L'énergie électrique est facilement transportée et convertie en amplitude sous forme de tension alternative. C'est sous cette forme qu'il est livré au consommateur final. Mais pour alimenter de nombreux appareils, vous avez toujours besoin d'une tension constante.
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Pourquoi avons-nous besoin d'un redresseur en génie électrique
La tâche de convertir la tension alternative en courant continu est confiée aux redresseurs. Cet appareil est largement utilisé et les principaux domaines d'utilisation des appareils de redressement en radio et en électrotechnique sont:
- formation de courant continu pour les installations électriques de puissance (sous-stations de traction, usines d'électrolyse, systèmes d'excitation des générateurs synchrones) et les moteurs à courant continu puissants ;
- blocs d'alimentation pour appareils électroniques;
- détection de signaux radio modulés;
- formation d'une tension constante proportionnelle au niveau du signal d'entrée pour la construction de systèmes de contrôle automatique de gain.
La gamme complète des redresseurs est vaste et il est impossible de la répertorier dans le cadre d'un seul examen.
Principes de fonctionnement des redresseurs
Le fonctionnement des dispositifs de redressement est basé sur la propriété de conductivité unilatérale des éléments. Vous pouvez le faire de différentes manières. De nombreuses voies d'applications industrielles appartiennent désormais au passé, comme l'utilisation de machines synchrones mécaniques ou d'appareils à électrovide. Maintenant, des vannes sont utilisées qui conduisent le courant dans une direction. Il n'y a pas si longtemps, les dispositifs au mercure étaient utilisés pour les redresseurs à haute puissance. À l'heure actuelle, ils sont pratiquement remplacés par des éléments semi-conducteurs (silicium).
Circuits redresseurs typiques
Le dispositif de redressement peut être construit selon divers principes. Lors de l'analyse des circuits de l'appareil, il faut se rappeler que la tension constante à la sortie de tout redresseur ne peut être appelée que conditionnellement. Ce nœud produit une tension unidirectionnelle pulsée, qui dans la plupart des cas doit être lissée par des filtres. Certains consommateurs demandent également une stabilisation de la tension redressée.
Redresseurs monophasés
Le redresseur de tension alternative le plus simple est une diode unique.
Il transmet les demi-ondes positives de la sinusoïde au consommateur et "coupe" les négatives.
La portée d'un tel appareil est petite - principalement, redresseurs d'alimentation à découpagefonctionnant à des fréquences relativement élevées. Bien qu'il produise un courant circulant dans un seul sens, il présente des inconvénients importants :
- haut niveau d'ondulation - pour lisser et obtenir du courant continu, vous aurez besoin d'un condensateur volumineux et volumineux;
- utilisation incomplète de la puissance du transformateur abaisseur (ou élévateur), entraînant une augmentation des indicateurs de poids et de taille requis;
- la FEM moyenne à la sortie est inférieure à la moitié de la FEM fournie ;
- exigences accrues pour la diode (par contre, une seule valve est nécessaire).
Par conséquent, plus répandu circuit pleine onde (pont).
Ici, le courant traverse la charge deux fois par période dans un sens :
- demi-onde positive le long du chemin indiqué par les flèches rouges ;
- demi-onde négative le long du chemin indiqué par les flèches vertes.
L'onde négative ne disparaît pas, mais est également utilisée, de sorte que la puissance du transformateur d'entrée est utilisée plus pleinement. L'EMF moyenne est le double de celle de la version à une demi-onde. La forme du courant ondulé est beaucoup plus proche d'une ligne droite, mais un condensateur de lissage est toujours nécessaire. Sa capacité et ses dimensions seront plus petites que dans le cas précédent, car la fréquence d'ondulation est le double de la fréquence de la tension secteur.
S'il existe un transformateur avec deux enroulements identiques pouvant être connectés en série ou avec un enroulement ayant une prise à partir du milieu, un redresseur pleine onde peut être construit selon un schéma différent.
Cette option est en fait un double circuit d'un redresseur demi-onde, mais présente tous les avantages d'un redresseur pleine onde. L'inconvénient est la nécessité d'utiliser un transformateur d'une conception spécifique.
Si le transformateur est fabriqué dans des conditions d'amateur, il n'y a aucun obstacle à l'enroulement de l'enroulement secondaire comme requis, mais un fer légèrement plus grand devra être utilisé. Mais au lieu de 4 diodes, seules 2 sont utilisées, ce qui permettra de compenser la perte d'indicateurs de poids et de taille, et même de gagner.
Si le redresseur est conçu pour un courant élevé et que les vannes doivent être installées sur des radiateurs, l'installation de la moitié du nombre de diodes permet des économies importantes. Il faut également tenir compte du fait qu'un tel redresseur a une résistance interne deux fois supérieure à celle assemblée dans un circuit en pont, de sorte que l'échauffement des enroulements du transformateur et les pertes associées seront également plus élevés.
Redresseurs triphasés
Du circuit précédent, il est logique de passer à un redresseur de tension triphasé, assemblé selon un principe similaire.
La forme de la tension de sortie est beaucoup plus proche d'une ligne droite, le niveau d'ondulation n'est que de 14 % et la fréquence est égale à trois fois la fréquence de la tension secteur.
Et pourtant, la source de ce circuit est un redresseur demi-onde, de sorte que de nombreux défauts ne peuvent pas être surmontés même avec une source de tension triphasée. Le principal est l'utilisation incomplète de la puissance du transformateur et la FEM moyenne est de 1,17⋅E2eff (valeur efficace de la FEM de l'enroulement secondaire du transformateur).
Les meilleurs paramètres ont un circuit en pont triphasé.
Ici, l'amplitude de l'ondulation de la tension de sortie est la même de 14 %, mais la fréquence est égale à la fréquence hexagonale de la tension alternative d'entrée, de sorte que la capacité du condensateur de filtrage sera la plus petite de toutes les options présentées. Et la FEM de sortie sera deux fois plus élevée que dans le circuit précédent.
Ce redresseur est utilisé avec un transformateur de sortie ayant un enroulement secondaire en étoile, mais le même ensemble de vannes sera beaucoup moins efficace lorsqu'il est utilisé en conjonction avec un transformateur dont la sortie est connectée en triangle.
Ici, l'amplitude et la fréquence des pulsations sont les mêmes que dans le circuit précédent. Mais l'EMF moyen est inférieur à celui du schéma précédent dans les temps. Par conséquent, cette inclusion est rarement utilisée.
Redresseurs multiplicateurs de tension
Il est possible de construire un redresseur dont la tension de sortie sera un multiple de la tension d'entrée. Par exemple, il existe des circuits à doublement de tension :
Ici, le condensateur C1 se charge pendant l'alternance négative et est commuté en série avec l'onde positive de l'onde sinusoïdale d'entrée. L'inconvénient de cette construction est la faible capacité de charge du redresseur, ainsi que le fait que le condensateur C2 est sous deux fois la valeur de tension. Par conséquent, un tel circuit est utilisé en ingénierie radio pour doubler le redressement des signaux de faible puissance pour les détecteurs d'amplitude, comme élément de mesure dans les circuits de contrôle automatique du gain, etc.
En électrotechnique et en électronique de puissance, une autre version du schéma de doublement est utilisée.
Le doubleur, assemblé selon le schéma de Latour, a une grande capacité de charge. Chacun des condensateurs est sous tension d'entrée, par conséquent, en termes de poids et de taille, cette option surpasse également la précédente. Pendant l'alternance positive, le condensateur C1 est chargé, pendant le négatif - C2. Les condensateurs sont connectés en série et par rapport à la charge - en parallèle, de sorte que la tension aux bornes de la charge est égale à la somme tension des condensateurs chargés. La fréquence d'ondulation est égale à deux fois la fréquence de la tension secteur et la valeur dépend de la valeur des capacités. Plus ils sont grands, moins il y a d'ondulations. Et ici, il faut trouver un compromis raisonnable.
L'inconvénient du circuit est l'interdiction de mettre à la terre l'une des bornes de charge - l'une des diodes ou des condensateurs dans ce cas sera court-circuitée.
Ce circuit peut être mis en cascade un nombre illimité de fois. Ainsi, en répétant deux fois le principe d'inclusion, vous pouvez obtenir un circuit à quadruple tension, etc.
Le premier condensateur du circuit doit supporter la tension de l'alimentation, le reste - deux fois la tension d'alimentation. Toutes les vannes doivent être conçues pour une double tension inverse. Bien sûr, pour un fonctionnement fiable du circuit, tous les paramètres doivent avoir une marge d'au moins 20 %.
S'il n'y a pas de diodes appropriées, elles peuvent être connectées en série - dans ce cas, la tension maximale admissible augmentera d'un facteur 1. Mais en parallèle avec chaque diode, des résistances d'égalisation doivent être connectées. Cela doit être fait, car sinon, en raison de la dispersion des paramètres des vannes, la tension inverse peut être répartie de manière inégale entre les diodes. Le résultat peut être l'excès de la plus grande valeur pour l'une des diodes. Et si chaque élément de la chaîne est shunté avec une résistance (leur valeur doit être la même), alors la tension inverse sera distribuée exactement de la même manière. La résistance de chaque résistance doit être environ 10 fois inférieure à la résistance inverse de la diode. Dans ce cas, l'effet d'éléments supplémentaires sur le fonctionnement du circuit sera minimisé.
Il est peu probable que la connexion parallèle de diodes dans ce circuit soit nécessaire, les courants ici sont faibles. Mais cela peut être utile dans d'autres circuits redresseurs où la charge consomme beaucoup d'énergie. La connexion parallèle multiplie le courant admissible à travers la vanne, mais tout gâche la déviation des paramètres. En conséquence, une diode peut prendre le plus de courant et ne pas le supporter. Pour éviter cela, une résistance est placée en série avec chaque diode.
La valeur de résistance est choisie de sorte qu'au courant maximum la chute de tension à ses bornes soit de 1 volt. Ainsi, à un courant de 1 A, la résistance doit être de 1 ohm. La puissance dans ce cas doit être d'au moins 1 watt.
En théorie, la multiplicité de tension peut être augmentée indéfiniment. En pratique, il convient de rappeler que la capacité de charge de tels redresseurs chute fortement à chaque étage supplémentaire. En conséquence, vous pouvez arriver à une situation où la chute de tension aux bornes de la charge dépasse le facteur de multiplication et rend le fonctionnement du redresseur inutile. Cet inconvénient est inhérent à tous ces régimes.
Souvent, ces multiplicateurs de tension sont produits sous la forme d'un module unique avec une bonne isolation. Des dispositifs similaires ont été utilisés, par exemple, pour créer une haute tension dans les téléviseurs ou les oscilloscopes avec un tube à rayons cathodiques comme moniteur. Des schémas de doublage utilisant des selfs sont également connus, mais ils n'ont pas été distribués - les pièces d'enroulement sont difficiles à fabriquer et peu fiables en fonctionnement.
Il existe de nombreux circuits redresseurs. Compte tenu de l'étendue de ce nœud, il est important d'aborder consciemment le choix du circuit et le calcul des éléments. Seulement dans ce cas, un fonctionnement long et fiable est garanti.
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