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Redresseurs monophasés / Redresseurs triphasés /

 

COMMUTATION PARALLELE SIMPLE - P2 à thyristors
 

1) Schéma de principe

Le montage redresseur P2 à thyristors est constitué de deux thyristors connectés en sorties d'un transformateur à point milieu:

Les thyristors sont débloqués avec un retard en angle de a, c'est à dire que des impulsions de déblocage sont envoyées sur les gâchettes des thyristors respectivement aux angles

pour th1     wt = a + 2kp
pour th2     wt = (a + p ) + 2kp

2) Etude du fonctionnement

A partir du réseau monophasé (Vp ) on obtient par l'intermédiaire du transformateur à point milieu deux tensions sinusoïdales V1 et V2 de même amplitude et déphasées entre elles de p:

V1(t) = Vm sin wt                                                       
V2(t) = Vm sin wt = Vm sin (wt + p ) = -Vm sin wt

Les différentes phases de fonctionnement du montage sont alors décrites par le tableau suivant:

Intervalles Thyristors
passants
Tensions aux bornes des thyristors bloqués Tension redressée
a £ wt < 2p + a th1 Vth2 = V2 - V1 + Vth1
» V2 - V1
Uc = V1 - Vth1» V1
p + a £ wt < 2p + a th2 Vth1 = V1 - V2 + Vth2
» V1 - V2
Uc = V2 - Vth2 » V2

La tension redressée a donc l'allure suivante:


Pour a £ p/2


Pour a > p/2

3) Etude des tensions

          - Valeur moyenne de la tension redressée

La valeur moyenne de la tension redressée est donnée par:

Il apparaît que la valeur moyenne de la tension redressée varie de -2Vm/p à 2Vm/p lorsque a varie de p à 0. Au delà de a = p, l'ordre de déclenchement parvient sur la gâchette des thyristors alors que ceux ci sont polarisés négativement de telle sorte qu'ils restent bloqués.

Deux cas sont à considérer:

        - a £ p/2, la valeur moyenne de la tension redressée est positive, il en est donc de même pour la puissance active fournie par le réseau au récepteur ( P = Ucmoy Ic ); le transfert de puissance se fait du coté alternatif vers le coté continu, le système fonctionne en redresseur.

        - a > p/2, la valeur moyenne de la tension redressée est négative ainsi donc que la puissance active; le transfert de puissance se fait du coté continu vers le coté alternatif, le système fonctionne en onduleur ou redresseur inversé. Le réseau continu néanmoins à imposer la fréquence et à fournir de la puissance réactive, d'où la précision parfois ajoutée dans la dénomination d'onduleur non-autonome.

          - Le facteur d'ondulation

Le facteur d'ondulation est défini par:

Dans l'étude, on peut se limiter au fonctionnement en redresseur ( a < p/2 ), en excluant le cas a = p/2, qui conduit à une indétermination de K0 ( Ucmoy = 0 ). Cette valeur particulière de a correspond à une puissance active échangée nulle.

Pour 0 £ a < p/2, il est facile de constater sur le graphe de la tension redressée que:

Ucmax = Vm   et   Ucmin = -Vm sin a

Remarque: De façon plus rigoureuse, la valeur maximale Ucmax de tension redressée peut être calculée en déterminant la valeur de wt qui annule la dérivée.
Dans l'intervalle a £ wt < p + a, la tension redressée a pour expression

Uc » V1 = Vm sin wt

La dérivée (dUc /dwt) = Vm cos wt = 0 pour wt = p/2 + kp avec k entier. Dans le cas 0 £ a < p/2, seule la valeur wt = p/2 appartient à l'intervalle considéré, la valeur maximale de tension étant alors de

Ucmax = Uc(wt = p/2 ) » V1(wt = p/2 ) = Vm

La valeur minimale Ucmin est toujours obtenue à un angle de commutation (wt = kp + a) pour lequel l'expression de la tension redressée change, c'est à dire pour une valeur de wt pour laquelle Uc n'est pas dérivable. Elle ne peut donc être calculée de la même façon et doit se déduire de la courbe Uc(t).

On en déduit le facteur d'ondulation

          - Tensions maximales aux bornes des thyristors bloqués

Lorsqu'il est bloqué, la tension aux bornes du thyristor thi est

Vthi = Vthj - Vj + Vi » Vi - Vj              i = 1, 2      j = 2, 1

a £ wt < p + a         Vth2 » V2 - V1 = -2Vm sin wt
p + a £ wt < 2p + a           Vth1 » V1 - V2 = 2Vm sin wt

Si on considère le premier intervalle, la tension aux bornes du thyristor bloqué th2 a l'allure suivante:

Pour a > p/2

Pour a < p/2

Les tensions maximales aux bornes des thyristors sont obtenues en déterminant les valeurs de wt qui annulent la dérivée de la tension à leurs bornes. Pour Vth2,

(dVth2 /dwt) = -2Vmcos wt = 0 pour wt = p/2 + kp avec k entier

Le thyristor th2 est bloqué sur l'intervalle [a , p + a [. L'angle a pouvant varier de 0 à p, les 2 premières racines, à savoir p /2 et 3p/2, peuvent être atteintes durant l'intervalle de blocage de th2. Elles correspondent respectivement à des tensions aux bornes du thyristor de -2Vm et 2Vm.

a £ p/2                  Vthmax = Vth2 (wt = p/2 ) = -2Vm
a > p/2                  Vthmax = Vth2 (wt = 3p/2 ) = 2Vm

Vthmax = ± 2Vm

La valeur négative doit être respectée pour éviter le claquage du thyristor, la positive pour éviter sa mise en conduction intempestive par dépassement de la tension de retournement. On obtiendrait bien sûr, par un calcul similaire, les mêmes valeurs maximales de tension aux bornes du thyristor Th1.

4) Etude des courants

          - Courants dans les thyristors

Le courant de sortie étant considéré comme constant, de valeur Ic, et les thyristors parfaits, on déduit de l'étude du fonctionnement les formes d'ondes des courants dans ces derniers:

i1 et i2 sont respectivement les courants dans les thyristors th1 et th2.

On en tire imax, imoy et ieff, les valeurs maximale, moyenne et efficace de ces courants:

imax = Ic              
          i = 1, 2

          - Courants et facteur de puissance au secondaire du transformateur

Dans les secondaires du transformateur deux valeurs relatives aux courants nous intéressent, la valeur efficace qui sert à dimensionner les enroulements et la valeur moyenne qui sera utile pour la détermination du courant au primaire. Dans le cas du montage P2 le courant circulant dans l'enroulement secondaire i du transformateur est le même que celui circulant dans le thyristor de même indice, les valeurs moyenne et efficace seront donc les mêmes que dans les thyristors.

Le facteur de puissance est par définition le rapport de la puissance active sur la puissance apparente. Les thyristors étant supposés parfaits, ils ne dissipent pas de puissance. Par conséquent la puissance fournie par le secondaire du transformateur est aussi la puissance reçue par la charge, soit

La puissance apparente au secondaire est quant à elle en tenant compte des deux enroulements

Ss = 2Vseff  ieff = Vm Ic

d'où

Le passage du secondaire au primaire du transformateur d'alimentation est traité globalement pour tous les montages redresseurs monophasés.

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