Universit de Savoie
Licence EEA Module U6
Energie et convertisseurs d' nergie
4. Redressement command (Thyristors)
On nomme redresseur command un montage redresseur dont une partie des diodes a t remplac e
par un ensemble quivalent de transistors.
4.1 Montages tout thyristors
Nous nous int ressons dans ce paragraphe aux montages redresseurs ne comprenant que des thyristors.
Seul sera abord dans ce cours le principe de fonctionnement permettant dobtenir lallure de la tension
redress e et de calculer la valeur moyenne de la tension redress e.
4.1.1 Allure de la tension redress e : exemple du montage P3
Les hypoth ses pour l tude sont les suivantes :
Thyristors suppos s id aux
pas de chute de tension aux bornes lorsquils sont ferm s ; commutation
instantan e ;
Source suppos e parfaite
Charge fortement inductive
imp dance de source nulle ;
courant d bit id(t) constant gal Id.
Nous allons tudier le principe de fonctionnement dun montage P3 dont les Thyristors sont command s
la fermeture avec un retard angulaire a (temps de retard =
=a
w
t ) sur lamor age naturel (cas des
diodes). Cette tude pourra tre appliqu e facilement un montage PD3 ou autre.
La figure 3-14 d crit le montage P3 tout thyristors.
v1
v2
v3
vT1
iT1
T1
T2
T3
ud
Figure 3-14. Montage P3 tout thyristor.
La figure 3-15 donne les diff rentes phases de fonctionnement.
Avant linstant t0 on suppose que le thyristor T3 conduit. On a donc :
=
Apr s t0 , v1(t) devient sup rieure v2(t) et v3(t) ; T1 est polaris en direct ; il est donc susceptible
d tre enclench par un signal de commande. Tant que T1 ne re oit pas dimpulsion de commande, T3
reste conducteur et :
d ( )
u t
( )
v t
3
0= ; v
La commande de la fermeture de T1 arrive linstant t
d ( )
u t
( )
v t
3
;i T 1
=
T 1
1
t
( )
=
t
=
0
u
13
+ D
t
( )
. Le thyristor T1 est alors polaris
t
sous tension directe positive si u13
0> . Cette condition impose
=
t
t
1
<
t
0
ou a p< . Pour
T
2
Chp-3
- 36 -
D
D
-
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a p> , il nest plus possible damorcer les thyristors car la diff rence de potentiel leur borne devient
n gative.
si a p< : T1 senclenche : u t
d ( )
=
( )
v t
1
; vT 1
0= et T3 se trouve polaris en inverse ( v
=
u
31
< )
0
T 3
et se bloque ; do i
=
I
d
.
T
1
T1 reste enclench tant que T2 nest pas command , soit jusqu linstant t
=
t
1
+
2
( q = 3 dans le
T
q
cas du montage P3) si lon admet (cest le cas en pratique) que les signaux de commande des thyristors
se succ dent avec le m me d calage
pour t
t>
2 , on a : u
d
=
v
2
;
v
T
1
=
u
12
T
q
;
i
que les instants damor age naturel (pour les diodes).
=
0
T
1
Do les courbes de u t
parall les simples (Pq), de m me que pour les montages diodes, la tension u t
portions de sinuso des.
T 1( ) tablies la figure 3-15. On note que pour les montages
d ( ) est form e de p=q
T 1 ( ) et i
d ( ) , v
t
t
Fig 3-16 cours manuscrit p33
Figure 3-15. Fonctionnement du montage P3 tout thyristor.
4.1.2 Valeur moyenne de la tension redress e. Fonctionnement en redresseur ou onduleur
autonome
La tension redress e u t
alternatives de la source.
La valeur moyenne peut donc tre calcul e entre t1 et t2 :
d ( ) est compos e de p portions de sinuso des par p riodes T des tensions
U
di
Publicité
0
a
=
1
t
2
t
1
t
2
t
1
U Cos t dt
w
dM
=
P
p
.
U
dM
p
.sin .
P
Cos
a
=
.
U Cos
0
di
a
Chp-3
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-
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avec:
U
di
0
=
P
p
U Sin
dM
p
P
(redresseur diodes).
On a repr sent graphiquement l volution de U di0a en fonction de langle a sur la figure 3-16.
Udi0 aa
Udi0
Udi0Cosa
p/2
a
p
-Udi0
Figure 3-16. Montage P3 tout thyristor. Tension moyenne redress e.
On en d duit les deux types de fonctionnement dun tel montage :
pour 0
<a
: U di
0
a
p
2
dans laquelle circule un courant continu Id vaut :
l nergie.
est positive et la puissance active fournie par le dispositif redresseur la charge
=
P U
a .
I
d
di
0
>
0
. La charge absorbe donc de
Le montage fonctionne alors en redresseur tension de sortie U di0a r glable gr ce langle de retard
lamor age a .
p
2
<
a p
<
pour
: U di
0
a
est n gative, donc :
P<0.
Le montage ne peut fonctionner, dans ces conditions, que sil est connect , c t continu (charge), sur un
dispositif susceptible de lui fournir de l nergie, soit par exemple : g n ratrice courant continu, pont
redresseur, batterie daccumulateurs.
On a alors un fonctionnement en onduleur non autonome.
Cest un onduleur car l nergie passe de la source continue au r seau alternatif connect au transformateur
; il est non autonome car la valeur efficace et la fr quence des tensions alternatives sont fix es par le r seau
alternatif.
Chp-3
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Nous citons quelques exemples dutilisation en fonctionnement en onduleur non autonome :
batterie daccumulateurs : figure 3-17.
(a)
(b)
E
(a)
bornes de
commutation
pont
redresseur
batterie
accumulateurs
Figure 3-17. Redresseur en pont connect une batterie daccumulateurs.
Le redresseur, lorsque a
p<
2
, fournit de l nergie la batterie (bornes en position (a)). Lorsque la batterie
est charg e, elle peut fournir de l nergie au r seau (apr s inversion des bornes, position (b)) pour apporter
un compl ment d nergie.
Interconnexion entre deux r seaux : figure 3-18.
f, V
f, V
pont
redresseur
pont
redresseur
Figure 3-18. Interconnexion entre deux r seaux.
Deux r seaux de fr quence f et f et de valeur efficaces V et V pouvant tre diff rentes, sont connect s
entre eux laide de 2 ponts redresseurs, lun et lautre pouvant fonctionner en redresseur ou onduleur non
autonome alternativement. Cette configuration permet de relier entre eux deux r seaux ind pendants
(exemple : liaison sous-marine France-Angleterre).
Machine courant continu : figure 3-19.
(a)
(b)
M
pont
redresseur
(a)
bornes de
commutation
Figure 3-19. Machine courant continu fonctionnant alternativement en moteur et en g n ratrice.
Chp-3
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Lorsque les bornes sont en position (a), la machine fonctionne en moteur. En position (b), avec a
p>
2
, la
machine fonctionne en g n ratrice. On peut assurer ainsi le freinage du moteur par r cup ration d nergie.
4.2 Montages mixtes en pont
Un pont mixte est form pour moiti avec des thyristors et pour moiti avec des diodes.
Compar au pont classique tout thyristors, il a comme avantage de demeurer command tout en tant plus
robuste, plus conomique, (diodes plus robustes, commande plus simple car moins de thyristors) avec un
meilleur rendement et un meilleur facteur de puissance (la chute de tension est sup rieure l tat on pour
les thyristors).
Il a linconv nient de ne pas fonctionner en onduleur.
4.2.1 Fonctionnement. Exemple: montage monophas PD2
Le pont mixte monophas consid r est d crit la figure 3-20. On consid re une charge fortement
Publicité
inductive, soit un courant id(t) consid r comme constant et gal Id.
T1 est amorc D
est positive. Le potentiel en B tant
( )
lorsque la tension v t
( )
t
=
v
( )
v t
1
2
t = a
w
inf rieur au potentiel en A, D2 conduit.
v1
v2
iT1
T1
(A)
is(t)
v(t)
D1
T2
(B)
D2
Figure 3-20. Pont PD2 mixte.
Le syst me demeure dans cet tat tant que v t( ) > 0 . On a donc :
=
)(
tu
I
d
)( ;
t
i
s
)(
tv
sin.
t
w
V
=
=
M
ud
Id
d
D s que t
>
T
2
,
( ) devient n gatif. La diode D2 se bloque et la diode D1 devient passante. Le
v t
na pas t enclench , soit jusquau temps t
1
thyristor T2 est susceptible de conduire car il se trouve polaris en direct, mais il ne conduit pas tant quil
T
2
courant I d . La charge est donc court-circuit e par T1 et D1. On dit que D1 fonctionne en diode de
roue libre .
On a :
. Donc T1 continue conduire le
a
w
T
2
( )
t
+
=
=
+
=
=
=
0
0
u
I
t
;
i
i
;
d
s
d
d
Remarque : dans cette phase, la charge est court-circuit e par D1 et T1. La circulation du courant I d est
assur e par linductance de la charge dont limp dance est consid r e comme tr s grande (Lw>>R)
Chp-3
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-
D
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devant la r sistance R totale de la maille constitu e par T1, D1 et la charge (r sistance du thyristor, de la
diode et de la charge).
Au temps t
1
=
T
2
+ D
correspondant langle a p+ , une impulsion est envoy e sur la g chette de T2
t
qui se met conduire. T1 se bloque.
...
Lallure des courants et tensions v t u t
( ) ,
( ) ,
d
i
T
1
( )
t et i
s
( )
t
est donn e sur la figure 3-21.
VM
0
Dt
iT1(t)
T
2
=
t
+
t
T
2
is(t)
ud(t)
t
T
v(t)
T2 - D2
(1)
T1 - D2
(2)
T1 - D1
(3)
T2 - D1
(3)
Figure 3-21. Fonctionnement du pont PD2 mixte. Les phases (1) et (3) sont appel es phases de
roue libre .
4.2.2 Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge
PD2 :
Dans le cas g n ral on a :
U
'
di
0
a
=
T
U
'
di
Publicité
0
a
=
U
T
1
2/
1
di
0
t
+
2/
V
M
.
Sin
t
w
dt
=
V
M
p
+
1(
Cos
)
a
U
di
0
=
U
dM
Sin
p /
avec :
Chp-3
a
Cos
2
p
q
q
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D
D
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0a en agissant sur langle de retard lamor age a .
Il sav re ainsi possible, comme pour le pont tout thyristors, de r gler la valeur de la tension moyenne
redress e U di
'
Cependant, la diff rence du pont tout thyristors, cette tension ne peut devenir n gative comme le montre
la figure 3-22 qui donne U di
'
Udi0 aa
0a en fonction de a .
Udi0
Udi0
2
U
'
di
0
a
=
U
di
0
+
1
a
Cos
2
p/2
a
p
Figure 3-22. Montage PD2 mixte. Tension moyenne redress e.
En cons quence, le pont mixte ne peut fonctionner en onduleur non autonome (le pont mixte est non
r versible).
4.2.3 Courant au secondaire du transformateur
Le graphe du courant au secondaire du transformateur est donn sur la figure 3-21.
Valeur moyenne :
0=
I si' a 0
Valeur efficace :
I
' a
si eff
=
I
d
p a
p
4.3 Exemple dapplication des redresseurs command s: alimentation des moteurs
courant continu
Nous consid rons le cas simple dune alimentation par un pont monophas mixte PD2 (figure 3-23).
Sur la figure 3-23, les deux diodes D1 et D2 sont dispos es en s rie contrairement au montage de la figure
3-20. Cela permet dobtenir une phase de roue libre avec les diodes seulement, sachant quau d marrage
du moteur (premi res p riodes de fonctionnement), le courant i
d ( ) sera faible, et peut donc tre
insuffisant pour maintenir les thyristors passants en phase de roue libre (probl me du courant de maintien,
voir chapitre 2).
t
Chp-3
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id
vT1
v(t)
T1
D1
l
ud
J
M
excitation
Transformateur
T2
D2
Figure 3-23. Moteur courant continu aliment par un pont redresseur mixte PD2. Linductance l
sert lisser le courant id(t).
On distingue deux types de fonctionnements :
Fonctionnement courant interrompu pour les fortes valeurs de langle de retard a (pour une
charge donn e).
En mod lisant la charge par un circuit R ,L ,E s rie et en nommant Q
L
= w
R
le facteur de qualit de la
charge, on aura un fonctionnement interrompu, pour a donn , si Q est suffisamment faible.
La tension et le courant redress s u t
courant interrompu.
d ( ) et i
d ( ) sont donn s la figure 3-24 pour un fonctionnement
t
Pour t
0
< < D
t
, le courant i
d ( ) est nul, donc :
t
E
aucun interrupteur ne conduit.
A t
t= D
v
, une impulsion de courant positive est envoy e sur la g chette de T1 qui senclenche car :
D2 et T1 se mettent conduire
>
0
( )
t
=
( )
u t
d
T
1
Publicité
Pour D
< <
t
t
, D2 et T1 conduisent.
t
d ( ) =
u t
v t
( )
T
2
On a donc :
A t
T=
2
( )
u t
d
=
Ri
d
( )
t
+
L
di
d
dt
+
E
, v t( ) devient n gatif, donc D1 se met conduire et T1 se bloque. D2 continue conduire car
T2 nest pas command . Cette phase de roue libre dure tant que
i
d ( )>0
t
. On a :
L
di
d
dt
+
+
'
E Ri
d
=
( )
t
0
Lorsque le courant i
d ( ) sannule, les diodes cessent de conduire. La charge n'est plus aliment e et :
t
A t
=
+
T
2
t
, le thyristor T2 est command ...
d ( ) =
u t
E
.
Chp-3
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-
D
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id(t)
ud(t)
IdM
VM
E
t0
Dt
T/2
t1
v(t)=VMSinwt
T
t
D1 - D2
T1 - D2
D1 - D2
T2 - D1
Figure 3-24. Fonctionnement courant interrompu lors de lalimentation dun moteur courant
continu par un pont PD2 mixte.
Fonctionnement courant ininterrompu pour les faibles valeurs de a (pour une charge
donn e).
Le fonctionnement est le m me que pour le 4.2.
Les deux diodes D1 et D2 servent conduire le courant i
Lexpression de la valeur moyenne de la tension redress e u t
t
d ( ) s crit :
d ( ) durant la phase de roue libre.
U
'
di
0
a
=
U
di
0
+
1
a
Cos
2
=
+
E R I
d
si I d est la valeur moyenne de i
d ( ) et R la r sistance de la maille (moteur + diodes).
t
La vitesse de rotation du moteur
=W
E
K
est donc r gl e par action sur langle de retard a .
Remarques :
La valeur moyenne I d du courant redress i
d ( ) donnera la valeur moyenne du moment du couple
t
moteur :
=
M K I d
On pourra r guler la vitesse du moteur en r glant langle de retard a en fonction de l cart entre un
signal de r f rence et une tension continue issue dune dynamo tachym trique plac e sur larbre du
moteur (voir figure 3-25).
Chp-3
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Dynamo
tachym trique
arbre
vitesse W(t)
ud
M
D
k.W(t)
T1
v(t)
Transformateur
T2
D1
D2
Circuit de commande
de g chette (TCA785)
A
Ampli. diff.
tension de
consigne
Figure 3-25. R gulation en vitesse dun moteur courant continu.
Chp-3
- 45 -