Redresseurs à diodes triphasés

1/Considérations générales :

Les charges industrielles connectées aux redresseurs sont généralement des récepteurs inductifs (moteurs à courant continu ….). On pourra généralement adopter les considérations suivantes :

       Le courant circule en permanence dans le récepteur.

       Ce courant est presque constant.

Cette situation correspond au cas le plus fréquent des redresseurs industriels qui sont connectés généralement à un réseau triphasé.

2/Redresseur type parallèle P3:

Chaque phase du secondaire du transformateur triphasé est mise en série avec une diode. Les diodes sont montées en cathodes équipotentielles. C’est la diode qui voit la tension la plus positive qui conduit.

Le système de tensions V1, V2, V3 est triphasé équilibré :               V1(t)= Vmax sin(wt)    ; V2(t)= Vmax sin(wt-120°)    ; V3(t)= Vmax sin(wt-240°) .

Pendant que la tension V1 est la plus positive, la diode D1 conduit et Vs=V1(t). Lorsque la tension V2 devient plus positive, la diode D1 voit à ses bornes une tension négative et se bloque donc. Le courant de sortie Is se trouve ainsi commuté de D1 vers D2…et ainsi de suite.

a/ Valeur moyenne du signal de sortie :

Les angles de conduction :

·         D1 : 30°…150°

·         D2 : 150°…270°

·         D3 : 270°…390°

        On démontre que         Vsmoy= Vmax  3√3/2Л.

b/ Fréquence du signal de sortie :

Le signal de sortie possède une période de T/3, sa fréquence est donc le triple de celle du secteur :                    f= 150 Hz

c/ Tension inverse maximale aux bornes des diodes :

Pendant que la diode D1 conduit, la diode D2 est soumise à la tension VD2=U21=V2-V1 qui atteint un maximum de √3 Vmax. Ce maximum doit être supporté par la diode.

d/ Courants dans les diodes :

Si le montage débite un courant continu (cas des charges industrielles) Is constant, chaque diode assure ce courant pendant le tiers de la période T. Chaque diode sera le siège des valeurs de courant suivantes :

IDmax= Is ;         IDmoy= Is/3 ;        IDeff= Is/√3.

On représente ci dessous l’allure du courant traversant la diode D1, ID1 :

e/ Facteur de puissance au secondaire :

Si l’on néglige les chutes de tension dues aux diodes et réactances du secondaire, on pourra écrire que :

P= Vsmoy . Is , puissance active fournie par le secondaire du transformateur.

S= 3.V.IDeff , puissance apparente au niveau du secondaire ( le courant secondaire est le même qui traverse chaque diode).

On déduit la valeur du facteur de puissance  Fp = P/S = (3√3/2Л)Vmax / 3(Vmax/√2).Is/√3

                                                    Fp = 3 / (Л√2) = 0.675 AR

3/Redresseur type parallèle double PD3:

Les diodes D1, D3 et D5 sont montées à cathodes équipotentielles tandis que les diodes D2, D4 et D6 sont branchées à anodes équipotentielles. Ainsi, à tout moment, la diode entre D1, D3 et D5 qui voit la tension la plus positive et celle entre D2, D4 et D6 qui voit la tension la plus négative vont conduire. De ce fait, la tension Vs sera égale à la différence entre  la plus positive et la plus négative des tensions alternatives.

Par exemple, entre l’instant 30° et l’instant 90° V1 est plus positive tandis que V2 est plus négative. Il s’ensuit que   Vs= V1-V2 = U12 = √3 Vmax sin (wt + 30°).

a/ Valeur moyenne récupérée :

On intégrant  Vs= U12 = √3 Vmax sin (wt + 30°)  dans l’intervalle 30° … 90°, on obtient :

Vsmoy= 3√3. Vmax / Л.

On remarque que la valeur moyenne récupérée a doublée.

b/ Fréquence du signal de sortie :

La fréquence est six fois  celle du secteur :     f= 300 Hz.

c/ Tension inverse appliquée aux diodes :

On s’intéressera à la diode D1 pour illustrer la tension à ses bornes, VD1 :

·         30°… 150° : D1 conduit et VD1=0V.

·         150°… 270° : D3 conduit et VD1= V1-V2= U12.

·         270°… 390° : D5 conduit  et VD1= V1-V3= U13.

On voit que la tension inverse appliquée à chaque diode est  Vinv= √3 Vmax.

d/ Courants dans les diodes :

Chaque diode conduit pendant le tiers de la période du secteur et sera parcourue alors par la valeur Is.

Chaque diode sera donc caractérisée par :   IDmoy= Is/3 ; IDeff= Is/√3 ; IDmax= Is.

e/ Courants au  secondaire du transformateur :

Chaque enroulement, étant réuni à deux diodes, est parcouru par un courant pendant deux intervalles de durée  T/3. Ainsi  i1= + Is lorsque la diode D1 conduit  et i1= -Is lorsque la diode D2 conduit.

La valeur efficace d’un tel courant :   I= Is √(2/3).

f/ Facteur de puissance au secondaire du transformateur :

La puissance active débitée : P= Vsmoy Is.

La puissance apparente :       S= 3. (Vmax/√2). I

On déduit la valeur du facteur de puissance :          Fp = P/S = 3/Л = 0.95 AR.

On voit que le facteur de puissance est nettement amélioré par rapport au montage parallèle simple.