Cours sur le redressement

Le redressement
1. Intérêt du redressement
MCC
Si on désire faire fonctionner un moteur à courant continu (MCC) en alternatif il ne tourne pas mais
vibre.
Explication : le courant alternatif change de sens régulièrement et rapidement (50 allers-retours en une
seconde en 50 Hz). Le MCC va tourner en changeant de sens de rotation (50 va et vient en une
seconde en 50Hz), en d'autres termes, il va vibrer au lieu de tourner.
MCC
MCC
Si on place un diode en série dans le circuit précédent, il tourne. Si on met la diode en série, dans l'autre
sens, le moteur tourne encore mais dans l'autre sens.
Explication : la diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Le moteur, recevant un courant
pulsé toujours dans le même sens recevra des impulsions qui le feront tourner toujours dans le même
sens et comme ces impulsions sont très rapides, il n'aura pas le temps de ralentir et tounera régulièrement,
de façon apparemment normale. Si on change le sens de la diode, le courant n'ira que dans un seul sens,
mais le sens opposé à précedemment et le moteur tournera encore, mais dans l'autre sens.
Conclusion : Redresser le courant, c'est l'obliger à circuler dans un seul sens. C'est grâce à la diode que l'on
y parvient. C'est très utile pour pouvoir faire fonctionner des appareils électriques fonctionnant en continu
(MCC, lecteur MP3, téléphone portable, ordinateur portable, carte mère sur laquelle se trouve le
microprocesseur des ordinateurs, moteurs des disques durs et des lecteurs CD et DVD des ordinateurs, etc.
) à partir du secteur EDF 220V alternatif 50Hz. Les lecteurs MP3, téléphones portables, ordinateurs
portables, mini lecteurs DVD, sont vendus avec un adapteteur secteur pour pouvoir recharger la batterie.
Cet adaptateur secteur contient : un transformateur pour passer du 220V alternatif à une tension plus
basse de 5V alternatif par exemple ; un dispositif redresseur à diodes, permettant d'avoir un courant pulsé
mais circulant toujours dans le même sens et enfin un dispositif de lissage qui permet d'avoir un tension
ou un courant constant, appelé cournt continu. Il en est de même des alimentatons que l'on trouve dans
l'unité centrale de tous les ordinateurs de bureau.
Alimentation ou adaptateur secteur 220V alternatif / 5V continu
220V
alternatif
6V
Transformateur
alternatif
Redresseur
1
6V
pulsé
(redressé)
Dispositif de
lissage et de
stabilisation
5V
continu
2. Notion de « convertisseur statique » de puissance
Transformateur monophasé et dispositif redresseur sont appelés en électrotechnique « convertisseurs
statiques de puissance ». En effet, ils sont statiques car immobiles, au contraire d'un moteur par exemple. Ce
sont des convertisseurs car ils convertissent de l'énergie ou encore de la puissance, si on se ramène au débit
d'énergie, c'est à dire à l'énergie convertie par unité de temps (la seconde).
Le transformateur monophasé convertit de l'énergie électrique alternative en énergie électrique alternative
ou encore, si on considère l'échange d'énergie pendant une seconde, il convertit une puissance électrique
alternative en une puissance électrique alternative. C'est un convertisseur alternatif / alternatif, dont le
symbole est le suivant :
220V AC
50 Hz
6V AC
50 Hz
Transformateur monophasé
Le redresseur convertit une puissance électrique alternative en une puissance électrique redressée. En
électrotechnique, on dit que c'est un convertisseur alternatif / continu, dont le symbole est le suivant :
6V
redressé
6V AC
50 Hz
Redresseur (double alternance)
3. Redressement simple alternance
CH1
On remplace le moteur à courant continu par une
résistance R = 1 kΩ.
CH2
D
i
Le canal 1 (CH1) de l'oscilloscope visualise u, la
tension aux bornes du générateur, alternative
sinusoïdale.
i
uD
u
➔
R
Le canal 2 (CH2) de l'oscilloscope visualise uR, la
tension aux bornes de la résistance. Comme uR=Ri
(uR est proportionnelle à i), on dit que uR est l'image
du courant i qui traverse la résistance.
uR=Ri
➔
Si uR=0, alors i=0 ;
➔
Si uR > 0, i>0 , le courant va dans le sens de la flèche
de i donc dans le sens des aiguilles d'une montre ;
Si uR<0, alors le courant va dans le sens contraire de la flèche de i, donc en sens inverse des aiguilles
d'une montre.
2
Redressement simple alternance
10
8
6
4
tension
2
U
UR
0
-2
-4
-6
-8
-10
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
t
Alternance positive de u : u > 0
–
uR ≈ u
–
uR = Ri donc i >0 → le courant circule dans le sens de la flèche de i donc dans le sens des aiguilles d'une
montre
–
d'après la loi des mailles, on a u = uR + uD, et comme uR ≈ u, on a uD ≈ 0, la diode se comporte comme
un fil ou un interrupteur fermé
Alternance négative de u : u < 0
–
uR = 0
–
uR = Ri=0 donc i =0 → le courant ne circule pas
–
le courant s'annule car il ne peut pas circuler dans le sens inverse de la flèche du symbole de la diode. On
dit que la diode est bloquée
–
d'après la loi des mailles, on a u = uR + uD, et comme uR =0, on a uD = u, la diode se comporte comme un
interrupteur ouvert
–
On parle de redressement simple alternance, car la diode ne se bloque que pendant l'alternance négative de
la tension du générateur. Autrement dit, le courant ne peut passer qu'une alternance sur deux. Le courant ne
peut circuler que pendant l'alternance positive de u
–
Le courant reste en permanence positif ou nul i>0. Cela signifie qu'il ne peut plus être négatif, donc qu'il
ne peut circuler que dans un seul sens (le sens de la flèche du symbole de la diode).
Alternance positive de u (u>0)
Alternance négative de u (u<0)
D est passante
D est bloquée
Équivaut à
Équivaut à
D = K fermé
+
i> 0
u>0
D= K ouvert
R
i= 0
uR = u
u<0
-
+
3
R
uR = 0
4. Redressement double alternance
u
6V
redressé
6V AC
50 Hz
Redresseur (double alternance)
i
u
D1
6V AC
50 Hz
iR
D3
uR
D4
R
uR
R
D2
Redresseur (double alternance)
Redressement double alternance
10
8
tension en volts (V)
6
4
2
U
uR
0
-2
-4
-6
-8
-10
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
temps
Alternance positive de u : u > 0
– uR ≈ u
– uR = RiR > 0 donc iR >0 → le courant circule dans le sens de la flèche de iR, c'est à dire du haut vers le bas
dans la résistance R.
– comme u > 0, i > 0 et iR = i
Alternance négative de u : u < 0
– uR ≈ - u
– uR = RiR > 0 donc iR >0 → le courant circule encore dans le sens de la flèche de iR, c'est à dire du haut
vers le bas dans la résistance R.
– comme u < 0, i < 0 et iR = - i
– On parle de redressement double alternance, le courant traverse la résistance toujours dans le même sens
pendant les deux alternances positive et négative de la tension du générateur u et c'est deux fois mieux
– Le courant reste en permanence positif ou nul i≥0. Cela signifie qu'il ne peut plus être négatif, donc qu'il
ne peut circuler que dans un seul sens (il est redressé).
4
Explications :
Alternance positive de u : u > 0
iR>0
i>0
+
u>0
D1 passante
6V AC
50 Hz
i>0 donc la flèche de i indique le sens réel du courant
D4 bloquée
D3 bloquée
uR
R
D2 passante
i = iR > 0
iR>0
+
u>0
D1 passante
6V AC
50 Hz
D4 bloquée
i>0
D3 bloquée
uR
R
D2 passante
i>0
Alternance négative de u : u < 0
iR>0
i<0 donc le sens de la flèche de i indique le sens inverse du sens réel du courant
u<0
D1 bloquée
6V AC
50 Hz
D4 passante
+
D3 passante
uR
R
D2 bloquée
i<0
i<0
iR = -i >0
u<0
D1 bloquée
6V AC
50 Hz
D4 passante
+
i<0
D3 passante
uR
R
D2 bloquée
i<0
sens réel du courant
On voit que le courant suit un chemin différent en fonction de son sens et qu'il peut changer de sens dans le
générateur mais pas dans la résistance.
Quel que soit son sens, le courant traverse deux diodes car les deux autres sont bloquées
–
Lorsque i>0, le courant traverse D1 et D2 car D3 et D4 sont bloquées
–
Lorsque i<0, le courant traverse D3 et D4 car D1 et D2 sont bloquées
Ce système est deux fois plus efficace que le redressement simple alternance mais il nécessite 4 diodes au lieu
d'une seule.
Ce judicieux système de 4 diodes est appelé pont de diodes ou pont de Graëtz.
5
5. Lissage
A – Lissage de la tension par condensateur
u
C
tension
lissée
6V AC
50 Hz
uR
Redresseur (double alternance)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
R = 1000 Ω pas de condensateur
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
R = 1000 Ω , C = 10 μF
6
0,030
0,035
0,040
0,040
R
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
R = 1000 Ω , C = 100 μF
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,200
0,205
0,210
0,215
0,220
0,225
0,230
0,235
0,240
R = 1000 Ω , C = 1000 μF
On remarque que plus le condensateur est grand, meilleur est le lissage.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,360
0,365
0,370
0,375
0,380
0,385
0,390
0,395
0,400
R = 100 Ω , C = 1000 μF
Par contre, quand la résistance diminue donc quand le courant est plus fort, le lissage de la tension se dégrade.
7
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,360
0,365
0,370
0,375
0,380
0,385
0,390
0,395
0,400
R = 10 Ω , C = 1000 μF
La dégradation du lissage de la tension est d'autant plus importante que l'intensité augmente (donc que R
diminue).
Le lissage de tension par condensateur est réservée aux courants faibles (typiquement inférieurs à 5A
dans les adaptateurs secteurs et les alimentations).
A – Lissage du courant par bobine
u
L
uL
6V AC
50 Hz
u'
uR
tension
redressée
6V
Redresseur (double alternance)
9
8
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6
5
4
3
2
1
0
0,360
0,365
0,370
0,375
0,380
0,385
R = 1000 Ω , L = 1 H
8
0,390
0,395
0,400
R
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,360
0,365
0,370
0,375
0,380
0,385
0,390
0,395
0,400
0,390
0,395
0,400
R = 100 Ω , L = 1 H
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
0,360
0,365
0,370
0,375
0,380
0,385
R = 10 Ω , L = 1 H
On remarque que le lissage du courant par bobine est d'autant meilleur que l'inductance L de la bobine de
lissage est grand et d'autant meilleur que l'intensité du courant à lisser est forte. En effet, uR, image du courant
présente un taux d'ondulation plus faible pour R=100 Ω et encore plus faible pour R = 10 Ω. Les résistances
étant de plus en plus faibles, cela signifie que les courants sont de plus en plus forts dans R.
Le lissage de courant par bobine est réservée aux courants forts (typiquement supérieurs à 5A dans les
moteurs à courant continu par exemple).
C – Résumé
COURANT FAIBLE (<5A)
COURANT FORT (>5A)
LISSAGE DE LA TENSION
PAR CONDENSATEUR
EN DERIVATION SUR LA CHARGE
OUI
NON
LISSAGE DU COURANT
PAR BOBINE
EN SERIE AVEC LA CHARGE
NON
OUI
9