est grande et plus le courant tend vers 0 dans le circuit inductif.

L=1,2H

Tension aux bornes de la charge LR

Courant circulant dans la charge

Fft courant

Fft tension sortie

0,5H

Tension aux bornes de la LR

Courant circulant

Fft courant

Fft tension sortie

la diode est bloquée sur le dessin lorsque le courant est nulle : ce qui correspond pour la tension aux

bornes de la charge a une tension également nulle car on rappelle que la diode est bloquée.

En conséquence plus la bobine est de grande valeur et plus le courant disponible est faible.

Conclusion : La partie filtrage du redressement mono alternance obéit a quelques contraintes :

-sur charge L l’énergie n’est pas disponible a tout moment : ni la tension ni le courant ne sont

redressé : on a ainsi du mal a lui apercevoir un domaine d’application.

-sur charge C de l’énergie est disponible a tout moment : Ce circuit est particulièrement adapté si la

charge veut voir une tension fixe.

-sur charge R on n’as pas de filtrage. Son unique utilité consiste a voir les harmoniques que l’on a

créer par l’adjonction de la diode afin de comparer sur le filtrage quelles raie spectrales ont été

atténués. .

REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE

1- CHARGE RESISTIVE

Schéma électrique :

2 modes de fonctionnement :

==> D1on et D2 off lorsqu’on a au secondaire une alternance positive

==> D1 off et D2 on lorsqu’on a au secondaire une alternance négative

valeur du courant et de la tension moyenne, s’agissant d’un redressement double alternance le

principe de calcul est le même que sur le redressement monoalternance :

Tension moyenne aux bornes de la charge :

( )

( )

( )

( ) ( )( )

0

0

/2

max

0

/2

max

0

max

max

max

1( )

1( )

2sin

2cos

2

2 2cos cos 0

2 2

2cos cos 0

2

2

253

T

s s

T

s s

T

s

T

s

s

s

s

s

U U t dtT

U U t dtT

U U t dtT

U TU t

T

U T TU

T T

UU

UU

U V

ω

ωπ

ππ

ππ

π

< >=

< >=

< >=

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >=

< >=

∫

∫

∫

Courant moyen traversant la charge :

( )

( )

( )

( ) ( )( )

0

0

/2max

0

/2

max

0

max

max

max

1( )

1( )

2sin

2cos

2

2 2cos cos 0

2 2

2cos cos 0

2

2

253

T

T

T

T

I i t dtT

I i t dtT

UI t dt

T R

U TI t

RT

U T TI

RT T

UI

R

UI

RI mA

ω

ωπ

ππ

ππ

π

< >=

< >=

< >=

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >=

< >=

∫

∫

∫

partie experimentale

Tension entrée courant sortie

Tension sortie

S’agissant d’un redressement double alternance, la fréquence du signal de sortie est de 100Hz

Fft tension sortie

Fft courant de sortie

Les spectres comportent ainsi des raies multiple entier de la fréquence fondamental : 100Hz

2- CHARGE CAPACITIVE

Tension entrée tension sortie

Tension entrée courant sortie

Fft courant sortie

Fft tension sortie

la diode est bloquée sur le dessin lorsque le courant est nulle : ce qui correspond sur le

chronogramme des tensions a la décroissance de la tension (correspondant a la décharge de la

capacité a travers la R).

N’ayant pas respecter le principe de base pour la conversion de l’énergie : charge et source doivent

être de nature différentes pour que la connexion se passe bien le courant résultant est ‘caca’ lorsque

la diode est en position ON

3- FILTRAGE INDUCTIF

Tension entrée(bleu) tension sortie(jaune)

Tension entrée(bleu) courant sortie(jaune)

Fft courant sortie

Fft tension sortie

Conclusion : La partie filtrage du redressement double alternance obéit a quelques contraintes :

-sur charge L, le courant seulement est redressé (conduction continu) tandis que la tension a la

même forme que sur charge résistive.

-sur charge C des déformations apparaissent mais la tension est redressé telle qu’on a conduction

continu de la tension. Le courant quand a lui est comme expliqué précédemment ‘caca’ car on a

source tension charge en tension

-sur charge R on n’as pas de filtrage. Son unique utilité consiste a voir les harmoniques que l’on a

créer par l’adjonction des diodes afin de comparer sur le filtrage quelles raie spectrales ont été

atténués.

REDRESSEMENT EN PONT

1- CHARGE RESISTIVE

Le facteur de forme est le rapport de la valeur efficace sur la valeur moyenne d’un signal.

Le taux d’ondulation est le rapport entre la valeur efficace de l’ondulation sur la valeur moyenne

d’un signal.

La tension de sortie d’un redresseur est composée d’une tension continue constante à laquelle est

superposée une tension alternative : l’ondulation

On peut ainsi écrire :

( ) ( ) ( )( ) ( )

( ) ( )( )

( )( )

2 2 2

_ _

2 2

_ _

2 2

__

2

2

__

2

_

1

1

sortie eff ondulation eff moy

ondulation eff sortie eff moy

sortie eff moyondulation eff

moymoy

sortie effondulation eff

moy moy

ondulation efff

moy

V V V

V V V

V VV

V V

VV

V V

VF

V

τ

τ

τ

= +

= −

−= =

= = −

= = −

Sur R Veff=99V Vmoy=203V d’où le taux d’ondulation

Tension entrée ( bleu) et courant(jaune)

Tension entrée ( bleu) et tension sortie (jaune)

Valeurs expérimentales :

facteur de forme : _ 1, 25sortie eff

fmoy

VF

V= =

taux d’ondulation : _ 1 50%ondulation eff

fmoy

VF

Vτ = = − =

2- CHARGE CAPACITIVE

Tension entrée ( bleu) et courant(jaune)

Tension entrée ( bleu) et tension sortie (jaune)

Fft courant

Fft tension

la diode est bloquée sur le dessin lorsque le courant est nulle : ce qui correspond sur le

chronogramme des tensions a la décroissance de la tension (correspondant a la décharge de la

capacité a travers la R).

N’ayant pas respecter le principe de base pour la conversion de l’énergie : charge et source doivent

être de nature différentes pour que la connexion se passe bien le courant résultant est ‘caca’ lorsque

la diode est en position ON

Le but d’un filtrage de type capacitif est bien de diminuer si il est bien fait le taux d’ondulation de la

tension :

ici on a calculer :

facteur de forme : _ 1,03sortie eff

fmoy

VF

V= =

taux d’ondulation : _ 1 18%ondulation eff

fmoy

VF

Vτ = = − =

3- CHARGE INDUCTIVE

On a pas eu le temps de finir cette partie du TP mais on peut penser que le but est de diminuer le

taux d’ondulation du courant de sortie. Le courant étant redressé mais pas la tension .

-REDRESSEMENT MONO ALTERNANCE :

AVANTAGES : facilité de mis en œuvre.

INCONVENIENTS : son spectre comporte des raies multiples entier de 50Hz ce qui implique comparée

aux redressement double alternance pour un même taux d’ondulation des composants pour le

filtrage de valeurs plus grandes et donc plus chère.

L’autre inconvenient majeur intervient lors d’un filtrage de type inductif. Sans diode de roue libre,

plus la bobine sera grande et moins l’énergie sera disponible.

-REDRESSEMENT EN PONT :

AVANTAGES : son spectre comportant des rais multiple entier de 100Hz, pour un même taux

d’ondulation, comparé au redressement monoalternance, le filtrage pourra être fait de composant

de moindres valeurs et donc moins chère.

INCONVENIENTS : a cause de la tension de seuil des diodes, la masse du montage n’est pas

exactement la même masse que celle de l’alimentation.

-REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE SANS PONT :

AVANTAGES : son spectre comportant des rais multiple entier de 100Hz, pour un même taux

d’ondulation, comparé au redressement monoalternance, le filtrage pourra être fait de composant

de moindres valeurs et donc moins chère.

La masse du montage sera le potentiel du point milieu.

Sauf si on utilise un autotransformateur on aura l’isolation galvanique qui assurera la protection de

l’utilisateur.

INCONVENIENTS : Il faudra faire attention a la puissance en VA que pourra débiter le transformateur.

Plus la charge est d’impédance faible et plus le transformateur sera encombrant et chère.

CONCLUSION : un des gros problèmes de ce type de filtrage c’est qu’avec un filtrage de type inductif

ou capacitif, on ne redresse pas courant et tension telle que la puissance instantanée que consomme

le charge est nulle dans une partie du cycle. Pour remédier a cela, on pourrait utiliser un filtrage en T

(L R L) pour une charge en tension ou un filtrage en pi (C L C) pour une charge en courant. Cela

permettrait d’avoir une puissance instantannée qui ne sera jamais nulle.