Orientation courant-tension, fonctionnement d'une diode

[Tortue]

Bonjour !
Je suis étudiant en prépa PTSI, et je débute en électrotechnique. On a commencé un cours sur les hacheurs, et l'électronique de puissance, et je n'arrive pas à mettre les choses au clair : qui ou que prend-on comme référence dans le circuit d'une MCC pour décréter que le courant ou la tension sont positifs ou négatifs ? Est-ce le générateur ou bien la MCC elle-même ? Flèche-t-on la MCC en convention générateur ou récepteur ? Pourquoi la cathode d'une diode est-elle son électrode négative ? Mon cours énonce qu'une diode n'est passante que lorsque la tension à ses bornes est nulle. Toutefois internet dit le contraire. Je suis un peu perdu. Si quelqu'un a les capacités pour clarifier tout cela, je lui en serai infiniment reconnaissant.
A titre d'exemple, sur le schéma ci-dessous, on évoque deux situations : le courant i(t) > 0 ou i(t) <0. Qui est i(t) ? A quelles conditions peut-il circuler dans les diodes ? Comment est-il physiquement inversé ?


Si mes questions ne sont pas claires elles-mêmes, je peux les reformuler à volonté !

Merci d'avance pour votre temps
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[gts2]

: qui ou que prend-on comme référence dans le circuit d'une MCC pour décréter que le courant ou la tension sont positifs ou négatifs ?

Tel que formulée, mais je suppose que c'est n'est pas ce que vous voulez dire, on ne décrète pas qu'une tension est positive : on choisit un sens conventionnel et selon ce sens la "réalité" fait qu'il est positif ou négatif.
Si je suppose que vous voulez dire quelle convention on prend, eh bien, on prend ce qu'on veut ... mais il est quand même plus pratique de prendre pour un générateur de tension, par exemple, la convention générateur.
Pour la Mcc on peut prendre la convention avec e=fcem

Pourquoi la cathode d'une diode est-elle son électrode négative ?

Je ne comprends pas très bien la notion d'électrode négative d'une diode.
Sur votre schéma, la tension aux bornes de la diode est inverse de la convention usuelle (c'est ce que j'ai dit au début, on choisit comme on veut, mais il faut être conscient de son choix), donc si u>0, diode bloquée (id=0) et si diode passante (id<0) u=0.

Mon cours énonce qu'une diode n'est passante que lorsque la tension à ses bornes est nulle.

Non, votre cours doit donner l'implication dans l'autre sens si la diode est passante alors u=0

A titre d'exemple, sur le schéma ci-dessous, on évoque deux situations : le courant i(t) > 0 ou i(t) <0. Qui est i(t) ? A quelles conditions peut-il circuler dans les diodes ? Comment est-il physiquement inversé ?

Qui est i(t) ? Il faut regarder le schéma c'est i dans le moteur.
Il faut regarder le sens des flèches de la diode, supposons T1 et T2 bloqués, si i>0, le courant peut passer dans D2, si i<0, le courant peut passer dans D1.
Plus généralement : voir Hacheur Reversible Courant

[Black Jack 2]

Bonjour,

Le courant ne peut pas changer instantanément dans une inductance.

Quand les transistors du pont commutent, suivant le sens du courant du moteur, il passera suivant un chemin différent.

Voir par exemple sur le dessin. (les flèches sur ce dessin sont suivant le sens conventionnel du courant)

[Tortue]

Bonjour !
Merci beaucoup à tous les deux, cela clarifie beaucoup les choses ! gts2, en effet, j'ai dû faire un abus de langage avec l'électrode d'une diode, le terme correct est sûrement "pôle" ?
En tout cas, merci pour les explications et les schémas, j'étais un peu désespéré de comprendre hier, et ça va mieux grâce à vous.

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

Il ne faut pas hésiter à redessiner les interrupteurs ouverts ou fermés pour voir par où peut passer le courant.
Une diode conduit tout courant qui veut passer dans le bon sens de la diode.

[gienas]

Bonjour Tortue et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

Comme te le suggère gts2, tu choisis ce que tu veux, mais surtout tu t’y tiens, et tu gardes toujours la même convention pour ne pas t’embrouiller.

Le plus judicieux, c’est de commencer par un circuit simple, sans complication, où courant et tension ne peuvent pas changer: pile et résistance. La pile est un générateur et la résistance est un récepteur.

Vient le fléchage. Pour une tension, la pointe de la flèche est le + et la base le -.

Quand la "source" est générateur le sens du courant est le même que la flèche tension. En récepteur c’est l’inverse.

Les dipôles électromoteurs peuvent changer de ”sexe”. Une batterie est générateur quand
elle fournit son énergie et est récepteur quand elle se recharge.

Un moteur est récepteur quand il fournit du couple, qu’il "travaille” et il est générateur quand il fournit du courant.

... Flèche-t-on la MCC en convention générateur ou récepteur? ...

Tu le flèches en choisissant ma convention. C’est son ”statut" (générateur ou moteur) qui déterminera le fléchage.

... Pourquoi la cathode d'une diode est-elle son électrode négative? ...

Parce que quand la diode est passante, il y a à ses bornes une tension positive sur son anode par rapport à la cathode qui est le -. Cette tension est d’environ 0,6V.

... Mon cours énonce qu'une diode n'est passante que lorsque la tension à ses bornes est nulle. Toutefois internet dit le contraire ...

Ceci est une "simplification” un peu exagérée. Rien n’est parfait, mais on dit parfois d’assimiler une diode à une diode parfaite, (court-circuit dans le sens passant et circuit ouvert en sens inverse). Mis à part la chute directe de 0,6V, la résistance dynamique de la diode est quasiment nulle, puisque la chute directe ne varie pratiquement pas quel que soit le courant direct. Cette résistance est une fraction d’Ohm.

... Comment est-il physiquement inversé ? ...

Là, il est question du i(t) donc courant instantané qui, à l’instant t, dépend des statuts des différents dipôles du circuit. Moteur, inductance, condensateur et source de courant changent sans arrêt de statut, et quand la fcém du moteur est supérieure à la source, le moteur devient générateur en rendant la diode conductrice.

[Tortue]

Merci pour cette réponse, qui me fait poser une autre question (désolé) :

Est-ce aussi le cas du transistor ? Plus précisément : sur un interrupteur composé d'une diode et d'un transistor, si le courant "arrive" dans le bon sens de la diode, mais que le transistor est fermé également, le courant peut-il passer par le transistor plutôt que par la diode ?

[gts2]

Les deux interrupteurs sont tête-bêche (regardez les flèches), cela passe par l'un ou l'autre.

[Tortue]

la résistance dynamique de la diode est quasiment nulle, puisque la chute directe ne varie pratiquement pas quel que soit le courant direct

Super, merci beaucoup ! Que sont la chute directe et la résistance dynamique, au juste ?

quand la fcém du moteur est supérieure à la source, le moteur devient générateur en rendant la diode conductrice.

Si je comprends bien, on peut, en inversant la tension aux bornes d'un dipôle du circuit (ici la MCC), puis en se basant sur le sens du courant que cela impose, déterminer le sens du courant puis de la tension dans les autres dipôles du circuit ? (ici la diode)

[Tortue]

Les deux interrupteurs sont tête-bêche (regardez les flèches), cela passe par l'un ou l'autre.

Noté, merci beaucoup !

[gienas]

Bonjour à tous

... Que sont la chute directe et la résistance dynamique, au juste? ...

Hum. Je soupçonne une incompréhension de ta part des "mécanismes".

C'est une simplification des raisonnements qui nous fait assimiler la tension aux bornes d'une diode conductrice dans le sens direct à une source de tension (idéale) de 0,6V en série avec une résistance dynamique. La vérité est beaucoup plus complexe mais inutilement compliquée dans la majorité des cas.

"On constate" en pratique que la tension est de 0,6V à 1mA et elle est de 0,7V à 10A. Ce 0,7V est la somme de la chute de 0,6V et de RdId la chute dans la résistance dynamique.

... Si je comprends bien, on peut, en inversant la tension aux bornes d'un dipôle du circuit (ici la MCC), puis en se basant sur le sens du courant que cela impose, déterminer le sens du courant puis de la tension dans les autres dipôles du circuit ? (ici la diode)

Là aussi, je crains un raisonnement "déformé". On n'inverse pas la ou les tensions. C'est elle qui s'inverse par les mécanismes dus aux propriétés des dipôles en circuits et de leurs commandes respectives. Les inductances refusent de voir varier leur courant et font tout ce qui est en leur pouvoir pour y parvenir en modifiant leur tension. Elles réagissent comme des volants d'inertie en mécanique.

Les condensateurs ont un comportement "similaire" mais sur le tension qu'ils refusent de voir varier. Leur "arme" pour y parvenir est le courant.

[stefjm]

Bonjour

Super, merci beaucoup ! Que sont la chute directe et la résistance dynamique, au juste ?

Tu peux les négliger pour le fonctionnement général.
Diode ou transistor passants = fil parfait = tension nulle
Diode ou transistor bloqués = circuit ouvert parfait = courant nul.

On ne les néglige plus lorsqu'il faut dimensionner les dissipateurs. Par exemple, les 0.7V fois 10A signalé par gienas font une puissance perdue de 7W qu'il faut évacuer.

Si je comprends bien, on peut, en inversant la tension aux bornes d'un dipôle du circuit (ici la MCC), puis en se basant sur le sens du courant que cela impose, déterminer le sens du courant puis de la tension dans les autres dipôles du circuit ? (ici la diode)

La valeur moyenne de la tension appliquée au moteur (parfait, juste un fem) impose sa vitesse de rotation.

Avec ce type de hacheur deux cadrants (réversible en courant comme l'a signalé gts2), tu peux selon les commandes T1, T2, avoir un hacheur abaisseur de tension de e vers fem (T1 conduit puis D2). La machine est moteur et le courant i est positif. L'énergie va de la source de tension e vers la mécanique du moteur.
Ou bien un élévateur de tension de fem vers e, T2 conduit puis D1, la machine est alors génératrice et freine sa charge. Le courant est alors négatif (hacheur réversible en courant) et l'énergie est prise coté mécanique pour être envoyée dans la source e qui la récupère (par exemple une batterie qui se recharge).

C'est le couple moteur qui impose la valeur moyenne du courant i : positif lorsque la machine sert de moteur et négatif quand elle sert de frein.
La variation du courant est imposée par la tension aux bornes de l'inductance :

Le vaut selon les cas de conduction e-fem>0 ou -fem<0,

Il faut bien comprendre que le courant dépend de la charge mécanique que subit ou produit la machine.
Par exemple, à vide avec une machine parfaite, le courant est nul et l'étude est plus facile, mais moins intéressante.

[Antoane]

Bonjour,

pour le plaisir de complexifier les choses, ou plutot de leur donner un peu plus de sens pratique :

Est-ce aussi le cas du transistor ? Plus précisément : sur un interrupteur composé d'une diode et d'un transistor, si le courant "arrive" dans le bon sens de la diode, mais que le transistor est fermé également, le courant peut-il passer par le transistor plutôt que par la diode ?

Il existe plusieurs types de transistors, eg. IGBT (comme sur ton schéma), NPN/PNP, MOSFET, etc. Certains (eg. IGBT et NPN/PNP) no peuvent laisser passer le courant que dans un sens (comme sur les schémas de Black Jack 2) alors que d'autre (eg. MOSFET) peuvent laisser passer le courant dans les deux sens.
Dans le premier cas, le courant ne passera que dans la diode. Dans le second, il se répartira entre diode et transistor.