Redressement commandé monophasé 07/04/2002  André BONNET 
Liste des cours

 1- Le thyristor 

 Symbole 

symbole


 Propriétés électriques 


commande

    L'état conducteur ou bloqué est en général déterminé par une électronique de commande référencée à la cathode.


 Fonctionnement 

caractéristique


 Le thyristor peut s'amorcer dans plusieurs cas 


 Condition de blocage d'un thyristor 

    Si I < Ih le thyristor se bloque mais il faut appliquer une tension Vak négative pendant le temps de recouvrement (tq) du thyristor pour que Vak puisse redevenir positive sans provoquer la remise en conduction. Pendant tq le thyristor peut conduire en inverse.


 Limites électriques 

L'application de Vak < Vrrm détruit le composant.
En conduction le thyristor dissipe une puissance qui tend à élever la température de jonction. A partir de 180°C le thyristor est détruit.
A l'amorçage si le di/dt et excessif, le thyristor est détruit.


 Ordre de grandeur des paramètres pour les thyristors du commerce 

Vrrm = Vak de 50V à 2000V
I de 100mA à 2000A
Courant de gâchette permettant l'amorçage de 10mA pour les thyristors sensibles à 500mA pour les thyristors standards.
(dvak/dt) maxi = 100V/µs
(di/dt) maxi = 100A/µs
Le temps de recouvrement tq = 100µs pour les thyristors de redressement à 2µs pour les thyristors ultra-rapides.


 2- Redressement commandé mono-alternance 

schéma

Hypothèses : thyristor parfait (vak = 0 en conduction, ih = 0)
u = vak + v
v = E + Ldi/dt
courbes

L'amorçage ne peut se produire que si u >E
Si vak > 0 et ig = 10mA le thyristor s'amorce et Umsinwt = E + Ldi/dt
De 0 à j le thyristor est bloqué et i = 0, u = E
A j , vak > 0 (car u > E), l'impulsion sur la gâchette amorce le thyristor
Umsinwt = E+Ldi/dt et i augmente.
Il faut que l'impulsion de commande persiste jusqu'à ce que i > ih
Quand i = 0 le thyristor se bloque et u = E
A pi + phi le thyristor ne s'amorce pas malgré l'impulsion de commande car vak < 0
La commande de l'angle phi permet de régler la tension moyenne appliquée sur la charge.


 3- Redresseur commandé à deux sources 

schéma et courbes

 Hypothèses 


 Équations du circuit 

2u = vak1 - vak2
u = vak1 + v
u = -vak2 - v
i = i1 + i2
v = E + Ldi/dt


 Justification des tracés 

Soit à wt=0 T2 conducteur. Alors v = -u, i2 = I0, vak2 = 0, vak1 = 2u 
A wt = phi , vak1 > 0 avec une impulsion sur sa gâchette T1 s'amorce. Alors T1 et T2 conduisent simultanément et court-circuitent les sources u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer T2.
De phi à (pi + phi), T1 est conducteur et T2 est bloqué. Donc v = -u, i1 = I0, i2 = 0, vak1 = 0, vak2 = -2u
A wt = (pi + phi), vak2 > 0 avec une impulsion sur sa gâchette, T2 s'amorce. Alors T1 et T2 conduisent simultanément et court-circuitent les sources u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer T1. Etc....


 Observations 

courbes



 4- Redresseur commandé en pont de Graëtz tout thyristor 


 Hypothèses 

 Équations du circuit 

Is = i1 - i3 = i4 - i2
u = v1 - v2 = v4 - v3
v = -v1 - v3 = -v2 - v4
i = i1 + i2 = i3 + i4
v = E + Ldi/dt


 Justification des tracés 

Soit à wt=0 T2 et T3 conducteurs. Alors v = -u, i2 = I3 = I0, v2 = v3 = 0, v1 = v4 = u 
A wt = phi, v1 et v4 > 0 avec une impulsion sur leur gâchette T1 et T4 s'amorcent. Alors T1, T4 et T2, T3 conduisent simultanément et court-circuitent la source u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer T2 et T3.
De phi à (pi + phi), T1 T4 sont conducteurs et T2 T3 sont bloqués. 
Donc v = -u, i1 = i4 = I0, i2 = 0 i3 = 0, v1 = v4 = 0, v2 = v3 = -u
A wt = (pi + phi), v2 et v3 > 0 avec une impulsion sur leur gâchette T2 et T3 s'amorcent. Alors T1, T3 et T2, T4 conduisent simultanément et court-circuitent la source u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer T1 et T4. Etc....


 Observations 

courbes

train


 5- Pertes dans les redresseurs 

Un thyristor en conduction se modélise comme une diode :

diode

Les pertes dans le composant s'expriment :
P = (1/T) ƒ0T v.i.dt = V0.<i> + r.Ieff2
Dès que les pertes par composant dépasse 1 Watt un refroidisseur est nécessaire.
Ce refroidisseur est caractérisé par sa résistance thermique Rth exprimée en W/°C.
Par exemple si P = 10W, une ambiance à 85°C et une limite à 180°C pour la jonction, on prendra une marge de 35°C et le radiateur sera de Rth < (180-35-85)/10 soit Rth < 6°C/W.


 6- Protection des redresseurs contre les surintensités 

    Examinons sur un exemple les pertes dans un composant en cas de forte surintensité. Soit un thyristor donné pour un courant moyen de 10A avec V0 = 0,8V et r = 0,1omega qui est soumis pendant un court instant à un courant de 100A.
Les pertes sont P = 0,8. 100 + 0,1.100.100 = 80 + 1000 Watts.
C'est le terme r.Ieff 2 qui est prépondérant.
Le composant qui subit ce choc thermique ne peut pas évacuer ses calories vers le radiateur si le phénomène est bref (moins d'une milli-seconde). La température qj de la jonction va donc s'élever en fonction de sa masse m, de sa chaleur massique c et de l'énergie dissipée dans cette jonction. Si la durée du défaut est s, la température de la jonction s'élève de Dqj = (P.s )/(m.c). Le constructeur connait les paramètres r,m,c ,Dqjmaxi, il fournit donc un paramètre qui fait la synthèse des précédents. C'est la contrainte thermique maximale que peut supporter le composant sans se détruire. Cette contrainte thermique maximale est notée " Ieff2t maxi "et évaluée pour une température de jonction initiale de 110°C.
On peut observer qu'un fusible se détruit dans les mêmes conditions. Pour choisir le fusible capable de protéger les composants du redresseur, il suffit de prendre des fusibles dotés d'une contrainte thermique supérieure à celle des composants à protéger et d'un courant nominal compatible. Seuls les fusibles à fusion ultra rapide conviennent.


 7- Protection des redresseurs commandés contre les dv/dt 

dv

Les condensateurs permettent de réduire le dv/dt sur les thyristors et les résistances limitent le courant de décharge de ces condensateurs dans les thyristors à l'amorçage.


 8- Association de redresseurs pour une réversibilité 4 quadrants 

    Deux redresseurs tout thyristor tête bêche apportent une réversibilité 4 quadrants. Mais il existe deux solutions pour commander les ponts :

 Logique d'inversion 

4 quadrants

    Quand un pont est actif l'autre n'est pas commandé. Pour changer le pont actif, la commande impose l'annulation du courant dans la charge puis lorsque le capteur de courant de charge décèle une valeur très faible, la commande des deux ponts est stoppée pendant environ 30ms pour garantir le blocage complet des thyristors amorcés. Après cette temporisation l'autre pont reçoit ses impulsions.


 Circulation de courant 

circulation

    Les deux ponts sont pilotés en permanence de telle sorte que la tension qu'ils délivrent soient les mêmes en valeur moyenne mais de signe contraire.
Le pont 1 est commandé avec phi1 et le pont 2 avec phi2 = pi - phi1
Cependant les tensions instantanées fournies par les deux ponts sont différentes, les inductances l limitent le courant de circulation entre les ponts. 

    La structure à circulation de courant est plus onéreuse mais elle permet une inversion du courant dans la charge plus rapide et sans discontinuité.

 

 9- Redresseur commandé en pont de Graëtz mixte 

 Hypothèses 

 courbes

 Équations du circuit 

Is = i1 - id1 = id2 - i2
u = v1 - vd1 = vd2 - v2
v = -v1 - v2 = -vd1 - vd2
i = i1 + id1 = i2 + id2
v = E + Ldi/dt

 Justification des tracés 

Soit à wt=0 D1 et D2 conductrices. Alors v = 0, id1 = id2 = I0, vd1 = vd2 = 0, v1 = v2 = u
A wt = phi, v1 >0 avec une impulsion sur sa gâchette T1 s'amorce. Alors T1 et D1 conduisent simultanément et court-circuitent la source u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer D1.
De phi à pi, T1 et D2 sont conducteurs et T2 D1 sont bloqués. Donc v = u, i1 = id2 = I0, i2 = id1 = 0, v1 = vd2 = 0 , v2 = vd1 = -u
A pi, la tension u change de signe et les diodes D1 et D2 conduisent. Alors T1 et D1 conduisent simultanément et court-circuitent la source u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer T1.
De pi à pi + phi, il y a roue libre par D1 et D2. Donc Vd1= vd2= v = 0, id1= id2 =I0, i1= i2= is =0.
A wt = (pi +phi), v2 > 0 avec une impulsion sur sa gâchette T2 s'amorce. Alors T2 et D2 conduisent simultanément et court-circuitent la source u. Mais le courant de court-circuit tend à bloquer D2. Etc....


 Observations 

Exercices

  W3C W3C W3C