KERJEAN Mickael FARETIE Matthieu

TP REDRESSEMENT MONOPHASE COMMANDE

Dans la vie courante, nous utilisons tout les jours des appareils dont l’alimentation est composé de convertisseur et dont le but est d’adapter la tension du réseau pour une utilisation spécifique. Un des problème posés par l’utilisation de diode concerne la puissance que l’on peut envoyé a la charge qui est une constante du circuit. Une des manière de moduler cette puissance envoyée est l’utilisation de thyristors qui permettra avec une commande appropriée d’influer directement sur la puissance dissipée par la charge.

Tout au long de ce TP nous avons utiliser des sondes, il faudra donc multiplier les tensions par 12,4 et le courant par 0,8 pour avoir les valeurs réelles.

REDRESSEMENT MONO-ALTERNANCE

1) Charge résistive:

on a trouvé expérimentalement que la tension efficace aux bornes de la charge était de 16V

Tension moyenne aux bornes de la charge :

( )

( )

( )

( ) ( )( )

( )( )

0

/2

/2

/2

max

/2

max

max

max

max

1( )

1 1( ) ( )

1sin 0

cos2

2cos cos

2 2

cos cos2

1 cos2

16 21 co

2

T

s s

T T

s s s

T T

T

s

T

T

sT

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 T

UU

UU

U

α

α

α

ω

ωπ

π απ

π απ

απ

π

< >=

< >= +

< >= +

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >= +

< >= +

∫

∫ ∫

∫

( )( )s 0

7.2sU V< >=

Courant moyen traversant la charge :

( )

( )

( )

( ) ( )( )

( )( )

( )( )

/2

/2

/2max

/2

max

max

max

max

1( )

1 1( ) ( )

1sin 0

cos2

2cos cos

2 2

cos cos2

1 cos2

16 21 cos 0

2 100

T

T

T T

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

I

α

α

α

α

ω

ωπ

π απ

π απ

απ

π

< >=

< >= +

< >= +

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >= +

< >= +⋅

∫

∫ ∫

∫

72I mA< >=

En pratique on obtient avec le multimetre en position dc <Us>=7,1V et <Is>=70mA

A un incertitude de mesure prêt les résultats théoriques et expérimentaux sont les mêmes.

tension d'entrée (en bleu) et courant d’entrée (en jaune)

on a bien coupé les alternances négatives de la tension du réseau.

tension aux bornes de la charge (en bleu) et le courant dans la charge (en jaune)

Courant et tension ont bien la même forme telle que U=RI

Ordre de commande du thyristor

On peut voir sur le graphe représentant le courant qui traverse la charge résistive, les instants de commutations:

Courbe représentant la valeur moyenne de la tension de sortie en fonction de l’angle d’amorcage : <Ur>=f(α)

la valeur moyenne de Us n’est pas du tout linéaire.

On rappelle l’expression : ( )( )max 1 cos2s

UU α

π< >= +

2) Filtrage capacitif:

La tension d'entrée (en jaune), tension aux bornes de la charge (en bleu) avec un angle égal à 0°.

courant d'entrée (en jaune) et courant qui traverse la charge (en bleu) avec un angle égal à 0°.

tension d'entrée (en jaune) et tension aux bornes de la charge (en bleu) avec un angle égal à 50°.

courant d'entrée (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) avec un angle égal à 0°.

La charge étant de nature capacitive, la diode pour se bloquer provoque aux bornes de la

charge une discontinuité en courant visible sur les oscillogrammes. Ce qui se traduit physiquement a l’instant ou le condensateur commence a se déchargé. Cependant, celui-ci étant de valeur trop faible le lissage ne permet pas de redressé correctement la tension. En utilisant un retard on remarque, courant et tension moyenne diminue et donc courant et tension efficace diminue de la même facon, ce qui a pour effet de modifier la puissance que l’on peut envoyé a la charge. Plus l’angle est grand et plus la puissance disponible pour la charge est faible. Cette puissance étant maximale pour alpha=0. N’ayant pas respecté le principe de la conversion d’énergie : un système doit voir a ses bornes une source et une charge de nature opposé le courant résultant est ‘caca’.

fft du courant qui traverse la charge:

Les harmoniques présentes sont des multiples entier entier de la fréquence fondamental : 50Hz. Cette fft présente un grand nombre d’harmonique qui ne sont pas atténués.Il y a de nombreuses harmoniques peu atténuées en haute fréquence.

3) Filtrage inductif:

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle de 0° et une bobine avec L=1,2H:

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle nul et une bobine avec L= 0,4H:

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle de 20° et une bobine avec L =0,4H:

courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) L =1,2H

Dans ce cas pour bloquer le thyristor il faut a la fois que la tension d’anode soit inférieur a la tension de cathode (qui correspond a l’instant ou le courant est maximale et ou l’inductance renvoit l’énergie accumulé a travers la résistance) et que l’on ait un passage par zéro du courant. C’est a cette instant alors que la tension présente une discontinuité sur la charge.

fft du courant dans la charge :

Contrairement au montage avec filtrage capacitif ou l’on ne respectait pas la rêgle disant charge et source doivent être de nature différente, ici on a bien source en tension et charge en courant, le courant résultant ne présente plus d’harmoniques importantes après la 5ème raie. C’est seulement la présence des premières rais de rang 1 2 3 et 5 qui fait que la forme d’onde du courant présente des irégularités. Pour y rémédier il aurait fallut surdimenssionner les composants utilisés lors du filtrage. Cependant en redressement monoalternance sur charge inductive pure, utilisé une bobine de forte valeur ne diminuera pas le taux d’ondulation du courant puisqu’à peine celle-ci aura commencer a se charger que la tension d’anode deviendra inférieur a la tension de cathode et qu’elle devra se décharger pour avoir un passage du courant vers 0 telle que la diode se bloquera (vérifié en simulation et par le calcul )

4) Conclusion sur le redressement mono alternance:

L’utilisation de redressement mono alternance commandé a l’avantage de pouvoir réguler la tension moyenne et le courant moyen circulant dans la charge et donc par extension le courant et la tension efficace et donc la puissance fournit a la charge. C’est bien ce que l’on a observé en pratique. On dinstingue bien les deux types de charge (capacitif ou inductif) qui ne joue pas du tout sur les mêmes phénomène puisque que contrairement a la charge de type capacitive, la charge inductive ne permettra jamais d’avoir une conduction continue. Cependant on pourrait peut être y arriver en utilisant un filtrage adéquat (filtre en T ou en pi).

L’inconvenient majeur de ce type de structure est que la tension moyenne courant moyen de ces structures sont faibles comparés a un redressement double alternance.

REDRESSEMENT DOUBLE-ALTERNANCE

1) Charge résistive:

Tension moyenne aux bornes de la charge :

( )

( )

( )( )

0

0

/2

max

/2

max

max

max

max_ 0

_ 0

1( )

1( )

2sin

2cos

2

2 2 2cos cos

2 2

2cos cos

2

2

253

T

s s

T

s s

T

s

T

T

sT

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 T T

UU

UU

U V

α

α

α

α

ω

ωπ

π π απ

π απ

π=

=

< >=

< >=

< >=

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >=

< >=

∫

∫

∫

Courant moyen traversant la charge :

( )

( )

( ) ( )( )

0

0

/2max

/2

max

max

max

max_ 0

_ 0

1( )

1( )

2sin

2cos

2

2 2 2cos cos

2 2

2cos cos

2

2

253

T

T

T

T

T

T

I i t dtT

I i t dtT

UI t dt

T R

U TI t

RT

U T TI T

RT T T

UI

R

UI

R

I mA

α

α

α

α

ω

ωπ

π π απ

π απ

π=

=

< >=

< >=

< >=

− < >=

< >= − −

< >= − −

< >=

< >=

∫

∫

∫

Comme précédemment les valeurs mesurés et théoriques concordent.

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle nul:

Les alternances négatives du signal redressé ont bien été redressé telle que la tension de sortie a une fréquence de 100Hz

tension d'entrée (en bleu) et la tension aux bornes de la charge (en jaune) pour un angle égal à

90°:

courant d'entré (en jaune) courant qui traverse la charges (en bleu):

ordres de commandes des thyristors en fonction des instants de commutations. Il est évident ques les deux signaux de commande sont en opposition de phase afin d’éviter un court circuit pur et simple entre la borne positive et négative du transformateur.

On peut voir sur le graphe suivant les instants de commutations correspondant :

2) Filtrage capacitif:

tension d'entrée (en bleu) tension aux bornes de la charge (en jaune) pour un angle de retard nul et C=35µF:

tension d'entrée (en bleu) et la tension aux bornes de la charge (en jaune) pour un angle de retard nul pour un C=20µF:

Ici la tension a été redressé correctement telle qu’on a plus la conduction continue obtenue en redressement mono alternance. Ce qui s’explique qu’avec le condesateur pris la fréquence de coupure était compris entre 50 et 100Hz.

courant d'entrée (en jaune) et courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de retard nul avec un C=35µF:

fft du courant qui traverse la charge.

On peut voir comme dans la première partie que la décharge du condensateur permet de lisser légèrement le courant sauf que maintenant le condensateur se charge et se décharge deux fois plus souvent, sur l'alternance positive et l'alternance négative de la tension d'entrée, . Les harmoniques présentes sont des multiples entier entier de la fréquence fondamental : 100Hz. Cette fft présente un grand nombre d’harmonique qui ne sont pas atténués.Il y a de nombreuses harmoniques peu atténuées en haute fréquence. Comme précédemment cela est caractérisitque que la charge et la source sont de même nature (en tension)

3) Filtrage inductif:

tension d'entrée (en bleu) et la tension aux bornes de la charge (en jaune) pour un angle nul:

tension d'entrée (en bleu) et la tension aux bornes de la charge (en jaune) pour un angle de 50°:

ayant respecté le principe charge en courant et source en tension la tension ne présente pas de déformation

courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle nul:

courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de 50°:

La variation de l’angle de retard permet bien de modifier la valeur moyenne du courant dans la charge telle qu’ici on a une conduction continue. Cependant le courant d’entrée qu’edf nous donne présente beaucoup de déformation due a la commutation des thyristors.

fft du courant qui traverse la charge angle de retard nul :

Il n'y a quasiment pas d'harmonique , plus la valeur de la bobine est élevé et plus les raies de la fft sont petites et plus le courant de sortie est quasi continue.

4) Conclusion sur le redressement double-alternance:

Comme précédemment ,l’utilisation d’un redressement double alternance commandé a l’avantage de pouvoir réguler la tension moyenne et le courant moyen circulant dans la charge et donc par extension le courant et la tension efficace et donc la puissance fournit a la charge. C’est bien ce que l’on a observé en pratique. Ici une charge de type capacitive permet de redressé uniquement la tension et une charge de type inductive permet de redressé uniquement le courant .

L’avantage majeur de ce type de structure est que la tension moyenne courant moyen de ces structures sont le double du redressement double alternance.

REDRESSEMENT EN PONT

1) Charge résistive:

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

= +

= −

−= =

= = −

= = −

on remarque qu’en diminuant la valeur moyenne d’un signal le facteur de forme et donc le taux

d’ondulation diminue.

tension d'entrée (en bleu) et la tension aux bornes de la charge (en jaune) pour un angle nul:

Les alternances négatives du signal redressé ont bien été redressé telle que la tension de sortie a une fréquence de 100Hz

le courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle nul.

On peut voir sur le graphe suivant les ordres de commandes des thyristors et sur le graphe d'après les commutations. T1 et T4 est en jaune et T2 et T3 est en turquoise. On a un angle nul.

2) Filtrage capacitif:

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle de 90° pour un C=35µF:

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle de 0° pour un C=35µF:

courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de 90° pour un C=35µF:

courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de 0° pour un C=35µF:

fft du courant absorbé par la charge :

La fréquence entre chaque harmonique est de 100Hz. On voit qu'avec le pont de Graëtz il n'y a des harmonique que tous les 100Hz contrairement aux redressement double alternance avec deux thyristors ou l'on voit des harmoniques de faible amplitudes tout pour les harmoniques paires.

3) Filtrage inductif:

tension d'entrée (en jaune) et la tension aux bornes de la charge (en bleu) pour un angle de 0° pour un L = 1,2H:

courant d'entré (en jaune) et courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de 0° pour L= 1,2H:

courant d'entré (en jaune) et courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de 0° pour un L= 0,2H:

courant d'entré (en jaune) et le courant qui traverse la charge (en bleu) pour un angle de 90° pour un L= 1,2H:

Même remarque que pour le redressement double avec le transformateur. Plus on prend une bobine de grande valeur et plus le courant qui traverse la charge est lissé.

On obtient la fft du courant absorbé par la charge suivante:

Si l'on réalise un pont de Graëtz avec un filtrage de type inductif seul une raie spectrale subsiste, le continu et une légère oscillation centré en 100hz.

4) Conclusion sur le redressement double-alternance:

Le redressement en pont de gretsh permet d’enlevé la puissance déformante présent dans les autres type de redressements.

Comme précédemment ,l’utilisation d’un redressement double alternance commandé a l’avantage de pouvoir réguler la tension moyenne et le courant moyen circulant dans la charge et donc par extension le courant et la tension efficace et donc la puissance fournit a la charge. C’est bien ce que l’on a observé en pratique.

Ici une charge de type capacitive permet de redressé uniquement la tension et une charge de type inductive permet de redressé uniquement le courant .

L’avantage majeur de ce type de structure est que la tension moyenne courant moyen de ces structures sont le double du redressement double alternance.