Voici le temps des compromis : nous supposerons dans toute la suite de cette section que nous travaillons avec un montage ``condensateur en tête'' dont le condensateur de filtrage a une capacité suffisante pour que la tension à ses bornes soit quasi-constante. Si l'on suppose de plus que le redresseur a une tension de seuil nulle (cas auquel il est toujours possible de se ramener en ajoutant la tension de seuil à la tension de sortie ), celui-ci ne sera en conduction que lorsque la tension d'entrée dépassera . Ceci correspond à un intervalle de temps comme indiqué sur la figure ci-dessous :
L'intervalle peut encore se représenter par un angle
tel que :
est appelé angle d'ouverture du redresseur. Le courant
instantanné dans la charge se calcule simplement par :
ce qui conduit, par une intégration élémentaire, à
l'expression suivante du courant moyen :
où l'on rappelle que n est le nombre de phases du courant.
est l'intensitée moyenne absorbée par la charge et fait en
général partie du cahier des charges de l'alimentation : il est
à partir de là possible de déterminer l'angle d'ouverture
, et, étant également imposé, de calculer la
tension à vide necéssaire. On remarquera que si l'on prend
, on obtient l'expression du courant de court-circuit :
d' où une forme équivalente de l'intensité moyenne :
Comme par ailleurs la loi d'ohm donne , il vient :
En utilisant enfin la définition de , soit , on obtient la relation suivante :
Cette formulation équivalente permet de calculer
connaissant les résistances de générateur et de charge.
Il reste maintenant à déterminer si le filtrage est
suffisant. Pour cela, il suffit d'évaluer l'amplitude du fondamental
du courant après redressement : un redresseur n'étant
jamais employé seul, mais suivi de cellules additionnelles de
filtrage, on peut admettre que les harmoniques ont une
contribution négligeable à l'ondulation totale. Une
transformation de Fourier conduit à :
soit, en fonction du nombre n de phases :
De l'amplitude on déduit l'amplitude de l'ondulation
résiduelle aux bornes du condensateur en multipliant par
l'impédance de ce dernier :
où f est la fréquence du secteur. Cette formule se simplifie, dans le
cas d'un secteur à 50Hz (corrigez si vous alimentez en 60Hz) :
Dans tout ce calcul, on a supposé (sans le dire!) que l'impédance
du condensateur était faible devant celle de la charge, en sorte que
tout le courant d'ondulation traverse celui-ci. En pratique, si l'on
emploie un filtrage additionnel de type RC (voir plus loin), cette
hypothèse peut ne pas être vérifiée, en sorte que pratiquement
la tension d'ondulation peut différer de quelques pourcents de la
valeur calculée. Ceci n'est que rarement gênant, mais pour les
applications critiques, il suffira de reprendre l'expression de
en fonction du nombre de phases et de l'angle d'ouverture (qui est
toujours valable), puis de remplacer la résistance de charge
par l'impédance présentée par le réseau de filtrage : . A
partir de là, l'impédance Z présentée par le condensateur et
le filtre est , d'où la tension
d'ondulation : .
Les principales caractéristiques de l'alimentation sont maintenant
connues. Toutefois, pour dimensionner le transformateur, il reste à
évaluer l'intensité efficace du courant total, qui se déduit du
courant instantanné déjà calculé par :
soit encore :
et en utilisant la relation liant et :