Conversion électrique / électrique Les redresseurs  = 1 2 (3) + - Conversion électrique / électrique alternatif  continu EEA / Conversion d’énergie Pierre-Alain GILLES

Redresseur élémentaire à 1 diode Charge résistive : ( V ou A ) is <vs> et <is> > 0 mais très mal lissés ... vs D On D Off T Charge inductive : is mieux lissé mais  < vs > ... 1- Montages élémentaires

Redresseur élémentaire à 2 diodes is vs D1 D2 T redressement double alternance is ne s’annule pas Hypothèse pour la suite: charge = source de courant is = Is = Cte 1- Montages élémentaires

Redresseurs élémentaires triphasés Montage à cathodes communes : vs 1 Is = Cte 2 vs D1 D2 D3 3 T C’est la diode connectée au potentiel « le plus positif » qui conduit Montage à anodes communes : vs D3 D1 D2 vs C’est la diode connectée au potentiel « le plus négatif » qui conduit 1- Montages élémentaires

Redresseur élémentaire commandé Is = Cte 1 2 Ψ Ψ Ψ vs vs 3 T T1 T2 T3 Ψ Angle de retard à l’amorçage des thyristors Instants d’amorçage naturel < vs > réglable par Ψ 1- Montages élémentaires

Pont monophasé à diodes Vs V2 v Is=cte iD1 vD1 D4 ie T v Vs D2 D3 D1 D3 D2 D4 D1 D3 ... Is ie τond = 78 % k = 0,900 THDi = 48 % 2- Montages en pont

Pont triphasé à diodes τond = 7 % k = 0,955 THDi = 31 % V2 V6 3 2 1 U23 U21 U31 U32 U12=V1-V2 U13 Vs Is iD1 D3 D5 vD1 i1 1 Vs 2 3 D2 D4 D6 D3 D5 D1 D6 D2 D4 Is i1 τond = 7 % k = 0,955 THDi = 31 % iD1 D1 T D2 2- Montages en pont

Pont commandé à thyristors  Vs V2 i1  1 Vs 2 3  < vs > réglable  Vs Puissance  = Fontionnement en onduleur autonome :  >  → < vs > < 0 vs Is ≥0 2- Montages en pont

Cahier des charges : ondulation de I et/ou E Filtre LC Inductance de lissage : L I vs E MCC Pont de diodes triphasé Charge vs is E I L C Filtre LC : L’inductance lisse le courant La capacité lisse la tension E ≈ < vs > Cahier des charges : ondulation de I et/ou E → choix de L et C τond ≈ 1 % 3- Qualité côté charge

Redresseur sur charge capacitive L’hypothèse is = Cte n’est pas valable ici ... ie is I v vs Charge C aucune diode aucune diode Pont de diodes monophasé D1 + D3 D2 + D4 Plus la capacité est grande plus la tension est lissée τond = 1 à 5 % mais ... (Cf 16) 3- Qualité côté charge

non réversible en courant Hacheur de freinage Alimentation d’un moteur à courants alternatifs (variateur de vitesse) : is ≥ 0 I T R Onduleur vs E Moteur Pont de diodes non réversible en courant Pour freiner le moteur il faut I < 0 → charge de C,  E Hacheur de freinage : Dissipation de l’énergie de freinage par effet Joule dans R 4- Réversibilité en courant

interrupteur réversible Pont réversible en courant Pont 4 quadrants Is interrupteur réversible en courant BB 36000 Alstom / SNCF 1998 Is < 0 possible → freinage avec renvoi d’énergie sur le réseau 4- Réversibilité en courant

- Le facteur de puissance Qualité côté réseau 2 problèmes : - Le facteur de puissance - La pollution du réseau → perturbations conduites & rayonnées = pb de compatibilité électromagnétique ( CEM ) Un redresseur est une charge non linéaire : alimenté par une tension sinusoïdale, il absorbe un courant qui ne l’est pas Les harmoniques du courant absorbé polluent le réseau et dégradent le facteur de puissance Les normes CEM sont de plus en plus contraignantes ... 5- Qualité côté réseau

Harmoniques pour un redresseur sur charge capacitive ie Pont monophasé (A) H1 = fondamental à 50 Hz H3 H5 H7 H9 H11 H13 ... harmoniques impaires Spectre de ie Evolution temporelle de ie Pollution harmonique très importante : THDi = 200 à 300 % ! Mauvais facteur de puissance : k ≈ 0,4 → montage réservé aux petites puissances quel avenir avec le durcissement des normes CEM ? ... 5- Qualité côté réseau

Harmoniques pour un redresseur avec filtre LC Spectre t i1 i1 THDi = 31 % k = 0,955 Gabarit de la norme pour I > 16 A /phase CEI / EN 61000 L’inductance sur le bus continu permet d’atténuer les harmoniques mais est insuffisante pour satisfaire les normes CEM pour I > 16 A 5- Qualité côté réseau

 = Solution à composants passifs  Q = 0 H1, H5, H7, H11...  H1, H11... L7 C7 L5 C5 C H7 H5 Q charge = Pont commandé Filtrage H7 Filtrage H5 Compensation de Q si  Z5 = 0  H5 est court circuité à 5x50 Hz Solution désormais réservée aux très fortes puissances 5- Qualité côté réseau

Absorption sinusoïdale : Redresseur MLI 4 quadrants Dénomination Redresseur sinus Redresseur haute fréquence Redresseur MLI MOS ou IGBT Avantages 4 quadrants THDi  4 % k  0,98 Possibilité de fournir du réactif inductances de filtrage Inconvénients (de moins en moins vrai avec les progrès techniques) Commande complexe → coûteux Bcp de commutations → pertes élevées → limité en puissance Chez Siemens : variateurs de vitesse à redresseurs 4Q jusqu’à 1,2 MW 5- Qualité côté réseau

Absorption sinusoïdale : Filtre actif k ↗ 0,98 THDi  4 % Structure de type onduleur Solution performante mais coûteuse k ↗ 0,98 THDi  4 % 5- Qualité côté réseau

Même avec les solutions d’absorption sinusoïdale, Filtre réseau Même avec les solutions d’absorption sinusoïdale, il reste des harmoniques HF ( radiofréquences > 100 kHz ) Harmoniques de faible amplitude, mais à fort pouvoir polluant local en perturbations rayonnées Les hautes fréquences sont assez faciles à filtrer Arcotronics 5- Qualité côté réseau

2 motrices x 3 bogies x 2 MCC x 580 kW alimentation bi-courant TGV PSE Alstom / SNCF 1981 2 motrices x 3 bogies x 2 MCC x 580 kW alimentation bi-courant Changement des balais tous les 100 000 km 6- Applications

Traction 1500 V continu Hacheur à thyristors 3,1 MW - 200 km/h 6- Applications

Traction en 25 kV alternatif 6,45 MW - 270 km/h effort de traction: 222 kN max 95 kN nominal 1 rame = 385 t Pont mixte monophasé 6- Applications

Hacheur de freinage Freinage rhéostatique Contrôle par modification résistance apparente ou défluxage 6- Applications

Liaisons à courant continu IFA 2000: France  Angleterre 2000 MW SaCoI: Sardaigne  Corse  Italie 7 liaisons Europe continentale  Scandinavie Liaison Italie  Grèce Pb du transport de la puissance réactive => CCHT si > 40 km en sous-marin > 800 km en aérien France Angleterre liaison sous-marine  Harmoniques  k 4 ponts en série →  qualité côté charge et réseau 6- Applications