chapitre 13 _ redressement commandé

Cours 13
Terminale GET
Chapitre 13 :
redressement commandé
I ⁄ le Thyristor
1. définition
2. retard à l’amorçage
II ⁄ redresseur à 4 thyristors
1. sur charge R
a) montage
b) observation
c) fonctionnement
2. sur charge RLE
a) montage
b) observation
c) fonctionnement
d) grandeurs caractéristiques
3. exercice
III ⁄ pont mixte sur charge RLE
1. montage
2. observation
3. fonctionnement
4. grandeurs caractéristiques
M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95)
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Terminale GET
I ⁄ Le thyristor
1. Définition
•
C’est un interrupteur électronique unidirectionnel commandé.
vT
A
K
iT
iG
•
A : anode
K : cathode
G : gachette
G
Le courant de gâchette iG sert uniquement à la commande du thyristor. Il est
envoyé sous forme d’impulsion.
•
Conditions d’amorçage du thyristor :
vT > 0
et
commande par iG.
Alors iT circule : thyristor passant
•
Conditions de blocage du thyristor :
iT s’annule
ou
vT devient négative.
Thyristor bloqué
•
Schéma équivalent : thyristor passant :
thyristor bloqué :
A
A
iT > 0
K
K
2. retard à l’amorçage
α est l’angle de retard à l’amorçage
vT
0
α
π
t
2π
α réglable entre 0 et π
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II / Redresseur à 4 thyristors
1. Sur charge R
a) Montage
i
Th1
Th2
A
Réseau
50Hz
v
u
B
Th4
Th3
b) observation
v
α
π
π+α
θ
2π
u
θ
i
θ
Th 1
Th 3
Th 2
Th 4
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éléments passants
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c) fonctionnement
•
Th1 et Th2 ne peuvent conduire en même temps vTh1 ≠ vTh2 donc quand l’un conduit,
l’autre se bloque (car il lui est appliqué une tension négative.)
•
De 0 à π : v > 0 donc vA > vB donc Th1 et Th3 sont susceptibles de passer mais ils
attendent la commande sur leurs gâchettes.
à θ = α : gachette donc Th1 et Th3 conduisent de α à π.
A π, i s’annule dons les thyristors sont bloqués de π à π+α
•
De π à 2π : v < 0 donc vA < vB donc Th2 et Th4 sont susceptibles de passer mais ils
attendent la commande sur leurs gâchettes.
A π + α : gachette donc conduction de π + α à 2π
Etc…
2. Sur charge RLE
a) Montage
i
Th1
Réseau
50Hz
Th2
L
A
v
B
Th4
Th3
uL
E
mcc
R
u
uR
tous les éléments sont parfaits, l’inductance L est suffisante pour que le courant dans la charge
soit parfaitement lissé
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b) observation
v
α
gachette
π
π+α
θ
2π
iG1
iG3
θ
iG2
iG4
θ
u
θ
i
I
θ
Th 1
Th 3
Th 2
Th 4
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Th 1
Th 3
éléments passants
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c) fonctionnement
le courant est ininterrompu donc on a toujours conduction de 2 thyristors.
I
Th1
•
De α à π + α :
αàπ:
v
v > 0 ; i > 0.
Th3
On commande Th1 et Th3 à α.
D’où
πàπ+α:
u
u=v
v > 0 ; i > 0.
Th2 et Th4 sont susceptibles de conduire, mais pas de commande de
gâchette.
Donc Th1 et Th3 continuent à conduire puisque i = I
u=v
•
De π + α à 2π + α :
π + α à 2π :
Th2
v < 0 ; i > 0.
On commande Th2 et Th4
D’où
2π à 2π + α :
I
à π + α.
u=-v
v
u
Th4
v < 0 ; i > 0.
Th1 et Th3 sont susceptibles de conduire, mais pas de commande de
gâchette.
Donc Th2 et Th4 continuent à conduire puisque i = I
u=-v
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d) grandeurs caractéristiques
•
période de moitié : Tu = Tv / 2
•
< u > : de α à π + α on a u=v
donc < u > = (1/π) ∫απ+α vmax sinθ dθ = (2vmax/π) cosα
or < u > = < uR > + < uL > + < E > = R.I + E
donc < u > = (2vmax/π) cosα = E + R.I
•
puissance échangée :
P = < u.i > = < u > . I donc P = (2vmax/π) I cosα
3. Exercice
Un pont redresseur à quatre thyristors alimente sous une tension uMN un récepteur inductif
(moteur à courant continu) à partir d’un réseau fournissant une tension sinusoïdale
v = V√2 sinωt ; V=220V de fréquence f=50Hz. On admettra que le récepteur est
suffisamment inductif pour que le courant i qui le traverse soit considéré comme constant
i=I=10A.
Les thyristors Th1 et Th3 reçoivent sur leurs gâchettes des impulsions aux instants t0 ; t0 + T ,
…
Les thyristors Th2 et Th4 reçoivent sur leurs gâchettes des impulsions aux instants t0 + T/2 ; t0
+ 3T/2 , …
Ces thyristors sont supposés parfaits.
1. dans l’intervalle de temps [ t0 ; t0 + T ] préciser et justifier la durée de conduction de
chaque thyristor ( t0 est compris entre 0 et T/2 ).
Exprimer uMN en fonction de v.
2. Etablir la relation donnant la valeur moyenne < uMN > en fonction de V et t0.
Calculer < uMN > pour t0 = T/8.
Entre quelles valeurs varie < uMN > lorsque t0 varie de 0 à T/4 ?
3. Pour t0 = T/8 ; représenter graphiquement, les tensions v et uMN ; les courants i1, i4 et
iS.
4. Pour I=10A ; t0 = T/4 ; calculer la puissance absorbée par le récepteur.
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III / Pont mixte sur charge RLE
1. Montage
i
Th1
Réseau
50Hz
Th2
A
L
v
B
D1
D2
uL
E
mcc
R
u
uR
On suppose que L est suffisante pour parfaitement lisser le courant
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Terminale GET
2. observation
v
α
π
π+α
θ
2π
iG1
θ
iG2
θ
u
θ
i
I
θ
i
I
θ
Th 1
D2
Th 2
D1
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Th 1
thyristors passants
D2
diodes passantes
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3. fonctionnement
le courant est ininterrompu donc on a toujours conduction de 2 interrupteurs.
•
De 0 à π:
v > 0 ; i > 0.
0àα:
la diode D2 s’amorce quand v > 0 ( car vA > vB )
le thyristor Th2 reste passant car Th1, susceptible de conduire, n’est
Th2
I.
v
pas amorcé.
D’où
u
u=0
iS = 0
D2
phase de roue libre
α à π:
la diode D2 toujours passante puisque v > 0
Le thyristor Th1 est amorcé.
I
Th1
v
Donc
u=v
iS = 0
u
D2
•
De π à 2π:
v < 0 ; i > 0.
πàπ+α:
la diode D1 s’amorce quand v < 0 ( car vA < vB )
le thyristor Th1 reste passant car Th2, susceptible de conduire,
Th2
I n’est
v
.
u
D2
pas amorcé.
D’où
u=0
iS = 0
phase de roue libre
π + α à 2π:
la diode D2 toujours passante puisque v < 0
Le thyristor Th1 est amorcé.
I
Th1
v
Donc
u
u=-v
iS = -I
D2
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4. grandeurs caractéristiques
•
période de moitié : Tu = Tv / 2
•
< u > : de 0 à α on a u=0
de 0 à α on a u=v = vmax sinθ
donc < u > = (1/π) ∫0π vmax sinθ dθ = (vmax/π) ( 1 + cosα )
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