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CONVERSION

ALTERNATIF-CONTINU

CI3 : Chaînes d'énergie

CONVERSION ALTERNATIF-CONTINUCOURS

Edition 2 - 02/12/2018

Lycée Jules Ferry - 06400 Cannes

ats.julesferry.cannes@gmail.com 1/16

CHAÎNE D'INFORMATION

ACQUERIR

TRAITER

COMMUNIQUER

CHAÎNE D'ENERGIE

ALIMENTERDISTRIBUERCONVERTIRTRANSMETTRE

ACTION

PROBLEMATIQUE

" L'énergie électrique est acheminée vers les points de distribution en régime sinusoïdal. Or de très nombreux récepteurs nécessitent une alimentation continue. Il est donc nécessaire de pouvoir convertir une énerg ie sinusoïdale en énergie continue » B - MODELISERB - MODELISERB - MODELISERB1 : Identifier et caractériser les grandeurs physiques agissant sur un système Identifier les pertes d'énergie dans un convertisseur statique d'énergie, dans un actionneur ou dans une liaison

B2 : Proposer un modèle de connaissance et de

comportement Associer un modèle aux constituants d'une chaîne d'énergie

B2 : Proposer un modèle de connaissance et de

comportement Adapter la typologie d'un convertisseur statique à la nature des sources

C - RESOUDREC - RESOUDREC - RESOUDREC1 : Choisir une démarche de résolutionProposer une méthode de résolution permettant la détermination des

courants des tensions, des puissances échangées, des énergies transmises ou stockées C2 : Procéder à la mise en oeuvre d'une démarche de résolution analytique Déterminer les courants et les tensions dans les composants C2 : Procéder à la mise en oeuvre d'une démarche de résolution analytique

Déterminer les puissances échangées

C2 : Procéder à la mise en oeuvre d'une démarche de résolution analytique Déterminer les énergies transmises ou stockées

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ProblématiqueEdition 2 - 02/12/2018

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Sommaire

A.1.Généralités

4

A.2.Diode de redressement

4

A.2.1.Diode idéale

A.2.2.Diode réelle

A.3.Couplage au récepteur

5 B.______________________________________________Redressement mono alternance!6

B.1.Généralités

6

B.2.Caractéristiques

7

B.2.1.Tension moyenne de sortie

B.2.2.Valeur efficace du courant

B.2.3.Puissance transmise et facteur de puissance

B.2.4.Spectre de fréquence

C._____________________________________________Redressement double alternance!9

C.1.Principe

9

C.2.Forme d'onde

9

C.3.Caractéristiques

10

C.3.1.Tension moyenne de sortie

C.3.2.Puissance transmise et facteur de puissance

C.3.3.Spectre de fréquence

C.4.Dimensionnement des diodes

12

C.4.1.Diodes idéales

C.4.2.Diodes réelles

D.____________________________________________________Redressement triphasé!14

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A.Problématique

A.1. Généralités

Le principe de base de la transformation d'une tension sinusoïdale en une tension continue est la suppression

des composantes négatives du signal d'origine. Il faut donc utiliser un composant unidirectionnel en tension : la diode de puissance.

A.2.Diode de redressement

Rappelons que la diode est un composant passif, qui n'est commandable ni à l'ouverture, ni à la fermeture. L'allure de sa courbe caractéristique dépend du degré de précision souhaité dans sa modélisation.

A.2.1.Diode idéale

Une diode idéale est passante lorsqu'elle est soumise à une tension positive, sinon elle est bloquée.

Lorsqu'elle est passante, elle se comporte comme un interrupteur idéal. Sa courbe caractéristique est alors la suivante : Une telle diode est unidirectionnelle en courant (seuls les courants positifs positifs existent).

Ainsi, les relations caractéristiques sont :

i D =0 si V D <0 V D =0 si i D >0 Dans les études des redresseurs qui suivent dans ce cours, les diodes seront supposées idéales.

Toutefois, dans l'objectif de dimensionner les diodes, il pourra être nécessaire de modéliser plus finement les

diodes de puissance, en tenant compte de leur résistance interne et de leur tension de seuil V D i D i D V D

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A.2.2.Diode réelle

Plusieurs modèles de diode existent. Nous retiendrons le modèle qui considère la diode comme un générateur

idéal de tension en série (tension de seuil) avec une résistance dynamique (résistance interne) :

V D i D V D V TD R D i D

La courbe caractéristique de cette diode est :

La diode devient passante lorsque

V D >V TD , et la relation caractéristique est alors V D =V TD +R D i D

A.3.Couplage au récepteur

Le signal de sortie dépend de la nature de la charge en aval du redresseur.

Un moteur est modélisé par une charge R+L+E. Une batterie est modélisée par une charge R+E.

Rappelons que les règles d'association des sources doivent être respectées : si la source d'entrée est une

source de tension, alors la sortie doit être assimilée à une source de courant (charge inductive par exemple).

i D V D V TD

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B.Redressement mono alternance

B.1.Généralités

Le redr essement mono alternance est le montage de base des redresseurs de tension. Il consiste à ne conserver que les valeurs positives de la source d'entrée. Le signal d'entrée est sinusoïdal, de pulsation et de tension e ffi cace V

V(t)=V2sinωt

La charge est quant à elle supposée, dans l'étude qui suit, être purement résistive.

Comportement pour

A t=0, la tension V(t) devient positive, ce qui entraîne V D >0 : la diode devient passante. Alors V D =0 et V R (t)=V(t)

D'où

i(t)= V R R

Comportement pour

2ω

Le courant

i(t) s'annule, et provoque le blocage de la diode. Alors i(t)=0 et V R (t)=0

Forme d'onde

V D V(t)

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B.2.Caractéristiques

B.2.1.Tension moyenne de sortie

V(t)dt 0 T/2 1 T

V2sinωt

dt 0 T/2 V2 Tω cosωt 0 T/2 V2 B.2.2.Valeur efficace du courant I eff 2 == 1 T V R 2 (t) R 2 dt 0 T 1 TR 2 V R 2 (t)dt 0 T/2 1 TR 2

V2sinωt

2 dt 0 T/2 2V 2 2TR 2 t- sin2ωt 2ω 0 T/2 V 2 2R 2 I eff V R2

B.2.3.Puissance transmise et facteur de puissance

La puissance active transmise à la charge est calculée par : P R == 1 T

V2sinωt

V R

2sinωt

dt 0 T/2 2V 2 RT sin 2 ωt dt 0 T/2 P R V 2 2R

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ats.julesferry.cannes@gmail.com 7/16 Or la puissance apparente de la source de tension vaut S=V.I eff V 2 R2

Le facteur de puissance est alors égal à :

F P P R S 2 2

Ce facteur de puissance n'est pas élevé, et montre ainsi que le convertisseur "Redresseur mono alternance»

n'optimise pas le couplage avec le récepteur.

B.2.4.Spectre de fréquence

Le spectr e du signal de sortie, obtenu p ar

décomposition en série de Fourier, montre que ce convertisseur génère un certain nombre d'harmoniques.

En particulier, la composante continue (pour f=0

Hz) a une am plitud e plus faib le que celle des

harmoniques, ce qui montre que le convertisseur dégrade significativement le signal puisque dans l'idéal nous ne devrions avoir aucune harmonique

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C.Redressement double alternance

C.1.Principe

Nous allons cette fois chercher à obtenir deux alternances positives, en inversant le signe du signal d'entrée lorsque ce dernier est négatif. Le redresseur comporte alors 4 diodes, et est appelé Pont de Graëtz :

D1D2D3D4

C.2.Forme d'onde

Comportement pour

Comportement pour

2π

D1D2D3D4

D1D2D3D4

A t=0, la tension aux bornes de D1 et D3

V(t) s'annule, les diodes D1 et D3 se bloquent.

devient positive, rendant ces diodes passantes.

Puis la tension aux bornes de D2 et D4 devient

positive, rendant ces diodes passantes.

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ats.julesferry.cannes@gmail.com 9/16 On en déduit la forme d'onde du signal de sortie, en fonction du signal d'entrée :

C.3.Caractéristiques

C.3.1.Tension moyenne de sortie

V(t)dt 0 T/2 2 T

V2sinωt

dt 0 T/2 V22 Tω cosωtquotesdbs_dbs11.pdfusesText_17