Type d'appareil redresseur | Principe de construction et de fonctionnement

L'instrument à redresseur mesure la tension et le courant alternatif à l'aide d'éléments de redressement et d'instruments du type bobine mobile à aimant permanent. Cependant, la fonction principale des instruments à redresseur est celle de voltmètre. Une question se pose alors : pourquoi utilisons-nous largement les instruments à redresseur dans le monde industriel, alors que nous disposons de divers autres voltmètres CA comme les instruments du type électrodynamomètre, les instruments du type thermocouple, etc. ? La réponse à cette question est très simple et est écrite comme suit.

1. Le coût des instruments du type électrodynamomètre est beaucoup plus élevé que celui des instruments à redresseur. Cependant, les instruments à redresseur sont aussi précis que les instruments du type électrodynamomètre. Ainsi, les instruments à redresseur sont préférés aux instruments du type électrodynamomètre.

2. Les instruments du type thermocouple sont plus délicats que les instruments à redresseur. Cependant, les instruments du type thermocouple sont plus largement utilisés à des fréquences très élevées.

Avant d'examiner le principe de construction et le fonctionnement des instruments à redresseur, il est nécessaire de discuter en détail des caractéristiques tension-courant de l'élément de redressement idéal et pratique appelé diode.
Commençons par discuter des caractéristiques idéales de l'élément de redressement. Qu'est-ce qu'un élément de redressement idéal ? Un élément de redressement est un élément qui offre une résistance nulle s'il est polarisé directement et une résistance infinie s'il est polarisé inversement.

Cette propriété est utilisée pour redresser les tensions (le redressement signifie convertir une grandeur alternative en grandeur continue, c'est-à-dire AC en DC). Considérons le schéma circuit donné ci-dessous.

Dans le schéma de circuit donné, la diode idéale est connectée en série avec la source de tension et la résistance de charge. Lorsque nous polarisons la diode directement, elle conduit parfaitement en offrant un chemin de résistance électrique nulle. Elle se comporte donc comme un court-circuit. Nous pouvons polariser la diode directement en connectant le pôle positif de la batterie avec l'anode et le pôle négatif avec la cathode. La caractéristique avant de l'élément de redressement ou de la diode est montrée dans la caractéristique tension-courant.

Maintenant, lorsque nous appliquons une tension négative, c'est-à-dire en connectant le pôle négatif de la batterie avec le terminal anode de la diode et le pôle positif de la batterie au terminal cathode de la diode. En raison de la polarisation inverse, elle offre une résistance électrique infinie et se comporte donc comme un circuit ouvert. Les caractéristiques complètes tension-courant sont montrées ci-dessous.

Considérons à nouveau le même circuit, mais la différence est que nous utilisons ici un élément de redressement pratique au lieu d'un élément idéal. L'élément de redressement pratique a une tension de blocage avant finie et une tension de blocage inverse élevée. Nous appliquerons la même procédure afin d'obtenir les caractéristiques tension-courant de l'élément de redressement pratique. Lorsque nous polarisons l'élément de redressement pratique directement, il ne conduit pas tant que la tension appliquée n'est pas supérieure à la tension de rupture avant ou ce que nous appelons la tension de genou. Lorsque la tension appliquée devient supérieure à la tension de genou, la diode ou l'élément de redressement passera en mode de conduction. Il se comporte donc comme un court-circuit, mais en raison d'une certaine résistance électrique, il y a une chute de tension à travers cette diode pratique. Nous pouvons polariser l'élément de redressement directement en connectant le pôle positif de la batterie avec l'anode et le pôle négatif avec la cathode. La caractéristique avant de l'élément de redressement pratique ou de la diode est montrée dans la caractéristique tension-courant. Maintenant, lorsque nous appliquons une tension négative, c'est-à-dire en connectant le pôle négatif de la batterie avec le terminal anode de la diode et le pôle positif de la batterie au terminal cathode de l'élément de redressement. En raison de la polarisation inverse, il offre une résistance finie et la tension négative jusqu'à ce que la tension appliquée devienne égale à la tension de rupture inverse et se comporte donc comme un circuit ouvert. Les caractéristiques complètes sont montrées ci-dessous

Maintenant, les instruments à redresseur utilisent deux types de circuits de redressement:

Circuits de redresseur à demi-onde des instruments à redresseur

Considérons le circuit de redresseur à demi-onde donné ci-dessous, dans lequel l'élément de redressement est connecté en série avec une source de tension sinusoïdale, un instrument du type bobine mobile à aimant permanent et la résistance multipliante.

La fonction de cette résistance électrique multipliante est de limiter le courant tiré par l'instrument du type bobine mobile à aimant permanent. Il est essentiel de limiter le courant tiré par l'instrument du type bobine mobile à aimant permanent car si le courant dépasse le calibre de courant du PMMC, il endommage l'instrument. Maintenant, nous divisons notre opération en deux parties. Dans la première partie, nous appliquons une tension continue constante au circuit ci-dessus. Dans le schéma de circuit, nous supposons que l'élément de redressement est idéal.

Notons la résistance de la multipliante R, et celle de l'instrument du type bobine mobile à aimant permanent R1. La tension continue produit une déviation pleine échelle de magnitude I=V/(R+R1) où V est la valeur efficace de la tension. Considérons maintenant le deuxième cas, dans lequel nous appliquerons une tension sinusoïdale alternative au circuit v =Vm × sin(wt) et nous obtiendrons la forme d'onde de sortie comme montré. Dans la moitié positive du cycle, l'élément de redressement conduira et dans la moitié négative du cycle, il ne conduira pas. Nous aurons donc un pic de tension à l'instrument à bobine mobile qui produira un courant pulsé, ce qui produira un couple pulsé.

La déviation produite correspondra à la valeur moyenne de la tension. Calculons donc la valeur moyenne du courant électrique, pour calculer la valeur moyenne de la tension, nous devons intégrer l'expression instantanée de la tension de 0 à 2 pi. La valeur moyenne de tension calculée est de 0,45V. De nouveau, V est la valeur efficace du courant. Ainsi, nous concluons que la sensibilité de l'entrée alternative est 0,45 fois la sensibilité de l'entrée continue dans le cas du redresseur à demi-onde.

Circuits de redresseur à ondes complètes des instruments à redresseur

Considérons un circuit de redresseur à ondes complètes donné ci-dessous.

Nous avons utilisé ici un circuit de redresseur à pont comme montré. Encore une fois, nous divisons notre opération en deux parties. Dans la première, nous analysons la sortie en appliquant une tension continue et, dans l'autre, nous appliquons une tension alternative au circuit. Une résistance multipliante en série est connectée en série avec la source de tension, qui a la même fonction que décrite ci-dessus. Considérons le premier cas où nous appliquons une source de tension continue au circuit. La valeur du courant de déviation pleine échelle dans ce cas est encore V/(R+R1), où V est la valeur efficace de la tension appliquée, R est la résistance de la résistance multipliante et R1 qui est la résistance électrique de l'instrument. R et R1 sont marqués dans le schéma de circuit. Considérons maintenant le deuxième cas, dans lequel nous appliquerons une tension sinusoïdale alternative au circuit qui est donnée v = Vmsin(wt) où Vm est la valeur crête de la tension appliquée. Si nous calculons la valeur du courant de déviation pleine échelle dans ce cas en appliquant la même procédure, nous obtiendrons une expression de courant pleine échelle comme .9V/(R+R1). Rappelons que, pour obtenir la valeur moyenne de la tension, nous devrions intégrer l'expression instantanée de la tension de zéro à pi. Ainsi, en la comparant à la sortie continue, nous concluons que la sensibilité avec une source de tension alternative est 0,9 fois celle de la source de tension continue.

La forme d'onde de sortie est montrée ci-dessous. Maintenant, nous allons discuter des facteurs qui affectent les performances des instruments à redresseur:

1. Les instruments à redresseur sont calibrés en termes de valeurs efficaces des ondes sinusoïdales de tension et de courant. Le problème est que la forme d'onde d'entrée peut ou non avoir le même facteur de forme sur lequel l'échelle de ces mètres est calibrée.

2. Il peut y avoir des erreurs dues au circuit de redressement, car nous n'avons pas inclus la résistance du circuit de pont de redressement dans les deux cas. Les caractéristiques non linéaires du pont peuvent distordre les formes d'onde de courant et de tension.

3. Il peut y avoir des variations de température qui changent la résistance électrique du pont, par conséquent, pour compenser ce type d'erreurs, nous devrions appliquer une résistance multipliante avec un coefficient de température élevé.

4. Effet de la capacité du redresseur à pont : Le redresseur à pont a une capacité imparfaite, par conséquent, en raison de cela, il contourne les courants de haute fréquence. Ainsi, il y a une diminution de la lecture.

5. La sensibilité des instruments à redresseur est faible dans le cas de la tension d'entrée alternative.

Avantages des instruments à redresseur

Voici les avantages des instruments à redresseur :

• La précision des instruments à redresseur est d'environ 5 pour cent dans des conditions de fonctionnement normales.

• La plage de fréquence de fonctionnement peut être étendue à des valeurs élevées.

• Ils ont une échelle uniforme sur le compteur.

• Ils ont des valeurs de courant et de tension de fonctionnement basses.

L'effet de charge d'un voltmètre à redresseur CA dans les deux cas (c'est-à-dire le redresseur à demi-onde et le redresseur à ondes complètes) est plus élevé que l'effet de charge des voltmètres CC, car la sensibilité du voltmètre, qu'il soit utilisé en redressement à demi-onde ou à ondes complètes, est inférieure à la sensibilité des voltmètres CC.

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