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. REDRESSEMENT COMMANDE
. PONT TOUT THYRISTORS
.A GENERALITES
Un pont redresseur tout thyristors est un convertisseur statique qui permet d’alimenter une charge sous tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable à partir d’une source de tension alternative.
Ce pont redresseur est donc un convertisseur statique ALTERNATIF - CONTINU.
Principe d’un pont redresseur tout thyristors
La tension d’alimentation est notée v (t) L’intensité du courant d’alimentation est notée i (t) La tension aux bornes de la charge est notée uc (t) L’intensité du courant dans la charge est notée ic (t) La tension aux bornes du moteur est notée uM (t) La tension aux bornes de l’inductance est notée uL (t) La tension aux bornes du moteur est notée E
.B ETUDE DU MONTAGE
Soit le montage
Le montage à étudier est constitué des éléments suivants :
Une tension sinusoïdale, v (t), de fréquence 50 Hz Un pont redresseur constitué de quatre thyristors parfaits. Un moteur à courant continu de résistance interne r et de f.e.m E. Une bobine de résistance interne négligeable et d’inductance L
Pont 4 thyristors. - Cours - 1/14
uc (t)
ic (t)
v (t)
i (t)
L’étude est réalisée en régime permanent, ou régime établi, Sur le montage, il est précisé que la valeur instantanée de l’intensité du courant dans la charge est égale à sa valeur moyenne, soit ic (t) = . Le courant est donc parfaitement lissé, considéré comme constant dans la charge, conséquence de la présence de la forte inductance L.
La tension d’alimentation est de la forme v = V . cos (t), en posant t
v (t) =
L’étude de ce montage se fait à partir de deux grandeurs
La tension d’alimentation v (t)
Le courant ic (t) dans la charge
Toutes les autres tensions seront tracées à partir de v (t)
Tous les autres courants seront donnés à l’aide de ic (t).
Les thyristors sont considérés comme parfaits.
E
r
L
i (t)
iT2 (t)
T2
iT3 (t)
T3
iT1 (t)
T1
iT4 (t)
T4
v (t)
ic = Ic
uT1 (t)
uL (t)
uM (t)
MOTEUR
Pont 4 thyristors. - Cours - 2/14
ic (t) [A]v (t) [V]
[rad]
uc (t)
Un thyristor passant sera assimilé à un interrupteur fermé
Un thyristor non passant sera remplacé par un interrupteur ouvert.
Les thyristors T1, T2, T3 et T4 sont des interrupteurs commandés
A l’amorçage
Pour qu’un thyristor soit passant, il doit recevoir une impulsion de courant sur sa gâchette lorsque la tension à ses bornes uT (t) est positive.
Un thyristor est donc passant si les deux conditions qui suivent sont réunies
En remplaçant le thyristor par une diode, la diode doit être passante.
Il doit avoir reçu une impulsion de courant sur sa gâchette.
Au blocage :
Le thyristor, une fois passant, ne se bloque que lorsque le courant qui le traverse s’annule ou bien que la tension uT (t) devienne négative.
Retard à l’amorçage :
Les thyristors sont amorcés avec un angle de retard . Cet angle est calculé par rapport au passage par zéro de la courbe v (t).
T1 et T3 sont amorcés simultanément lorsque v (t) est positive, avec un angle de
retard après passage par 0 de v (t), soit un angle de
T2 et T4 sont amorcés simultanément lorsque v (t) est négative, avec un angle de
retard après passage par 0 de v (t), soit un angle de
. I Etude des séquences de conduction
a. + ;
La tension v (t) est positiveLes thyristors T1 et T3 ont reçu leurs impulsions de gâchette
Etude du thyristor T1
Si le thyristor T1 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T1 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Oui Le thyristor T1 est donc passant
Etude du thyristor T3
Si le thyristor T3 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T3 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Oui Le thyristor T3 est donc passant
Pont 4 thyristors. - Cours - 3/14
Etude du thyristor T2
Si le thyristor T2 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Non Le thyristor T2 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Non Le thyristor T2 est donc non passant
Etude du thyristor T4
Si le thyristor T4 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Non Le thyristor T4 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Non Le thyristor T4 est donc non passant
Les deux éléments commandés passants sont T1 et T3
b. ; ....
La tension v (t) est négativeLes thyristors T2 et T4 n’ont pas reçu leurs impulsions de gâchette
Etude du thyristor T2
Dans la séquence précédente T2 était-il passant ? Non Si le thyristor T2 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T2 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Non Le thyristor T2 est donc non passant
Etude du thyristor T4
Dans la séquence précédente T4 était-il passant ? Non Si le thyristor T4 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T4 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Non Le thyristor T4 est donc non passant
Etude du thyristor T1
Dans la séquence précédente T1 était-il passant ? Oui L’intensité du courant dans T1 s’est il annulé ? Non Le thyristor T1 est donc toujours passant
Etude du thyristor T3
Dans la séquence précédente T3 était-il passant ? Oui L’intensité du courant dans T3 s’est il annulé ? Non Le thyristor T3 est donc toujours passant
Les deux éléments commandés passants sont toujours T1 et T3
L’intensité du courant dans les thyristors T1 et T3 ne s’est pas annulée, ces composants restent passants, la propriété énoncée plus haut est donc vérifiée, à savoir que l’intensité du courant dans la charge reste constante, et, à fortiori, ininterrompue.T1 et T3 demeurent les seuls éléments commandés passants, ils permettent ainsi la circulation du courant, issu de la charge fortement inductive, dans cette phase, la bobine restitue l’énergie emmagasinée dans la séquence précédente.
Pont 4 thyristors. - Cours - 4/14
Ceci reste vrai jusqu’à ... ; + ]
c. + ; 3
La tension v (t) est négativeLes thyristors T2 et T4 ont reçu leurs impulsions de gâchette
Etude du thyristor T2
Si le thyristor T2 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T2 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Oui Le thyristor T2 est donc passant
Etude du thyristor T4
Si le thyristor T4 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T4 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Oui Le thyristor T4 est donc passant
Etude du thyristor T1
Dans la séquence précédente T1 était-il passant ? Oui L’intensité du courant dans T1 s’est il annulé ? Oui Le thyristor T1 est donc non passant
Etude du thyristor T3
Dans la séquence précédente T3 était-il passant ? Oui L’intensité du courant dans T3 s’est il annulé ? Oui Le thyristor T3 est donc non passant
Les deux éléments commandés passants sont T2 et T4
d. ; .... ou [- ; ....
La tension v (t) est positiveLes thyristors T1 et T3 n’ont pas reçu leurs impulsions de gâchette
Etude du thyristor T1
Dans la séquence précédente T1 était-il passant ? Non Si le thyristor T1 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T1 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Non Le thyristor T1 est donc non passant
Etude du thyristor T3
Dans la séquence précédente T3 était-il passant ? Non Si le thyristor T3 était remplacé par une diode, serait-elle passante ? Oui Le thyristor T3 a-t-il reçu un courant de gâchette ? Non Le thyristor T3 est donc non passant
Etude du thyristor T2
Dans la séquence précédente T2 était-il passant ? Oui L’intensité du courant dans T2 s’est il annulé ? Non Le thyristor T2 est donc toujours passant
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Etude du thyristor T4
Dans la séquence précédente T4 était-il passant ? Oui L’intensité du courant dans T4 s’est il annulé ? Non Le thyristor T4 est donc toujours passant
Les deux éléments commandés passants sont toujours T2 et T4
L’intensité du courant dans les thyristors T2 et T4 ne s’est pas annulée, ces composants restent passants, la propriété énoncée plus haut est donc vérifiée, à savoir que l’intensité du courant dans la charge reste constante, et, à fortiori, ininterrompue.T2 et T4 demeurent les seuls éléments commandés passants, ils permettent ainsi la circulation du courant, issu de la charge fortement inductive, dans cette phase, la bobine restitue l’énergie emmagasinée dans la séquence précédente.
Ceci reste vrai jusqu’à ... ; - + ]
. II Etude de la période complète
[- + + ] T1 et T3 Passants
o Les thyristors T1 et T3 sont remplacés par des interrupteurs ferméso Les thyristors T2 et T4 sont remplacés par des interrupteurs ouverts
Soit le montage équivalent
. a Etude des courants
En suivant le passage du courant indiqué en rouge sur le schéma
Le courant d’alimentation i (t) = ic (t)
E
r
L
i (t)
iT2 (t)
T2
iT3 (t)
T3
iT1 (t)
T1
iT4 (t)
T4
v (t)
ic = Ic
uT1 (t)
uL (t)
uM (t)
MOTEUR
Pont 4 thyristors. - Cours - 6/14
uc (t)
Le courant dans le thyristor T1 iT1 (t) = ic (t)
Le courant dans le thyristor T2 iT2 (t) = 0 A
Le courant dans le thyristor T3 iT3 (t) = ic (t)
Le courant dans le thyristor T4 iT4 (t) = O A
. b Etude des tensions
En appliquant La loi des mailles
La tension aux bornes de la charge uc (t) = v (t)
La tension aux bornes du thyristor T1 uT1 (t) = O V
La tension aux bornes du thyristor T2 uT2 (t) = - v (t)
La tension aux bornes du thyristor T3 uT3 (t) = O V
La tension aux bornes du thyristor T4 uT4 (t) = - v (t)
[ + + ] T2 et T4 Passants
o Les thyristors T2 et T4 sont remplacés par des interrupteurs ferméso Les thyristors T1 et T3 sont remplacés par des interrupteurs ouverts
Soit le montage équivalent
. a Etude des courants
En suivant le passage du courant indiqué en rouge sur le schéma
Le courant d’alimentation i (t) = - ic (t)
Le courant dans le thyristor T1 iT1 (t) = 0 A
E
r
L
i (t)
iT2 (t)
T2
iT3 (t)
T3
iT1 (t)
T1
iT4 (t)
T4
v (t)
ic = Ic
uT1 (t)
uL (t)
uM (t)
MOTEUR
Pont 4 thyristors. - Cours - 7/14
uc (t)
Le courant dans le thyristor T2 iT2 (t) = ic (t)
Le courant dans le thyristor T3 iT3 (t) = O A
Le courant dans le thyristor T4 iT4 (t) = ic (t)
. b Etude des tensions
En appliquant La loi des mailles
La tension aux bornes de la charge uc (t) = - v (t)
La tension aux bornes du thyristor T1 uT1 (t) = v (t)
La tension aux bornes du thyristor T2 uT2 (t) = O V
La tension aux bornes du thyristor T3 uT3 (t) = v (t)
La tension aux bornes du thyristor T4 uT4 (t) = O V
Tous les courants et toutes les tensions peuvent être données sous forme du tableau
v (t) =
= t[- + + ] [ + + ]
uc (t) v (t) - v (t)iT1 (t) ic (t) O AiT 2 (t) O A ic (t)iT 3 (t) ic (t) O AiT 4 (t) O A ic (t)uT1 (t) O V v (t)uT 2 (t) - v (t) O VuT 3 (t) O V v (t)uT 4 (t) - v (t) O Vi (t) ic (t) - ic (t)
Nous pouvons maintenant compléter les oscillogrammes proposés
Pont 4 thyristors. - Cours - 8/14
ic (t) [A]v (t) [V]
[rad]
[rad]
[rad]
[rad]
[rad]
[rad]
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ElémentsPassants T1 – T3 T2 – T4 T1 – T3
iT1 (t) [A]
iT 2 (t) [A]
iT 3 (t) [A]
iT 4 (t) [A]
i (t)[A]
Nous pouvons également compléter les oscillogrammes proposés
Pont 4 thyristors. - Cours - 10/14
ic (t) [A]v (t) [V]
[rad]
[rad]
[rad]
[rad]
[rad]
uc (t) [V]
uD3 (t) [V]
uD2 (t) [V]
uD1 (t) [V]
uD4 (t) [V]
Les tensions et les courants étant tracés, nous pouvons calculer certaines grandeurs caractéristiques du pont non commandé
1. Donner la valeur moyenne de la tension, uc (t) aux bornes de la charge.
2. Relever la valeur de la fréquence de uc (t)
La période de uc (t) est la moitié de celle de la moitié de celle de v (t) La fréquence de uc (t) est le double de celle de v (t) fréquence [uc (t)] = 2. fréquence [v (t)]
3. Donner la valeur moyenne de l’intensité du courant iD (t) dans une diode.
Une diode conduit la moitié de la période
4. Donner la valeur efficace de l’intensité du courant iD (t) dans une diode.
5. Donner la valeur de la tension maximale inverse ÛinvD supportée par une diode.
ÛinvD =
6. Donner la valeur moyenne de l’intensité du courant i (t) à l’entrée du pont.
7. Donner la valeur efficace de l’intensité du courant i (t) à l’entrée du pont.
.C ETUDE DU MONTAGE ASSOCIE À UN MOTEUR
La charge est constituée par un moteur à courant continu, de résistance R et de f.e.m E en série avec une inductance L permettant au courant d’être considéré comme constant.
Pont 4 thyristors. - Cours - 11/14
La loi des mailles donne
uc (t) = R. + E + uL (t) Avec uL (t) = L
L’étude des valeurs moyennes
Avec = O V
Le moteur est de type excitation indépendante et constante, ainsi
E = K.n K = Constante n la fréquence de rotation en tr.s-1
La valeur moyenne de la tension uc (t) est donnée par la relation
La fréquence de rotation du moteur dépend donc de la tension d’alimentation v (t) et de l’angle de retard
Si la tension v (t) est fixée ainsi que l’intensité du courant, la fréquence de rotation ne dépend que de l’angle de retard et la courbe n = f (cos ) permet de traduire cette relation.
.D ETUDE DU TRANSFERT DES PUISSANCES
La tension uc (t) peut prendre des valeurs négatives, l’étudie du fonctionnement du pont passe par un bilan des puissances de l’alimentation vers la charge.
r
L
i (t)
D2
D3
D1
D4
v (t)
ic = Ic
E
uL (t)
Pont 4 thyristors. - Cours - 12/14
uc (t)
La convention est celle d’un générateur,
La puissance est positive l’alimentation fonctionne en générateur
La puissance est négative l’alimentation fonctionne en récepteur
La convention est celle d’un récepteur,
La puissance est positive la charge fonctionne en récepteur
La puissance est négative la charge fonctionne en générateur
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v (t)
i (t)
Alimentation
ic (t)
La charge
v (t) [V]
[rad]
i (t) [A]
Signe de v (t)
Signe de i (t)
Signe de laPuissance
Fonctionnement
ALIMENTATION Convention
+ + _ _ +
_ + + _ _
_ + _ + _
R G R G R
GENERATEUR
Lorsque l’alimentation fournit de l’énergie à la charge,
Le pont fonctionne en redresseur classique
Lorsque la charge restitue de l’énergie vers l’alimentation,
Le pont fonctionne en onduleur
Pont 4 thyristors. - Cours - 14/14
ic (t) [A]uc (t) [V]
[rad]
Signe de uc (t)
Signe de ic (t)
Signe de laPuissance
Fonctionnement
R E C E P T E U R
Convention
+ +
_ + _ + _
G R G R G
RECEPTEUR
_ + _ + _
++ +
