thumb|Trois redresseurs sous forme de ponts de Graetz. thumb|Redresseur entre les réseaux d'Hydro One et d'Hydro-Québec au poste Outaouais de TransÉnergie à L'Ange Gardien, Québec, pour lignes à haute tension HVDC. thumb|Redresseur 150 kV à vapeur de mercure, station de conversion Radisson (Manitoba Hydro), (pour ligne HVDC).
Un redresseur, également appelé convertisseur alternatif/continu ou pont de Graetz, est un convertisseur destiné à alimenter une charge qui nécessite de l'être par une tension et un courant tous deux continus, à partir d'une source de tension alternative. Il rectifie ainsi la composante du courant et de la tension, d'où son nom anglais rectifier, à l'inverse de l'onduleur qui lui doit également le nom anglais de inverter (pour rectification inversé).
L'alimentation est, la plupart du temps, un générateur de tension. Les redresseurs non commandés, essentiellement réalisés à partir de diodes, sont utilisés lorsque la tension de sortie n'a pas besoin d'être ajustée. Les redresseurs commandés dont la tension de sortie peut être variable comportent des thyristors ou des ensembles de diodes et de thyristors. Du fait de leur importante puissance massique ces redresseurs sont toujours utilisés en forte puissance et lorsqu'il est nécessaire de réguler ou de faire varier les grandeurs électriques en sortie. En faible et moyenne puissance, les redresseurs commandés à thyristors sont en voie d'obsolescence et sont avantageusement remplacés par la « mise en cascade » d'un redresseur commandé ou non et d'un convertisseur continu-continu. Dans les petites puissances, la commande d'un transistor à effet de champ ou d'un IGBT est plus simple que celle d'un thyristor, d'autre part, les fréquences de fonctionnement des hacheurs, qui sont aujourd'hui du domaine des , permettent de diminuer considérablement la taille des composants de filtrage (inductances et condensateurs). Enfin il existe des redresseurs à absorption sinusoïdale construits à l'aide de diodes, transistors Ballast MOSFET ou IGBT qui sont utilisés afin d'améliorer la forme d'onde du courant alternatif consommé côté réseau.
Redresseurs monophasés En monophasé : les redresseurs simple alternance : dans le sens direct, ils admettent les tensions positives et annulent les tensions négatives. Une simple diode en série avec la charge suffit à réaliser cette opération ; les redresseurs double alternance : ils commutent de manière à transformer les tensions négatives en tensions positives. Le montage le moins coûteux et le plus efficace est le pont de diodes.
Applications des redresseurs monophasés
Le redresseur à simple diode est un dispositif très fréquent mais il est davantage utilisé comme dispositif de variation de puissance que comme redresseur : pour les applications de chauffage, il permet, pour un coût très réduit, de diviser par deux la puissance consommée par la charge car, pour une charge résistive, les valeurs efficaces de la tension et du courant sont divisées par . La quasi-totalité des sèche-cheveux possèdent deux puissances de chauffage. L'interrupteur qui commande le basculement est placé en parallèle d'une diode. Lorsqu'on veut obtenir une pleine puissance, l'interrupteur court-circuite la diode et la résistance est alimentée directement par le secteur. Pour le fonctionnement à demi puissance, l'interrupteur est ouvert et la diode est en série avec la charge.
Le redressement simple alternance commandé, tout comme les redressements commandés en monophasé, n'a pas d'application industrielle.
Redressement mono alternance
Ce type de redressement permet de supprimer l'alternance négative d'un signal en conservant l'alternance positive. La tension de sortie du convertisseur ressemble à la courbe ci-contre où la courbe du haut représente la tension d'entrée et celle du bas la tension en sortie du redresseur.[graphique absent]
La tension redressée a alors la même fréquence que la tension d'entrée.
Il existe deux types de redresseurs simple alternance : les redresseurs non commandés, constitué d'une diode en série avec la charge, avec lesquels il est impossible de faire varier les grandeurs électriques en sortie du convertisseur les redresseurs commandés, constitué d'un thyristor en série avec la charge, qui permettent de faire varier les grandeurs électriques en sortie du convertisseur, notamment les valeurs moyennes de la tension aux bornes de la charge et du courant la traversant
La sortie redressée de ces convertisseurs dépend fortement de la chargePour les démonstrations des résultats présentés ici, voir l'article correspondant sur la Wikiversité.
Redresseurs simple alternance non commandés thumb
Ce type de redresseur est réalisé en mettant simplement une diode en série avec la charge comme le montre le schéma ci-contre.
Le principe des redresseurs simple alternance non commandés est basé sur les propriétés des diodes. En effet, la diode se bloquant lorsque la tension à ses bornes est négative, elle supprime les alternances négatives du signal d'entrée. Pendant les alternances positives, elle se comporte comme un court-circuit et n'altère donc pas le signal d'entrée. La diode joue ainsi le rôle de filtre qui laisse passer les tensions positives et coupe les tensions négatives. Il faut faire attention à la chute de tension de la diode puisqu'elle n'est passante que lorsque sa tension de seuil est présente à ses bornes (de l'ordre de ou ).
Ce type de redresseur est qualifié de « non commandé » car il est impossible de faire varier les grandeurs en sortie du convertisseur.
Le comportement de ces redresseurs dépend fortement du type de la chargePour les démonstrations des résultats présentés ici, voir l'article correspondant sur la Wikiversité.
Si la charge est de type purement résistif, la tension en sortie et le courant délivré ont l'allure représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et celui du bas, la tension aux bornes de la charge représentée en bleu et le courant la traversant en rouge.
SI T est la période de la tension d'entrée, la diode est passante entre 0 et et est bloquée entre et T. En effet, pour , le courant la traversant devient nul.
Si la tension d'entrée est de la forme , les valeurs moyennes des grandeurs de sortie sont :
où est la valeur de la résistance de la charge
Si la charge est de type inductif, la tension de sortie n'est pas correctement redressée si l'on utilise une seule diode. La sortie du convertisseur est représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.[graphique absent]
La diode conduit à partir de et ne se bloque pas en (T étant la période du signal d'entrée) comme avec une charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas. La diode se bloque avec un retard compris entre 0 et . La tension « redressée » est alors négative pendant une partie de la période.
La bobine impose la continuité du courant dans la charge.
Si la tension d'entrée est de la forme , la valeur moyenne de la tension de sortie est :
où est l'instant auquel se bloque la diode.
Pour corriger le problème intervenant avec une charge de type inductif, on ajoute une diode de roue libre en parallèle de la charge. Les deux diodes sont alors placées en cathodes communes. La sortie du convertisseur est représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.
Jusqu'en (T étant la période de la tension d'entrée), le montage fonctionne de manière identique au montage sans diode de roue libre. La diode de roue libre intervient en . À cette date, la tension aux bornes de la charge devient négative et la diode de roue libre devient passante, bloquant la diode D.
La bobine impose la continuité du courant dans la charge.
Si la tension d'entrée est de la forme , la valeur moyenne de la tension de sortie est :
Ce montage a permis de corriger le problème survenant avec une charge de type inductif. De plus, la valeur moyenne de la tension de sortie a été augmentée. Cependant, la valeur efficace du courant traversant la charge est inférieure au cas sans diode de roue libre.
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Si la charge est de type électromotrice, c’est-à-dire composée d'une résistance et d'une force électromotrice, on obtient la sortie ci-contre. Le graphique du haut représente en bleu la tension d'entrée et en rouge la force électromotrice. Sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.
La diode conduit lorsque où est la force électromotrice et est bloquée lorsque .
La force électromotrice impose que la tension au bornes de la charge soit toujours supérieure à .
Lorsque la diode est passante, le courant traversant la charge est :
où est la valeur de la résistance de la charge.
Une diode en série avec la charge permet de redresser la tension aux bornes de la charge. Si la charge est de type inductif, il est nécessaire d'ajouter une diode de roue libre pour éviter que la tension de sortie soit négative.
Redresseurs simple alternance commandés thumb
Ce type de redresseur est réalisé en remplaçant la diode du redresseur simple alternance non commandé par un thyristor comme le montre le schéma ci-contre. C'est davantage un exemple didactique qu'un montage réellement utilisé.
Le pic WINTER est caractérisé par un courant de gâchette. Cette caractéristique est mise à profit pour faire varier les grandeurs électriques de sortie et ainsi régler les valeurs moyennes de la tension aux bornes de la charge et du courant la traversant. En effet, on utilise des commandes électroniques introduisant un retard à l'amorçage du thyristor. Cette capacité à faire varier les valeurs des grandeurs de sortie a donné le qualificatif « commandé » à ce type de redresseur.
Les redresseurs monophasés simple alternance commandés conservent une partie de l'alternance positive du signal d'entrée et coupent la partie négative.
Le comportement de ce type de redresseur dépend fortement du type de chargePour les démonstrations des résultats présentés ici, voir l'article correspondant sur la Wikiversité.
Si la charge est purement résistive, on obtient la sortie représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.
Le thyristor s'amorce avec un retard à l'amorçage compris entre 0 et . Une fois amorcé, il se comporte comme une diode.
Si la tension d'entrée est de la forme , les valeurs moyennes de la tension aux bornes de la charge et du courant la traversant sont, en notant le retard à l'amorçage du thyristor :
où est la valeur de la résistance de la charge
Les valeurs moyennes des grandeurs de sortie peuvent donc être réglées en modifiant .
Si la charge est inductive, on obtient la sortie représentée ci-contre. Le graphique du haut représente la tension d'entrée et sur le graphique du bas, la tension aux bornes de la charge et le courant la traversant sont représentés en bleu et rouge respectivement.
Le même phénomène que pour le redresseur non commandé apparaît. Le thyristor conduit à partir de et ne se bloque pas en (T étant la période du signal d'entrée) comme avec une charge purement résistive. La tension devient négative aux bornes de la charge tant que le courant ne s'annule pas. Le thyristor se bloque avec un retard compris entre 0 et . La tension « redressée » est alors négative pendant une partie de la période.
La bobine impose la continuité du courant dans la charge.