Filtre RC comme protection d'une inversion de polarité

[Nodos 95]

Bonjour Mesdames, Messieurs,

Je vous consulte aujourd'hui quant à une question par rapport à l'utilisation d'un filtre RC comme protection d'un générateur haute tension.

En lisant une thèse sur la haute puissance pulsée et plus particulièrement aux décharges RLC dans une charge de faible impédance, il est mentionné qu'un filtre RC peut être placé entre le générateur haute tension et le circuit de décharge (un banc de condensateurs). L'idée étant que lors de la décharge du banc de condensateurs dans la charge, un régime pseudo-périodique prend forme. Ainsi le banc est sujet à des tensions positives et négatives jusqu'à l'énergie soit dissipée. Jusqu'à la je comprends!

Je comprends aussi que les tensions négatives peuvent endommager le générateur haute tension et nécessite donc une protection!

Cependant je ne comprends pas l'utilisation du filtre RC! Pour être plus précis, je ne comprends pas ce que le filtre RC fait. Est-il là pour atténuer les tensions négatives qui arrivent sur le générateur haute tension OU est il la pour "garder" la décharge à l'intérieur du circuit de décharge et donc son rôle n'est pas de filtrer la décharge mais de bloquer la décharge dans le circuit?

Je vous remercie pour votre temps et vos réponses
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[DidierGr]

Bonjour Nodos 95,

Les filtres RC sont de deux types :
1) Passe-bas quand la résistance est en série et le condensateur est en parallèle sur la charge
2) Passe-haut quand le condensateur est en série et la résistance est en parallèle sur la charge

Le passe-bas bloque les fréquences hautes et laisse passer les fréquences basses et le courant continu.
Le passe-haut laisse passer les fréquences hautes et bloque les fréquences basses et le courant continu.

Si le générateur est continu, je suppose que seul le filtre passe-bas convienne alors que pour un générateur alternatif, le passe-haut aura son utilité.

[Nodos 95]

Bonjour DidierGr,

Merci d'avoir consulter mon interrogation.

Je comprends bien la charge du banc de condensateur avec le générateur haute tension qui est très probablement un GHT avec un courant continu pour charger le banc de condensateur.

Ce que je ne comprends pas c'est l'utilité du filtre RC lors de la décharge du banc dans la charge utile (qui a une très faible impédance). La décharge est elle "bloqué" dans le circuit de décharge grâce au filtre et donc n'atteint jamais le GHT OU le filtre atténue la décharge et dans ce cas là le GHT subit une tension avec un polarité inverse très atténuée?

[DidierGr]

Tout dépend de l'impédance du filtre RC par rapport aux impédances du banc de condensateurs mais le filtre RC devrait renforcer au mieux la composante positive des oscillations de décharge tout en minimisant ou annulant les composantes négatives, du fait de l'addition d'une composante continue positive conservée plus longtemps dans le condensateur du filtre RC.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nodos 95]

Rebonjour!

Pourrais-tu, si vous le voulez bien, développer un peu plus? Je ne suis pas sur de comprendre :/

Je vous remercie

[DidierGr]

Avant toute réponse, merci de m'indiquer quel est votre niveau de compréhension théorique du filtre RC et de l'électricité théorique en général (comme la notion d'impédance par exemple) ?

[Nodos 95]

DidierGR,

Pour ma part, j'ai un master en physique J'ai pu faire de l'électronique mais je ne l'ai pas étudié de façon très poussé. Par rapport aux filtres, je comprends les fonctions de transfert des filtres, les diagrammes de Bode, les impédance, l'atténuation etc aussi

[DidierGr]

Parfait !
Donc un document comme celui-ci ne doit pas vous poser de problème de compréhension.
https://fr.wikibooks.org/wiki/%C3%89..._RC,_LC_et_RLC
Dans notre cas, ce qui est important, c'est le régime transitoire, quand la batterie de condensateur se décharge à travers le générateur et le filtre RC,
Voyez ce qu'il se passe sans filtre, la décharge de la batterie de condensateur dans le générateur est équivalent à un circuit RLC, il y a donc des oscillations (en tension et en courant) qui peuvent être négatives mais également positives avec une forte amplitude.
Le rôle du filtre RC est de ralentir la vitesse de décharge jusqu'à atténuer les oscillations afin d'éviter au mieux les amplitudes négatives.

[Nodos 95]

DidierGr,

Merci pour ces explications! Je commence un peu à comprendre mais c’est pas encore absolument claire.
Serait-il possible d’effectuer un exemple pour mieux comprendre?

Disons que la décharge du banc de condensateurs engendre un régime oscillatoire avec une fréquence de 20kHz. Comment le filtre RC serait dimensionné pour protéger le générateur haute tensions des oscillations de tensions negative???

[DidierGr]

C'est assez simple, il suffit que la fréquence de coupure du filtre RC (inverse de la constante de temps) soit très inférieur à 20kHz, avec par exemple:

Et comme la constante de temps et que on en déduit le produit du filtre.
Reste à choisir R et C en fonction des autres contraintes du circuit, R ne doit pas être trop grand et C non plus.

[Nodos 95]

Rebonjour DidierGr,

Quand vous dites qu'il faut prendre une fréquence de coupure très inférieure à la fréquence du régime oscillatoire (20kHz), vous le dites pour avoir une très grande atténuation c'est bien cela? Et dans ce cas la, quand le filtre est dimensionné, il faut avoir une atténuation suffisamment grande pour que l'oscillation négative soit suffisamment atténué pour ne pas endommagé le GHT?

Si cela est exacte alors validé vous cette compréhension de l'utilisation du filtre RC:

Le filtre RC est placé entre le GHT et le banc de condensateur pour deux raisons: Il permet de "garder" une partie des l'oscillations dans le circuit de décharge (banc de condensateur et charge utile) et la partie qui traverse le filtre est suffisamment atténué pour ne pas endommagé le GHT?

Merci

[DidierGr]

C'est à peut près ça en effet.
Pour être tout à fait complet, il est nécessaire de prendre en compte l'impédance interne du générateur et du circuit RLC interne associé au banc de condensateurs, si ces éléments sont connus.

[Nodos 95]

DidierGr,

Je vous remercie pour votre aide sur le filtre! Ça m'a beaucoup aidé

Si je peux me permettre de vous poser une dernière question, que nous apporterai l'information de l'impédance du générateur HT et celle du circuit de décharge?

Quoi qu'il en soit, un grand merci à vous!!!!

[DidierGr]

L'impédance du générateur, le plus souvent résistive a une incidence sur la constante de temps du filtre de même que l'impédance du circuit de décharge qui de plus permet de calculer la fréquence de résonance du circuit RLC de l'ensemble.
Tout est lié dans ce type de montage.