Chapitre B.3.2 Conversion continu-continu : hacheur série C'est un convertisseur continu-continu, qui permet d'alimenter une charge sous tension réglable à partir d'une tension continue constante. Son rendement est généralement bon. Symbole du convertisseur: 1°) Synthèse 1.1) Cahier des charges Disposant d'un générateur de tension fixe V1, on désire alimenter un moteur à courant continu à flux constant, de façon à faire varier sa vitesse. Un moyen simple consiste à alimenter le moteur de manière cyclique avec un interrupteur K1. i2 i1 i2 ( V1-E )/ R K1 R V1=cste v2 v2 E t V1 E t n t K1 fermé K1 ouvert Il y a quelques problèmes: - le courant i2 est discontinu, or Tem = K i2donc cela entraîne des vibrations et donc des contraintes de fatigue pour la mécanique. - l'induit du moteur présente une inductance non négligeable, lorsqu'il y a des variations brusques de courant. Cela provoque des surtensions aux bornes de K1 à chaque ouverture le conduisant à sa destruction. Pour résoudre ces problèmes, on ajoute une inductance de lissage pour réduire les ondulations du courant et un second interrupteur K2, pour assurer la continuité du courant i2 dans la charge inductive ( et éviter ainsi les surtensions à l'ouverture de K1). Bernaud J 1/6 Chapitre B.3.2 Conversion continu-continu : hacheur série Remarque : K1 et K2 ne peuvent être ouvert en même temps sous peine de créer une surtension aux bornes de L et ils ne peuvent être fermé en même temps sous peine de court-circuiter la source V1. iK1 L vK1 i2 iK2 V1 vK2 v2 Donc K1 = . E On a donc affaire à un convertisseur direct avec une source tension, une charge courant et une cellule de commutation. 1.2) Etablissement de la nature des interrupteurs avec hypothèse de la conduction ininterrompue Donc à chaque instant i2(t) > 0. i2 iK1 vK1 T T t vK1 V1 iK1 t i2 t v2 = vK2 V1 iK2 t t -i2 L V1 Bernaud J i2 M v2 2/6 iK2 vK2 Chapitre B.3.2 Conversion continu-continu : hacheur série Le symbole de l'interrupteur électronique unidirectionnel commandable à l'ouverture et à la fermeture est le suivant: 2°) Grandeurs caractéristiques 2.1) Rapport cyclique Soit t1 = T, on appelle alors = t1 / T , le rapport cyclique. T = t fermeture + t ouverture est compris entre 0 et 1. 2.2) Valeur moyenne de la tension v2 v 2 L'hacheur série est un abaisseur de tension continue dans la mesure où est au plus égal à 1. La relation trouvée est vraie quelle que soit la charge. On mesure la valeur moyenne à l'aide d'un voltmètre numérique en position DC. 2.3) Valeur efficace de la tension v2 V 2eff On mesure la valeur efficace à l'aide d'un voltmètre numérique de type R.M.S en position AC + DC. 3°) Etude du hacheur série en conduction ininterrompue LB RB i2 V1 Bobine de lissage (LB et RB ). LM v2 RM EM Bernaud J 3/6 Chapitre B.3.2 Conversion continu-continu : hacheur série 3.1) Modélisation de la charge L E R i2 avec R = RM + RB et L = LM + LB v2 v2 3.2) Expression du courant i2 On fera les hypothèses suivantes la chute de tension aux bornes de R est négligeable devant les deux autres et le courant i2 est imparfaitement lissé. Le schéma devient donc le suivant: L iH i2 vH vD E v2 V1 iD 3.2.1) pour t 0, T H est fermé et D ouvert L iH i2 vH V1 vD E v2 on a vH = et iH = vD = … = … et iD = . L'inductance emmagasine de l'énergie pendant cet intervalle de temps. Phase d’alimentation. iD On a v2 Résolvons cette équation en intégrant par rapport à t, on obtient Pour trouver la constante, il faut chercher une solution particulière. A t = 0, on a i2 = I2min. On trouve Cste =….. L'expression de i2 est: i2 Bernaud J 4/6 Chapitre B.3.2 Conversion continu-continu : hacheur série 3.2.2) pour t T , T H est ouvert et D fermé L iH i2 vH V1 vD E v2 iD on a vD = et iD = vH = et iH = L'inductance restitue de l'énergie pendant cet intervalle de temps. La source n'est plus reliée à la charge, on est en phase de roue libre. On a v2 Résolvons cette équation en intégrant par rapport à t, on obtient i2 . Pour trouver la constante, il faut chercher une solution particulière. A t = T, on a i2 = . On trouve L'expression de i2 est: i2 . 3.2.3) Graphes des différentes grandeurs v2 V1 T i2 T t I2max I2min Remarque: vH t iH t vD t t iD t Bernaud J 5/6 Chapitre B.3.2 Conversion continu-continu : hacheur série 3.3) Ondulation du courant I 2 max I 2 min . Cherchons à l'exprimer en fonction 2 des données. Avec les hypothèses précédentes, à l'instant t = T, les deux fonctions exprimant i2 sont égales ( il n'y a pas de discontinuité de courant dans la charge).On obtient alors: Par définition, c'est: i2 Si v 2 , on a v 2 et alors i2 Pour réduire l'ondulation on peut soit augmenter la fréquence f de hachage, soit augmenter L. Bernaud J 6/6