L'énergie électrique est transportée et convertie de manière pratique sous la forme d'une tension alternative. C'est sous cette forme qu'il est livré au consommateur final. Mais de nombreux appareils ont encore besoin d'être alimentés en tension continue.
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Redresseur en électrotechnique
Les redresseurs sont utilisés pour convertir les courants alternatifs en courants continus. Ce dispositif est largement utilisé et les principaux domaines d'utilisation des redresseurs sont la radio et l'électrotechnique :
- formation de courant continu pour les installations électriques de puissance (sous-stations de traction, installations d'électrolyse, systèmes d'excitation de générateurs synchrones) et les puissants moteurs à courant continu ;
- les alimentations électriques pour les appareils électroniques ;
- la détection de signaux radio modulés ;
- Génération d'une tension continue proportionnelle au niveau du signal d'entrée pour la construction de systèmes de contrôle automatique de gain.
La gamme d'applications des redresseurs est vaste et il n'est pas possible de les énumérer toutes dans un seul aperçu.
Principes du redresseur
Les dispositifs redresseurs sont basés sur le principe de la conductivité unidirectionnelle des éléments. Cela peut se faire de différentes manières. De nombreux moyens pour les applications industrielles appartiennent au passé - par exemple, l'utilisation de machines synchrones mécaniques ou de dispositifs d'électro-vacuum. Aujourd'hui, on utilise des valves qui conduisent le courant d'un côté. Il n'y a pas si longtemps, les dispositifs au mercure étaient utilisés pour les redresseurs à haute puissance. Aujourd'hui, ils ont été pratiquement supplantés par des éléments semi-conducteurs (silicium).
Diagrammes typiques de redresseurs
Les redresseurs peuvent être construits selon différents principes. Lors de l'analyse des schémas de redressement, il faut se rappeler que la tension à la sortie de tout redresseur ne peut être qualifiée de constante que par convention. Cet appareil produit une tension unidirectionnelle pulsée qui, dans la plupart des cas, doit être lissée par des filtres. Certains consommateurs exigent également une stabilisation de la tension redressée.
Redresseurs monophasés
Le redresseur CA le plus simple est une simple diode.
Il transmet la demi-onde positive de l'onde sinusoïdale au consommateur et "coupe" la demi-onde négative.
Le champ d'application d'un tel dispositif est restreint - principalement, Redresseurs dans les alimentations à découpageLe redresseur a une gamme limitée d'applications, principalement dans les redresseurs pour les alimentations à découpage fonctionnant à des fréquences relativement élevées. Bien qu'il fournisse un courant circulant dans une seule direction, il présente des inconvénients importants :
- un niveau élevé d'ondulation - un condensateur important et encombrant serait nécessaire pour lisser et produire un courant constant ;
- Sous-utilisation de la capacité des transformateurs abaisseurs (ou élévateurs), entraînant une augmentation des exigences en matière de poids et de taille ;
- La CEM moyenne de sortie est inférieure à la moitié de la CEM d'entrée ;
- des exigences plus élevées en matière de diodes (d'un autre côté - une seule valve est nécessaire).
Par conséquent, le plus répandu est Circuit à double demi-période (pont).
Ici, le courant traverse la charge deux fois par période dans le même sens :
- La demi-onde positive le long du chemin indiqué par les flèches rouges ;
- la demi-onde négative le long du chemin indiqué par les flèches vertes.
La demi-onde négative n'est pas perdue et est également utilisée, de sorte que la puissance du transformateur d'entrée est utilisée plus complètement. Le CEM moyen est deux fois supérieur à celui de la version simple demi-onde. La forme d'onde du courant pulsé est beaucoup plus proche d'une ligne droite, mais un condensateur de lissage est toujours nécessaire. Sa capacité et ses dimensions seront plus petites que dans le cas précédent, car la fréquence d'ondulation est le double de la fréquence de la tension du réseau.
Si l'on dispose d'un transformateur avec deux enroulements identiques pouvant être connectés en série, ou avec l'enroulement se rétrécissant au centre, un redresseur à double demi-période peut être construit dans un circuit différent.
Il s'agit en fait d'un doublement du redresseur à simple demi-période, mais qui a l'avantage de la double demi-période. L'inconvénient est qu'un transformateur doit être d'une conception spécifique.
Si le transformateur est fabriqué par un amateur, rien n'empêche de bobiner le secondaire comme on le souhaite, mais le fer doit être quelque peu surdimensionné. Au lieu de 4 diodes, seules 2 sont utilisées. Cela permet de compenser la perte de masse et même de la gagner.
Si le redresseur est conçu pour un courant élevé et que les valves doivent être montées sur des dissipateurs thermiques, l'installation de la moitié du nombre de diodes permet de réaliser des économies importantes. Notez également que ce redresseur a une résistance interne deux fois supérieure à celle d'un circuit en pont, de sorte que l'échauffement des enroulements du transformateur et les pertes associées seront également plus élevés.
Redresseurs triphasés
A partir du schéma précédent, il est logique de passer à un redresseur de tension triphasée, monté sur un principe similaire.
La forme de la tension de sortie est beaucoup plus proche d'une ligne droite, le niveau d'ondulation n'est que de 14 %, et la fréquence est égale au triple de la fréquence de la tension de ligne.
Néanmoins, la source de ce circuit est un redresseur à demi-période unique, de sorte que de nombreux inconvénients ne peuvent être évités même avec une source de tension triphasée. Le principal inconvénient est que le transformateur n'est pas pleinement utilisé et que le CEM moyen est de 1,17⋅E.2eff (CEM secondaire effective du transformateur).
Les meilleurs paramètres sont donnés par le circuit en pont triphasé.
Ici, l'amplitude de l'ondulation de la tension de sortie est la même (14%), mais la fréquence est égale à la fréquence inférieure de la tension d'entrée CA, donc la capacité du condensateur de filtrage sera la plus petite de toutes les options présentées. Et la FEM de sortie sera deux fois plus élevée que dans le circuit précédent.
Ce redresseur est utilisé avec un transformateur de sortie avec un secondaire en étoile, mais le même arrangement de valve sera beaucoup moins efficace lorsqu'il est utilisé avec un transformateur de sortie en triangle.
Ici, l'amplitude et la fréquence de l'ondulation sont les mêmes que dans le dispositif précédent. Cependant, la CEM moyenne est inférieure d'un facteur deux à celle du circuit précédent. Par conséquent, cette connexion est rarement utilisée.
Redresseurs avec multiplication de la tension
Il est possible de construire un redresseur dont la tension de sortie est un multiple de la tension d'entrée. Par exemple, il existe des circuits avec doublement de la tension :
Ici, le condensateur C1 est chargé pendant le demi-cycle négatif et est commuté en série avec l'onde positive de l'onde sinusoïdale d'entrée. L'inconvénient de cette construction est la faible capacité de charge du redresseur et le fait que le condensateur C2 est sous une valeur double de la tension. Par conséquent, un tel schéma est utilisé en radiotechnique pour redresser avec un doublement des signaux de faible puissance pour les détecteurs d'amplitude, comme corps de mesure dans les circuits de contrôle automatique de gain, etc.
En électrotechnique et en électronique de puissance, on utilise une autre variante du circuit de doublement.
Un doubleur assemblé selon le circuit de Latour a une grande capacité de chargement. Chacun des condensateurs est sous la tension d'entrée, donc en termes de masse et de dimensions, cette variante l'emporte également sur la précédente. Le condensateur C1 est chargé pendant la demi-période positive et C2 pendant la demi-période négative. Les condensateurs sont connectés en série et en parallèle à la charge, de sorte que la tension à travers la charge est la somme de des tensions des condensateurs chargés. La fréquence de l'ondulation est égale à deux fois la fréquence de la tension de ligne, et sa magnitude dépend de sur la valeur de la capacité. Plus la capacité est élevée, plus l'ondulation est faible. Là aussi, il faut trouver un compromis raisonnable.
L'inconvénient de ce circuit est qu'une des bornes de charge ne doit pas être mise à la terre - dans ce cas, une des diodes ou un des condensateurs sera court-circuité.
Ce circuit peut être mis en cascade un nombre quelconque de fois. Ainsi, en répétant deux fois le principe de commutation, il est possible d'obtenir un circuit dont la tension est quadruplée, etc.
Le premier condensateur du circuit doit pouvoir résister à la tension de l'alimentation, les autres doivent pouvoir résister à deux fois la tension d'alimentation. Tous les portails doivent être conçus pour une double tension inverse. Bien entendu, pour que le circuit fonctionne de manière fiable, tous les paramètres doivent avoir une marge d'au moins 20 %.
Si aucune diode appropriée n'est disponible, on peut les connecter en série, ce qui augmentera d'un multiple la tension maximale admissible. Mais parallèlement à chaque diode, il faut prévoir des résistances d'égalisation. Cela doit être fait, car sinon la tension inverse peut être distribuée de manière inégale entre les diodes en raison de la variation des paramètres de la grille. Cela peut entraîner un dépassement de la valeur la plus élevée pour l'une des diodes. Et si chaque élément de la chaîne est ponté par une résistance (leur valeur nominale doit être la même), alors la tension inverse sera répartie de manière strictement égale. La résistance de chaque résistance doit être environ 10 fois inférieure à la résistance inverse de la diode. Dans ce cas, l'effet des éléments supplémentaires sur le fonctionnement du circuit sera minimisé.
La mise en parallèle des diodes dans ce circuit n'est guère nécessaire, les courants n'étant pas élevés. Mais il peut être utile dans d'autres circuits de redressement où la charge consomme beaucoup d'énergie. Le montage en parallèle multiplie le courant admissible à travers la vanne, mais perturbe la variation des paramètres. Par conséquent, une diode peut prendre le plus de courant et ne pas être capable de le gérer. Pour éviter cela, une résistance est placée en série avec chaque diode.
Le calibre de la résistance est choisi de telle sorte qu'au courant maximal, la chute de tension à ses bornes soit de 1 volt. Ainsi, pour un courant de 1 A, la résistance doit être de 1 ohm. Dans ce cas, la puissance doit être d'au moins 1 W.
En théorie, la multiplicité des tensions peut être augmentée à l'infini. En pratique, il faut se rappeler que la capacité de charge de ces redresseurs diminue fortement avec chaque étage supplémentaire. Il peut en résulter une situation où la chute de tension sur la charge dépasse la multiplicité de la multiplication et rend le redresseur inutile. Cet inconvénient est commun à tous ces circuits.
Souvent, ces multiplicateurs de tension sont produits comme un seul module dans une bonne isolation. De tels dispositifs ont été utilisés, par exemple, pour générer une haute tension dans les téléviseurs ou les oscilloscopes avec un tube cathodique comme moniteur. Les circuits de doublement utilisant des inductances sont également connus, mais ne se sont pas répandus - les pièces de bobinage sont difficiles à fabriquer et leur fonctionnement n'est pas très fiable.
Il existe un grand nombre de schémas de redressement. Compte tenu du large éventail d'applications de cet appareil, il est important d'aborder la sélection du circuit et le calcul des éléments de manière consciente. Ce n'est qu'alors qu'un fonctionnement long et fiable est garanti.
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