Redresseurs et onduleurs assistés

1. Redresseurs à diodes

1.1 Notations et méthodes de calcul

1.2 Redresseur à une seule diode

1.3 Redresseur à deux ou quatre diodes

1.4 Redresseur à trois diodes

1.5 Redresseur à six diodes

1.6 Comparaison des redresseurs à diodes

2. Redresseurs et onduleurs assistés à thyristors

2.1 Généralités

2.2 Redresseur à un thyristor

2.3 Redresseur à deux ou quatre thyristors

2.4 Redresseur monophasé sur charge active

2.5 Redresseur associé à un gradateur

2.6 Redresseur à trois thyristors

2.7 Redresseur à six thyristors

2.8 Comparaison des redresseurs à thyristors

3. Associations de redresseurs

3.1 Redresseurs mixtes

3.2 Redresseurs à quatre quadrants

3.3 Filtrage et protection des redresseurs

4. Conclusion

La fonction « redresseur assisté » consiste à transformer une tension ou un courant alternatif en son équivalent continu, avec une assistance des commutations par la source. Étant essentiellement utilisée sur le réseau de distribution à 50 Hz pour réaliser des sources continues variables ou non (à un, deux ou quatre quadrants), elle représente une part importante des applications d’électronique de puissance. Nous limiterons donc notre étude à cette situation, au sein des deux paragraphes concernant le redressement.

Le premier interrupteur de puissance solide commercialisé fut historiquement la diode, suivie par le thyristor.

Ses prédécesseurs à tubes étaient alors déjà bien avancés, et permettaient d’atteindre des puissances respectables de plusieurs mégawatts. Ils portaient les noms de thyratrons, ou de redresseurs polyanodiques, lorsque plusieurs anodes étaient utilisées. Leur principe de fonctionnement rappelait celui des transistors de type JFET (Transistor à effet de champ à jonction). Les réalisations obtenues étaient encombrantes en raison des très faibles densités de courant rencontrées, et surtout fragiles, à cause du verre utilisé.

Heureusement, nous disposons maintenant, pour remplir cette fonction redresseur, de diodes et de thyristors qui couvrent une plage de puissance très importante, commençant à un watt pour finir au gigawatt (associations de composants). La figure A présente un pont redresseur complet de 5 kW nominal, avec sa commande et ses protections.

Jusqu’aux années 1980, les applications de vitesse variable étaient principalement réalisées avec des machines à courant continu, alimentées par des redresseurs commandables. Le développement spectaculaire des IGBT (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor) a transféré beaucoup de ces applications vers les machines synchrones ou asynchrones. Il reste néanmoins encore de nombreuses « niches » où la première solution est la plus intéressante.

Les moteurs à courant continu sont des éléments essentiellement inductifs. Les redresseurs alimentés par le réseau seront donc très bien adaptés à leur commande, tant par l’induit que par l’inducteur. Il sera souvent inutile d’ajouter des inductances de lissage, celles du moteur étant suffisantes. Ces associations « moteur-redresseur » sont encore souvent utilisées, chaque fois que la bande passante requise est faible. En effet, un redresseur ne pouvant par réagir plus vite que le réseau qui l’alimente, ces structures ne sont pas intéressantes en robotique.

Cet article présente d’abord les ponts redresseurs à diodes ; puis leurs homologues à thyristors, mixtes ou non. Les différentes versions monophasées et triphasées y sont systématiquement présentées. Le calcul complet des tensions est détaillé, mais pas celui des courants de sortie. Ces développements incluent aussi les interactions entre un redresseur et un moteur à courant continu. Lorsque le montage est réversible, il est appelé « onduleur ».