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Post on 04-Apr-2015
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1
Les redresseurs
=
1
2
(3)
+
-
Pierre-Alain GILLESEEA / Conversion d’énergie
Conversion électrique / électriquealternatif continu
2
Redresseur élémentaire à 1 diode
1- Montages élémentaires
Charge résistive :
Charge inductive :
<vs> et <is> > 0mais très mal lissés ...
vs
is
is mieux lissémais < vs > ...
D On D Off T
( V ou A )
3
Hypothèse pour la suite:charge = source de courantis = Is = Cte
Redresseur élémentaire à 2 diodes
vs
is
redressement double alternanceis ne s’annule pas
D1 D2 T
1- Montages élémentaires
4
Redresseurs élémentaires triphasés
Montage à cathodes communes :
Montage à anodes communes :
vs
Is = Cte1
2
3D1 D2 D3
D3 D1 D2
vs
C’est la diode connectée au potentiel« le plus positif » qui conduit
vs
T
vs
C’est la diode connectée au potentiel« le plus négatif » qui conduit
1- Montages élémentaires
5
Redresseur élémentaire commandé
vs
Is = Cte1
2
3vs
Instants d’amorçage naturel
Ψ Ψ Ψ
Ψ Angle de retard à l’amorçagedes thyristors
< vs > réglable par Ψ
T
T1 T2 T3
1- Montages élémentaires
6
V2Vs
Is ie
v Vs
ie
Is=cte
vD1
iD1
D2 D3
D4
D1D3
D2 D4 D1 D3
Pont monophasé à diodes
2- Montages en pont
v
...
T
τond = 78 %k = 0,900
THDi = 48 %
7
Vs
V2
V632
V212 3
U23 U21 U31 U32 U12=V1-V2U13
Is iD1
i1
Vs
123
i1
Is
vD1
iD1D3 D5
D2 D4 D6
Pont triphasé à diodes
D3 D5 D1D6 D2 D4
T0
0
D1
D2
τond = 7 %k = 0,955
THDi = 31 %
2- Montages en pont
8
V2
Vs
Pont commandé à thyristors
Vs
123
i1
Is
Vs
Puissance
=
Fontionnement en onduleur autonome : > → < vs > < 0
vs
Is ≥0
< vs > réglable
2- Montages en pont
9
Filtre LC
3- Qualité côté charge
vs E
ILInductance de lissage :
Ch
argevs
is
E
IL
C
Filtre LC :
L’inductance lisse le courantLa capacité lisse la tension
Cahier des charges : ondulation de I et/ou E→ choix de L et C
τond ≈ 1 %
MCC
Pont de diodestriphasé
E ≈ < vs >
10
Redresseur sur charge capacitive
Ch
arge
vs
ie I
C
Pont de diodesmonophasé
is
L’hypothèse is = Cte n’est pas valable ici ...
D1 + D3 D2 + D4
v
Plus la capacité est grande plus la tension est lissée
τond = 1 à 5 %
aucunediode
aucunediode
mais ... (Cf 16)
3- Qualité côté charge
11
T
R
Hacheur de freinage
4- Réversibilité en courant
Moteurvs
is ≥ 0
E
I
Pont de diodesnon réversible en courant
Alimentation d’un moteur à courants alternatifs (variateur de vitesse) :
Pour freiner le moteur il faut I < 0→ charge de C, E
Hacheur de freinage :Dissipation de l’énergie de freinage par effet Joule dans R
Onduleur
12
Is
BB 36000 Alstom / SNCF 1998
Pont 4 quadrants
Pont réversible en courant
interrupteur réversibleen courant
Is < 0 possible→ freinage avec renvoi d’énergie sur le réseau
4- Réversibilité en courant
135- Qualité côté réseau
Qualité côté réseau
Un redresseur est une charge non linéaire :alimenté par une tension sinusoïdale, il absorbe un courant qui ne l’est pas
Les harmoniques du courant absorbé polluent le réseauet dégradent le facteur de puissance
Les normes CEM sont de plus en plus contraignantes ...
2 problèmes :- Le facteur de puissance- La pollution du réseau → perturbations conduites & rayonnées
= pb de compatibilité électromagnétique ( CEM )
14
Harmoniques pour un redresseur sur charge capacitive
Ch
arge
ie
Pont monophasé
Evolution temporelle de ie
Spectre de ie
Pollution harmonique très importante : THDi = 200 à 300 % !Mauvais facteur de puissance : k ≈ 0,4→ montage réservé aux petites puissances
quel avenir avec le durcissement des normes CEM ? ...
H1 = fondamental à 50 HzH3
H5H7
H9H11
H13...
harmoniques impaires
(A)
5- Qualité côté réseau
15
Harmoniques pour un redresseur avec filtre LC
Spectre
t
i1
Gabarit de la normepour I > 16 A /phase
CEI / EN 61000
L’inductance sur le bus continu permet d’atténuer les harmoniquesmais est insuffisante pour satisfaire les normes CEM pour I > 16 A
THDi = 31 %k = 0,955
i1
5- Qualité côté réseau
16
Solution à composants passifs
=
charge
CL5 C5L7 C7
FiltrageH5
Compensationde Q
FiltrageH7
ωjC
ωCL1
ωjC
1ωjLjωZ
5
255
555
H1, H5, H7, H11...
H5H7
H1, H11...Q = 0
Q
1ωCL 255 si
Z5 = 0 H5 est court circuité
à 5x50 Hz
Pontcommandé
Solution désormais réservée aux très fortes puissances
5- Qualité côté réseau
17
Absorption sinusoïdale : Redresseur MLI 4 quadrants
DénominationRedresseur sinusRedresseur haute fréquenceRedresseur MLI
Avantages4 quadrantsTHDi 4 % k 0,98Possibilité de fournir du réactif
Inconvénients (de moins en moins vrai avec les progrès techniques)Commande complexe → coûteux Bcp de commutations → pertes élevées → limité en puissance
inductancesde filtrage
MOSou IGBT
Chez Siemens : variateurs de vitesse à redresseurs 4Q jusqu’à 1,2 MW
5- Qualité côté réseau
18
Solution performantemais coûteuse
k ↗ 0,98THDi 4 %
Absorptionsinusoïdale :Filtre actif
Structure de typeonduleur
5- Qualité côté réseau
19
Filtre réseau
Même avec les solutions d’absorption sinusoïdale,il reste des harmoniques HF ( radiofréquences > 100 kHz )
Harmoniques de faible amplitude,mais à fort pouvoir polluant local en perturbations rayonnées
Les hautes fréquences sont assez faciles à filtrer
Arcotronics
5- Qualité côté réseau
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2 motrices x 3 bogies x 2 MCC x 580 kWalimentation bi-courant
TGV PSE Alstom / SNCF 1981
Changement des balais tous les 100 000 km
6- Applications
21
Traction 1500 V continu
3,1 MW - 200 km/h
Hacheur à thyristors
6- Applications
22
Traction en 25 kV alternatif
6,45 MW - 270 km/heffort de traction: 222 kN max 95 kN nominal1 rame = 385 t
Pont mixtemonophasé
6- Applications
23
Hacheur de freinage
Freinage rhéostatiqueContrôle par modification résistance apparente ou défluxage
6- Applications
24
Liaisons à courant continu
4 ponts en série→ qualité côté charge et réseau
Harmoniques k
Pb du transport de la puissance réactive => CCHT si > 40 km en sous-marin> 800 km en aérien
France Angleterreliaison sous-marine
IFA 2000: France Angleterre 2000 MWSaCoI: Sardaigne Corse Italie7 liaisons Europe continentale ScandinavieLiaison Italie Grèce
6- Applications
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