Circuits redresseurs

Qu'est-ce que la rectification ?

Venons-en maintenant à l'application la plus populaire de la diode :rectification . Simplement défini, la rectification est la conversion du courant alternatif (AC) en courant continu (DC). Il s'agit d'un appareil qui ne permet qu'un flux unidirectionnel de charge électrique. Comme nous l'avons vu, c'est exactement ce que fait une diode semi-conductrice. Le type de circuit redresseur le plus simple est le demi-onde redresseur. Il ne laisse passer qu'une moitié d'une forme d'onde CA vers la charge. (Figure ci-dessous)

Circuit redresseur demi-onde.

Rectification demi-onde

Pour la plupart des applications de puissance, le redressement demi-onde est insuffisant pour la tâche. Le contenu harmonique de la forme d'onde de sortie du redresseur est très important et par conséquent difficile à filtrer. De plus, la source d'alimentation CA n'alimente la charge que la moitié de chaque cycle complet, ce qui signifie que la moitié de sa capacité est inutilisée. Le redressement demi-onde est cependant un moyen très simple de réduire la puissance d'une charge résistive. Certains gradateurs de lampe à deux positions appliquent une alimentation CA complète au filament de la lampe pour une luminosité « complète », puis la rectifient à demi-onde pour un rendement lumineux moindre. (figure ci-dessous)

Application redresseur demi-onde :gradateur de lampe à deux niveaux.

Dans la position du commutateur « Dim », la lampe à incandescence reçoit environ la moitié de la puissance qu'elle recevrait normalement en fonctionnant sur un courant alternatif à ondes pleines. Étant donné que la puissance redressée demi-onde pulse beaucoup plus rapidement que le filament n'a le temps de chauffer et de refroidir, la lampe ne clignote pas. Au lieu de cela, son filament fonctionne simplement à une température inférieure à la normale, fournissant moins de lumière.

Ce principe de « pulsation » rapide de la puissance vers un dispositif de charge à réponse lente pour contrôler la puissance électrique qui lui est envoyée est courant dans le monde de l'électronique industrielle. Étant donné que le dispositif de contrôle (la diode, dans ce cas) est soit entièrement conducteur, soit entièrement non conducteur à un moment donné, il dissipe peu d'énergie thermique tout en contrôlant la puissance de la charge, ce qui rend cette méthode de contrôle de puissance très économe en énergie. Ce circuit est peut-être la méthode la plus grossière possible pour envoyer de l'énergie à une charge, mais il suffit comme application de validation de principe.

Redresseurs pleine onde

Si nous devons rectifier l'alimentation CA pour obtenir la pleine utilisation des les deux demi-cycles de l'onde sinusoïdale, une configuration de circuit redresseur différente doit être utilisée. Un tel circuit est appelé pleine onde redresseur. Un type de redresseur à deux alternances, appelé center-tap conception, utilise un transformateur avec un enroulement secondaire à prise centrale et deux diodes, comme dans la figure ci-dessous.

Redresseur pleine onde, conception à prise centrale.

Demi-cycle positif

Le fonctionnement de ce circuit se comprend facilement un demi-cycle à la fois. Considérez le premier demi-cycle, lorsque la polarité de la tension source est positive (+) en haut et négative (-) en bas. A ce moment, seule la diode supérieure est conductrice; la diode du bas bloque le courant et la charge "voit" la première moitié de l'onde sinusoïdale, positive en haut et négative en bas. Seule la moitié supérieure de l'enroulement secondaire du transformateur transporte du courant pendant ce demi-cycle, comme dans la figure ci-dessous.

Redresseur pleine onde à prise centrale :la moitié supérieure de l'enroulement secondaire est conductrice pendant le demi-cycle positif de l'entrée, fournissant un demi-cycle positif à la charge.

Demi-cycle négatif

Au cours du demi-cycle suivant, la polarité CA s'inverse. Maintenant, l'autre diode et l'autre moitié de l'enroulement secondaire du transformateur transportent du courant tandis que les parties du circuit qui transportaient auparavant du courant pendant le dernier demi-cycle restent inactives. La charge « voit » toujours la moitié d'une onde sinusoïdale, de même polarité que précédemment :positive en haut et négative en bas. (Figure ci-dessous)

Redresseur pleine onde à prise centrale :pendant le demi-cycle d'entrée négatif, la moitié inférieure de l'enroulement secondaire est conductrice, fournissant un demi-cycle positif à la charge.

Inconvénients de la conception du redresseur double alternance

Un inconvénient de cette conception de redresseur double alternance est la nécessité d'un transformateur avec un enroulement secondaire à prise centrale. Si le circuit en question est un circuit de haute puissance, la taille et le coût d'un transformateur approprié sont importants. Par conséquent, la conception du redresseur à prise centrale n'est visible que dans les applications à faible puissance.

Autres configurations

La polarité du redresseur pleine onde à prise centrale au niveau de la charge peut être inversée en changeant la direction des diodes. De plus, les diodes inversées peuvent être mises en parallèle avec un redresseur à sortie positive existant. Le résultat est un redresseur à prise centrale pleine onde à double polarité dans la figure ci-dessous. A noter que la connectique des diodes elles-mêmes est la même configuration qu'un pont.

Redresseur de prise centrale pleine onde à double polarité

Redresseurs de pont pleine onde

Une autre conception de redresseur pleine onde plus populaire existe, et elle est construite autour d'une configuration de pont à quatre diodes. Pour des raisons évidentes, cette conception s'appelle un pont pleine onde . (Figure ci-dessous)

Pont redresseur double alternance.

Les directions du courant pour le circuit redresseur en pont double alternance sont indiquées dans la figure ci-dessous pour les demi-cycles positifs et la figure ci-dessous pour les demi-cycles négatifs de la forme d'onde de la source CA. Notez que quelle que soit la polarité de l'entrée, le courant circule dans le même sens à travers la charge. C'est-à-dire que le demi-cycle négatif de la source est un demi-cycle positif à la charge.

Le courant circule à travers deux diodes en série pour les deux polarités. Ainsi, deux chutes de diode de la tension de source sont perdues (0,72,2 =1,4 V pour Si) dans les diodes. Ceci est un inconvénient par rapport à une conception à prise centrale pleine onde. Cet inconvénient n'est un problème que dans les alimentations à très basse tension.

Pont redresseur double alternance :flux de courant pour les demi-cycles positifs.

Pont redresseur double alternance :flux de courant pour les demi-cycles négatifs.

Schéma alternatif du circuit redresseur à pont pleine onde

Se souvenir de la disposition correcte des diodes dans un circuit redresseur en pont pleine onde peut souvent être frustrant pour le nouvel étudiant en électronique. J'ai trouvé qu'une représentation alternative de ce circuit est plus facile à retenir et à comprendre. C'est exactement le même circuit, sauf que toutes les diodes sont dessinées dans une attitude horizontale, toutes "pointant" la même direction. (Figure ci-dessous)

Style de disposition alternatif pour pont redresseur pleine onde.

Version polyphasée utilisant une disposition alternative

L'un des avantages de se souvenir de cette disposition pour un circuit redresseur en pont est qu'il se développe facilement en une version polyphasée dans la figure ci-dessous.

Circuit redresseur triphasé en pont pleine onde.

Chaque ligne triphasée se connecte entre une paire de diodes :une pour acheminer l'alimentation vers le côté positif (+) de la charge et l'autre pour acheminer l'alimentation vers le côté négatif (-) de la charge.

Les systèmes polyphasés avec plus de trois phases s'intègrent facilement dans un schéma de pont redresseur. Prenons par exemple le circuit redresseur en pont à six phases de la figure ci-dessous.

Circuit redresseur en pont pleine onde à six phases.

Lorsque le courant alternatif polyphasé est redressé, les impulsions déphasées se chevauchent pour produire une sortie continue qui est beaucoup plus « lisse » (contient moins de courant alternatif) que celle produite par le redressement du courant alternatif monophasé. Il s'agit d'un avantage décisif dans les circuits redresseurs haute puissance, où la taille physique des composants de filtrage serait prohibitive mais une alimentation CC à faible bruit doit être obtenue. Le schéma de la figure ci-dessous montre le redressement double alternance du courant alternatif triphasé.

Sortie de redresseur triphasé CA et triphasé pleine onde.

Tension d'ondulation

Dans tous les cas de redressement (monophasé ou polyphasé), la quantité de tension alternative mélangée à la sortie continue du redresseur est appelée tension d'ondulation . Dans la plupart des cas, étant donné que le courant continu « pur » est l'objectif souhaité, la tension d'ondulation est indésirable. Si les niveaux de puissance ne sont pas trop élevés, des réseaux de filtrage peuvent être utilisés pour réduire la quantité d'ondulation de la tension de sortie.

Unités à 1 impulsion, 2 impulsions et 6 impulsions

Parfois, la méthode de rectification est indiquée en comptant le nombre d'« impulsions » de sortie pour chaque 360 ^o de « rotation » électrique. Un circuit redresseur monophasé demi-onde serait alors appelé 1 impulsion redresseur, car il produit une seule impulsion pendant le temps d'un cycle complet (360 ^o ) de la forme d'onde CA. Un redresseur monophasé à deux alternances (indépendamment de la conception, de la prise centrale ou du pont) serait appelé un 2 impulsions redresseur car il produit deux impulsions de courant continu pendant un cycle alternatif. Un redresseur triphasé pleine onde serait appelé 6 impulsions unité.

Phases du circuit redresseur

La convention d'ingénierie électrique moderne décrit plus en détail la fonction d'un circuit redresseur en utilisant une notation à trois champs de phases , manières , et le nombre d'impulsions . Un circuit redresseur monophasé demi-onde reçoit la désignation quelque peu cryptique de 1Ph1W1P (1 phase, 1 voie, 1 impulsion), ce qui signifie que la tension d'alimentation CA est monophasée, ce courant sur chaque phase des lignes d'alimentation CA se déplace dans une seule direction (voie), et qu'il y a une seule impulsion de courant continu produite pour chaque 360 ^o de rotation électrique.

Un circuit redresseur monophasé, pleine onde, à prise centrale serait désigné comme 1Ph1W2P dans ce système de notation :1 phase, 1 voie ou sens du courant dans chaque moitié d'enroulement et 2 impulsions ou tension de sortie par cycle.

Un pont redresseur monophasé, pleine onde, serait désigné comme 1Ph2W2P :de la même manière que pour la conception à prise centrale, à l'exception du courant, peut aller les deux voies à travers les lignes AC au lieu d'une seule voie.

Le circuit redresseur en pont triphasé illustré précédemment s'appellerait un redresseur 3Ph2W6P.

Est-il possible d'obtenir plus d'impulsions que deux fois le nombre de phases dans un circuit redresseur ?

La réponse à cette question est oui :, en particulier dans les circuits polyphasés. Grâce à l'utilisation créative de transformateurs, des ensembles de redresseurs à double alternance peuvent être mis en parallèle de manière à produire plus de six impulsions de courant continu pour trois phases de courant alternatif. A 30 ^o Le déphasage est introduit du primaire au secondaire d'un transformateur triphasé lorsque les configurations d'enroulement ne sont pas du même type.

En d'autres termes, un transformateur connecté soit en Y-Δ soit en Δ-Y présentera ce 30 ^o déphasage, alors qu'un transformateur connecté Y-Y ou Δ-Δ ne le fera pas. Ce phénomène peut être exploité en ayant un transformateur connecté Y-Y qui alimente un pont redresseur, et un autre transformateur connecté Y-Δ pour alimenter un deuxième pont redresseur, puis mettre en parallèle les sorties CC des deux redresseurs. (Figure ci-dessous)

Étant donné que les formes d'onde de tension d'ondulation des sorties des deux redresseurs sont déphasées de 30 ^o l'une de l'autre, leur superposition entraîne moins d'ondulation que l'une ou l'autre sortie du redresseur considérée séparément :12 impulsions par 360 ^o au lieu de seulement six :

Circuit redresseur polyphasé :triphasé 2 voies 12 impulsions (3Ph2W12P)

AVIS :

• Rectification est la conversion du courant alternatif (AC) en courant continu (DC).
• Une demi-onde Le redresseur est un circuit qui permet à un seul demi-cycle de la forme d'onde de tension alternative d'être appliqué à la charge, ce qui entraîne une polarité non alternative à travers elle. Le courant continu qui en résulte délivré à la charge « pulse » de manière significative.
• Une pleine onde Le redresseur est un circuit qui convertit les deux demi-cycles de la forme d'onde de tension alternative en une série ininterrompue d'impulsions de tension de même polarité. Le DC résultant délivré à la charge ne « pulse » pas autant.
• Le courant alternatif polyphasé, lorsqu'il est redressé, donne une forme d'onde CC beaucoup plus "lisse" (moins d'ondulation tension) que le courant alternatif monophasé redressé.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail de rectification des diodes