Redresseurs monophasés - schémas et principe de fonctionnement

Un redresseur est un dispositif conçu pour convertir une tension alternative d'entrée en une tension continue. Le module principal du redresseur est un ensemble de scies à veine qui convertit directement la tension alternative en tension continue.

S'il est nécessaire de faire correspondre les paramètres du réseau avec les paramètres de la charge, le groupe redresseur est connecté au réseau via un transformateur d'adaptation. Selon le nombre de phases du réseau d'alimentation, les redresseurs sont monophasés et trois phases… Voir plus de détails ici — Classification des redresseurs à semi-conducteurs… Dans cet article, nous aborderons le fonctionnement des redresseurs monophasés.

Redresseur monophasé demi-onde

Le circuit redresseur le plus simple est un redresseur monophasé demi-onde (Fig. 1).

Riz. 1. Schéma d'un redresseur monophasé à demi-onde contrôlé

Les schémas de fonctionnement du redresseur de charge R sont illustrés à la figure 2.

Riz. 2. Schémas de fonctionnement du redresseur pour la charge R

Pour ouvrir le thyristor, deux conditions doivent être remplies :

1) le potentiel de l'anode doit être supérieur au potentiel de la cathode ;

2) une impulsion d'ouverture doit être appliquée à l'électrode de commande.

Pour ce circuit, la réalisation simultanée de ces conditions n'est possible que pendant des alternances positives de la tension d'alimentation. Un système de contrôle de phase d'impulsion (SIFU) ne doit former des impulsions d'ouverture que dans les Nsolunepériodes positives de la tension d'alimentation.

Lors de la demande de thyristor VS1 de l'impulsion d'ouverture à l'instant θ = α le thyristor VS1 s'ouvre et la tension d'alimentation U est appliquée à la charge1 pendant le reste de l'alternance positive (chute de tension directe aux bornes de la vanne ΔUv insignifiante par rapport à la tension U1 (ΔUv = 1 à 2 V) ). Puisque la charge R - active, le courant dans la charge répète la forme de la tension.

A la fin de l'alternance positive, le courant de charge i et la vanne VS1 vont décroître jusqu'à zéro (θ = nπ), et la tension U1 va changer de signe. Par conséquent, une tension inverse est appliquée au thyristor VS1, sous l'action de laquelle il se ferme et restaure ses propriétés de contrôle.

Une telle commutation de vannes sous l'influence de la tension de la source d'alimentation, qui change périodiquement de polarité, est appelée naturelle.

On peut voir sur les schémas qu'un changement d'un fil entraîne un changement d'une partie de l'alternance positive pendant laquelle la tension d'alimentation est appliquée à la charge, et donc cela conduit à une régulation de la consommation électrique. L'injection α caractérise le retard de l'instant d'ouverture du thyristor par rapport à l'instant de son ouverture naturelle et est appelé angle d'ouverture (commande) de la vanne.

La fem et le courant du redresseur sont des segments successifs d'ondes demi-sinusoïdales positives, de direction constante mais d'amplitude non constante, c'est-à-dire la FEM et le courant redressés ont un caractère pulsatoire périodique. Et toute fonction périodique peut être étendue en série de Fourier :

e (t) = E + en(T),

où E est la composante constante de la FEM corrigée, en(T) — composante variable égale à la somme de toutes les composantes harmoniques.

Ainsi, nous pouvons supposer qu'une FEM constante déformée par la composante variable en (t) est appliquée à la charge. La composante permanente de la FEM E est la principale caractéristique de la FEM redressée.

Le processus de régulation de la tension de charge en la modifiant s'appelle contrôle de phase... Ce schéma présente plusieurs inconvénients:

1) teneur élevée en harmoniques supérieures dans la FEM corrigée ;

2) grandes ondulations d'EMF et de courant ;

3) fonctionnement intermittent du circuit ;

4) utilisation d'une tension de circuit basse (kche =0,45).

Le mode de fonctionnement du courant d'interruption du redresseur est un mode dans lequel le courant dans le circuit de charge du redresseur est interrompu, c'est-à-dire devient nul.

Redresseur monophasé à une demi-onde lorsqu'il fonctionne sur une charge active-inductive

Les chronogrammes du fonctionnement du redresseur demi-onde pour la charge RL sont illustrés à la Fig. 3.

Riz. 3. Schémas de fonctionnement du redresseur demi-onde pour la charge RL

Pour analyser les processus qui se déroulent dans le schéma, attribuons trois intervalles de temps.

1. α <θ <δ… Le circuit équivalent correspondant à cet intervalle est représenté sur la fig. 4.

Concernant. 4. Circuit équivalent pour α <θ <δ

Selon le schéma équivalent :

Pendant cet intervalle de temps, eL (FEM à auto-induction) est polarisé à la tension de grille U1 et empêche une forte augmentation du courant. L'énergie du réseau est convertie en chaleur à R et s'accumule dans le champ électromagnétique d'inductance L.

2. α < θ < π. Le circuit équivalent correspondant à cet intervalle est représenté sur la Fig. 5.

Figue. 5… Circuit équivalent pour α <θ < π

A cet intervalle, la FEM d'auto-induction eL a changé de signe (à ce moment θ = δ).

A θ δ dL change de signe et tend à maintenir le courant dans le circuit. Il est orienté selon U1. Dans cet intervalle, l'énergie issue du réseau et accumulée dans le domaine de l'inductance L est convertie en chaleur dans R.

3. π θ α + λ. Le circuit équivalent correspondant à cet intervalle est représenté sur la Fig. 6.

Riz. 6 Circuit équivalent

À un moment donné θ = π, la tension de ligne U1 change de polarité, mais le thyristor VS1 reste dans l'état conducteur car egL dépasse U1 et la tension directe est maintenue aux bornes du thyristor. Le courant sous l'action de dL traversera la charge dans le même sens, tandis que l'énergie stockée dans le champ de l'inductance L ne sera pas entièrement consommée.

Dans cet intervalle, une partie de l'énergie accumulée dans le champ inductif est convertie en chaleur dans la résistance R, et une partie est transmise au réseau. Le processus de transfert d'énergie d'un circuit continu à un circuit alternatif est appelé inversion… Ceci est mis en évidence par les différents signes de e et i.

La durée du passage du courant dans la section de polarité négative U1 dépend du rapport entre les grandeurs L et R (XL=ωL). Plus le rapport — ωL/R est grand, plus la durée du passage du courant λ est grande.

S'il y a une inductance dans le circuit de charge L, alors la forme du courant devient plus lisse et le courant circule même dans les zones de polarité négative U1... Dans ce cas, le thyristor VS1 ne se ferme pas lors du passage de la tension U1 à 0 et au moment où le courant tombe à zéro. Si ωL/ R→oo, alors en α = 0 λ → 2π.

Le principe de fonctionnement d'un pont redresseur monophasé en mode continu lors du fonctionnement de charges actives et actives-inductives

Le circuit de puissance d'un pont redresseur monophasé est illustré à la Fig. 7, et les diagrammes temporels de son travail sur la charge active sont illustrés à la fig. huit.

Le pont de vannes (Fig. 7) contient deux groupes de vannes - cathode (vannes impaires) et anode (vannes paires). Dans le circuit en pont, le courant est transporté simultanément par deux vannes - une du groupe cathodique et une du groupe anodique.

Comme on peut le voir sur la fig. 7, les grilles sont passantes de sorte que pendant les alternances positives de la tension U2, le courant traverse les portes VS1 et VS4, et pendant les alternances négatives par les portes VS2 et VS3. Nous faisons l'hypothèse que les vannes et le transformateur sont idéaux, c'est-à-dire Ltp = Rtp = 0, ΔUB = 0.

Riz. 7. Schéma d'un pont redresseur monophasé

Riz. 8. Schémas de fonctionnement d'un redresseur commandé par pont monophasé sur une charge résistive

Dans ce circuit, à tout instant, une paire de thyristors VS1 et VS4 conduit le courant en alternances positives U2 et VS2 et VS3 en négatif. Lorsque tous les thyristors sont fermés, la moitié de la tension d'alimentation est appliquée à chacun d'eux.

À θ = α, ouvrez VS1 et VS4 et la charge commence à circuler à travers les ouvertures VS1 et VS4. Les anciens VS2 et VS3 fonctionnent à pleine tension secteur dans le sens inverse.Lorsque v = l-, U2 change de signe et puisque la charge est active, le courant devient nul et une tension inverse est appliquée à VS1 et VS4 et ils se ferment.

A θ =π +α les thyristors VS2 et VS3 s'ouvrent et le courant de charge continue à circuler dans le même sens. Le courant dans ce circuit à L = 0 a un caractère intermittent, et ce n'est qu'à α = 0 que le courant sera marginalement continu.

Le mode continu limite est un mode dans lequel le courant à certains moments diminue jusqu'à zéro, mais n'est pas interrompu.

Upr.max = Uobr.max = √2U2(avec transformateur),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(sans transformateur).

Fonctionnement du circuit pour une charge active-inductive

La charge R-L est typique des enroulements d'appareils électriques et des enroulements inducteurs de machines électriques ou lorsqu'un filtre inductif est installé à la sortie du redresseur. L'influence de l'inductance affecte la forme de la courbe du courant de charge ainsi que les valeurs moyennes et efficaces du courant à travers les vannes et le transformateur. Plus l'inductance du circuit de charge est élevée, plus la composante de courant alternatif est faible.

Pour simplifier les calculs, on suppose que le courant de charge est parfaitement lissé (L→oo). Ceci est légal lorsque ωNSL> 5R, où ωNS — la fréquence circulaire de l'ondulation de sortie du redresseur. Si cette condition est remplie, l'erreur de calcul est insignifiante et peut être ignorée.

Les chronogrammes du fonctionnement d'un pont redresseur monophasé pour une charge active-inductive sont illustrés à la Fig. neuf.

Riz. 9. Schémas de fonctionnement d'un pont redresseur monophasé lorsqu'il fonctionne sur une charge RL

Pour examiner les processus qui se déroulent dans le schéma, nous séparerons trois domaines de travail.

1. un. Le circuit équivalent correspondant à cet intervalle est représenté sur la Fig.dix.

Riz. 10. Circuit équivalent d'un redresseur

Dans l'intervalle considéré, l'énergie du réseau est convertie en chaleur dans la résistance R et une partie s'accumule dans le champ électromagnétique de l'inductance.

2. α < θ < π. Le circuit équivalent correspondant à cet intervalle est représenté sur la Fig. onze.

Riz. 11. Circuit équivalent du redresseur pour α <θ < π

A un instant θ = δ la FEM d'auto-induction eL = 0 car le courant atteint sa valeur maximale.

Dans cet intervalle, l'énergie accumulée dans l'inductance et consommée par le réseau est convertie en chaleur dans la résistance R.

3. π θ α + λ. Le circuit équivalent correspondant à cet intervalle est représenté sur la Fig. 12.

Riz. 12. Circuit équivalent du redresseur à π θ α + λ

Dans cet intervalle, une partie de l'énergie accumulée dans le champ inductif est convertie en chaleur dans la résistance R, et une partie est restituée au réseau.

L'action de la FEM d'auto-induction dans la 3ème section conduit à l'apparition de sections de polarité négative dans la courbe de la FEM corrigée, et les différents signes de e et i indiquent que dans cet intervalle il y a un retour d'énergie électrique au réseau.

Si à l'instant θ = π + α l'énergie stockée dans l'inductance L n'est pas totalement consommée, alors le courant i sera continu. Lorsqu'à un certain moment θ = π + α des impulsions d'ouverture sont fournies aux thyristors VS2 et VS3, auxquels une tension directe est fournie du côté réseau, ils s'ouvrent et à travers eux une tension inverse est appliquée aux VS1 et VS4 de fonctionnement du côté réseau, à la suite de quoi ils se ferment, ce type de commutation est dit naturel.