1) Introduction

Un montage redresseur est un dispositif électronique destiné à réaliser la transformation alternatif-continu. Cette transformation trouve son importance en la possibilité qu'elle offre d'alimenter, à partir du même réseau de distribution électrique, à la fois des machines à courant continu et des machines à courant alternatif. Il n'est plus nécessaire alors d'avoir deux sources de production électrique, ce qui est particulièrement intéressant pour des questions de coût mais aussi de poids et d'encombrement dans le cas de matériel embarqué. Le développement des semi-conducteurs de puissance a largement contribué à l'expansion de ces dispositifs qui autorisent la transition de façon sure, avec des rendements excellents, tout en restant peu onéreux et peu encombrants.
Le principe de fonctionnement consiste en une modification périodique du circuit électrique entre les connections d'entrée (réseau) et de sortie (récepteur) du dispositif redresseur, de façon à recueillir en sortie des tensions et des courants d'ondulations suffisamment faibles pour être négligées.

Pour l'étude nous distinguerons les montages redresseurs à diodes, à thyristors et mixtes que l'on peut classer en deux catégories, en fonction de leur mode de commutation:
                 - les montages à commutation parallèle simple, notés Pi, i étant le nombre de phases redressées. En exemples, les montages P2 à diodes et P2 à thyristors;
                 - les montages à commutation parallèle double, ou pont de Graëtz, notés PDi, i étant aussi bien sûr, le nombre de phases redressées. En exemple, les montages PD2 à diodes, PD2 à thyristors et PD2 mixte.

Lors des études de montages redresseurs monophasés nous considèrerons que le courant de sortie du montage est suffisamment peu ondulé pour être assimilé à un courant continu I_c. De même, les éléments électroniques constituant les montages, diodes et thyristors, seront dans un premier temps, considérés comme des interrupteurs parfaits. En particulier on négligera la chute de tension à leurs bornes lorsqu'ils sont passants, et on supposera que les courants qui les traversent peuvent varier instantanément lors des commutations.

Le fonctionnement de ces éléments peut alors se résumer de la façon suivante:

             - Diode

V_D < 0   =>   I = 0    diode bloquée
V_D ³  0   =>   I ¹  0   diode passante et V_D négligeable

             - Thyristor

V_th < 0   =>    I = 0   thyristor bloqué
V_th ³ 0 + impulsion gachette I_G    =>    I ¹ 0    thyristor passant et V_th négligeable
V_th ³ 0 sans impulsion gachette I_G     =>    I = 0    thyristor bloqué

2) Plan d'étude des montages redresseurs

Le plan d'étude des montages redresseurs est inspiré par le problème à résoudre. Le redresseur est un étage intermédiaire entre le réseau dont la tension et la fréquence sont fixées (ex: 220V/50Hz pour le réseau EDF), et les caractéristiques de fonctionnement du dispositif aval qui impose des valeurs de tension et de courant continus en sortie (ex: moteur à courant continu dont la tension et le courant d'induit sont imposés par la vitesse de rotation et le couple moteur). En conséquence, le choix des composants, une fois celui du type de montage fait, doit se faire en fonction de cette double contrainte.

      Le plan qui sera suivi lors des études sera:

            a) Schéma de principe

            b) Etude du fonctionnement

A chaque commutation la tension redressée est définie par une nouvelle expression, qu'il est nécessaire d'établir, en fonction des tensions au secondaire du transformateur d'alimentation.

            c) Etude des tensions

                    - tension redressée U_c(t):
caractérisée par sa valeur moyenne définie par

T étant la période de U_c(t), et son coefficient d'ondulation qui quantifie les variations de la tension redressée autour de sa valeur moyenne.

où U_cmax et U_cmin représentent respectivement les valeurs maximale et minimale de la tension redressée Uc(t).

                    - tensions aux bornes des éléments redresseurs:
  Pour le choix des diodes ou des thyristors à utiliser, il faut connaître les valeurs maximales des tensions qui leurs seront appliquées

            d) Etude des courants

                     - courants dans les éléments redresseurs:
Pour dimensionner les diodes et les thyristors il faut connaître les valeurs maximales, moyennes et efficaces des courants qui les parcourent, ces valeurs pouvant se déduire de la forme d'onde des courants.

                     - courants dans les secondaires du transformateur d'alimentation:
Le calcul de la valeur efficace du courant dans les secondaires est utile pour dimensionner le transformateur d'alimentation et pour remonter au courant consommé par le dispositif sur le réseau. La valeur moyenne sera aussi nécessaire pour calculer le courant au primaire. Ces valeurs peuvent être déterminer ici aussi à partir des formes d'onde des courants.

On déterminera aussi dans cette partie la puissance apparente et le facteur de puissance au secondaire, ces deux grandeurs étant importantes dans la conception des montages redresseurs. La puissance apparente détermine le dimensionnement du transformateur car V_m fixe le nombre de spires par phase et i_eff  la section des conducteurs.

            e) Passage du secondaire au primaire du transformateur d'alimentation

Pour chaque type de montage on établira la relation entre le courant dans les secondaires et les primaires à partir de l'équation aux Ampères-tours.

P2 à diodes / P2 à thyristors / PD2 à diodes / PD2 à thyristors / PD2 mixte