Filtrer l'ondulation résiduelle
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Filtrage du signal unidirectionnel
Taux d'ondulation
La tension d'ondulation est l'écart entre U Maximum et U minimum. Les seuls moyens fiables de la mesurer sont l'oscilloscope ou un très bon multimètre TRMS.
Le taux d'ondulation est le rapport entre cette tension ondulée et la tension moyenneU moyenne = (U maxi + U mini) / 2
Ou la valeur lue au multimètre continu, la précision de cette valeur n'est pas fondamentale..
Taux d'ondulation (%) = [(U Maxi - U mini) / U moyen] × 100
Exemple avec 20% : [(22 V - 18 V) / 20] × 100 = ±10% d'ondulation
Filtrage étape par étape
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Ici, aucun filtrage : aucun condensateur
La tension de sortie est simplement redressée double alternance et le taux d'ondulation est donc de 100% !
Cette fois filtrage par condensateur sans aucune charge
La tension de sortie, aux seuils prèsEn monophasé double alternance : 2 diodes en série = 2 seuils.
Notez qu'à vide, les seuils ne sont pas visibles.
(vu dans la vidéo test de diode, seuil) ≃ la tension alternative maxiTension efficace × √2.
Notons que le signal est cette fois absolument lisse : 0% d'ondulation !
Condensateur faible par rapport à la charge
L'ondulation est très élevée, ce signal n'est pas utilisable pour les charges requérant un continu filtréPour ces charges : relais, optocoupleurs d'entrées automates...
Le taux maximal toléré est de ± 10% à ± 20%. Par contre on constate que la décharge sous une forme RC est quasiment linéaire au début...
Signal correctement filtré
Résistance de charge et valeur du condensateur sont adaptés, le taux d'ondulation est faible et convient aussi à un filtrage avant stabilisationLa tension stabilisée est essentielle pour l'électronique numérique.
Hormis le cas des alimentations à découpage, pour stabiliser une tension, il faut que sa valeur soit inférieure à la tension filtrée minimale (lors des – 10 ou – 20% !).
Calculer la valeur du condensateur de filtrage
Pour calculer la valeur du condensateur il faut partir de nos besoins :- L'intensité nominalePar exemple délivrer jusqu'à 5 A.
On ne cherche pas l'intensité de cct, mais simplement I nominal en utilisation normale ! à fournir - Le temps de travail, de restitutionLe condensateur travaille aussi quand on le charge mais son travail de restitution effective est bien le temps ici en bleu avec IC :
Pendant toute la phase bleue 'IC' il restitue, se charge pendant IG (I Générateur) du condensateur - L'ondulation résiduelle maximale admissibleAvec notre intensité de 5 A nominaux, en exemple, quelle tension minimale doit être garantie ?
Exemple : 18 Volts minimum pour 22 Volts à vide donnerait :
22 - 18 = 4 Volts
Pour le calcul on parle en Volts, si vous avez déjà le pourcentage (en %), il suffit de le convertir : ±10% de 20 V = 4 Volts !
Avec jusqu'à 60% de tolérance (– 10% à + 50%), inutile d'aller chercher des résultats à 3 chiffres significatifs ! !
- Aussi, pour I, nous admettrons que I est constantL'ondulation attendue étant toujours faible, en début d'une courbe RC (décharge de condensateur C dans une résistance R), I est constant comme le montre ce schéma :
Par ailleurs, de nombreux récepteurs absorbent une intensité I qui est naturellement constante (contrairement aux résistances)... lors de la décharge ce qui est loin d'être exagéré ! - Pour t, nous prendrons 10 ms1 période = désormais 1 alternance, en triphasé ce sera 6.67 ms pour du mono-alternance, 3.3 ms pour du double !
Et encore d'autres valeurs à 60 Hertz !
ce qui nous garantira une marge de sécuritéSi, comme dans la vidéo, C est au minimum de sa valeur de tolérance ; choisir 10 ms au lieu du temps réel, qui lui est toujours inférieur, permet de s'assurer une bonne réponse au cahier des charges en matière d'ondulation !
Valeurs extrêmes de t réel :
5 ms pour 100% d'ondulation et 10 ms pour 0% d'ondulation ! ! - Pour U attention ! Il faut prendre U ondulationU ondulation nommé ici U ondulé car c'est bien le U de décharge du condensateur ! et pas U moyen !!!
Q = I × t = C × U
C = (I × t) / U
C (farad) = (Ampères × 0.01 s0.01 seconde ou 10 ms à 50 Hz monophasé double-alternance, 0.0833 s ou 8.33 ms à 60 Hz monophasé double-alternance...
Autres valeurs vues ci-dessus en triphasé...) / Volts
ou
C (µF)Obtenons directement un résultat en µF, l'unité usuelle des capacités en utilisant des mA et ms ! = (mA × 10 ms) / Volts
Expérience, mesurer la valeur du condensateur de filtrage
Comment lisser le signal redressé avec des condensateurs ?
La vidéo permet de visualiser le signal obtenu !
Tension inverse d'une diode !
Attention piège !
La tension inverse que doit supporter une diode de redressement est d'après vous de :
La tension inverse que doit supporter une diode de redressement est d'après vous de :
- U~ efficace ?
- U~ Maximum ?
- 2 × U~ efficace ?
- 2 × U~ Maximum ?
2 × U~ Maximum
Soit : 2 × U~ efficace × √2
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Notez que la tension alternative évolue de –U Maxi à +U Maxi alors que le condensateur reste chargé à +U Maxi
Si la cathode de la diode reste au potentiel de +U Maxi, l'anode voit son potentiel varier, comme l'alternatif :
De –U Maxi à +U Maxi
L'animation vous démontre clairement qu'une fois par période50 fois par seconde à 50 Hz l'anode de la diode est soumise au potentiel de –U Maxi et sa cathode à +U Maxi ! Soit une tension de 2 × U Maxi appelée aussi tension crête à crête !
Exemple : pour redresser du 100 V~ efficace il faut une diode de 300 Volts100 × 2 × √2 = 284.8 Volts minimum !
Bonnes pratiques
Eviter tout fil, à cause de son inductance propre1 µH par mètre pour tout fil !, faisant l'aller-retour avec le condensateur.
La règle : 2 fils par borne du condensateur : 1 aller et 1 retour !
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Cours extrait du stage : INDUSTRONIC
Stage : INDUSTRONIC
