Mars 2007 TGE HACHEUR SERIE TP/COURS Rôle: Un hacheur série est un convertisseur de tension continu-continu. V U I- PRINCIPE DU HACHEUR SERIE 1-1 Montage H est un interrupteur électroniquement commandé. V est une alimentation de tension continue fixe. 1-2 Fonctionnement H L'interrupteur H est tel que: De 0 à tf: H est fermé, De tf à T: H est ouvert. On appelle α le rapport cyclique. Il est égal au rapport Durée de fermeture t f =α = Période T 1-3 L'interrupteur commandé lorsque le transistor T est passant, VCE B C T Vce=UH UH Commande ≈ 0V Vbe interrupteur commandé fermé • = αT C L'interrupteur peut être un transistor, que l'on peut commander à la fermeture et à l'ouverture à l'aide de la même source de commande (Vbe) Fonctionnement du transistor (considéré « parfait »): Celui-ci doit fonctionner en commutation ("tout ou rien"), c'est à dire que • Donc t f E Lorsque T est bloqué, le courant ne peut pas passer entre C et E interrupteur commandé ouvert E Modèle équivalent du transistor suivant la valeur de la tension de commande en créneaux: Donner le modèle équivalent du transistor entre collecteur et émetteur, - quand le transistor est bloqué ………………………………. - quand le transistor est saturé ………………………………. 1-4 Diode de roue libre: Si la charge est inductive on ajoute une diode dite de roue libre aux bornes de la charge. En effet: De 0 à αT: l'interrupteur est fermé donc u = ………………. iH iD La diode est donc............………………. car uD =...…………….…….. D De αT à T: l'interrupteur est ouvert donc ih=……………., or la charge étant inductive le courant dans la charge ne peut s’annuler instantanément. uD La diode est donc........……………....... uD =.…………….....et u =.……... Justifier le terme de roue libre utilisé pour la diode. LYCEE DU MT BLANC PHYSIQUE APPLIQUEE 1/5 Mars 2007 TGE HACHEUR SERIE TP/COURS II- MONTAGES Compéter le montage pour mesurer <uc> et visualiser uC(t) et uH(t) à l’oscillo V: Tension continue fixe de 24V. Commande: GBF de rapport cyclique réglable RB = 1kΩ ; Rh: rhéostat 33Ω ; Bob.: bobine avec noyau (L ≈ 1,1H et rb ≈ 11Ω ) à ne brancher que pour l'étude de la charge inductive GBF vbb RB T B E C uH v ic iH Rh uc uD Bob. iD On dispose de 2 moyens pour visualiser un courant à l’oscilloscope ; -shunt (résistance) de visualisation -sonde de courant pour oscilloscope 2-1 Montage avec shunt de visualisation Compléter les schémas suivants pour visualiser a) iH et iD b)iH et iC GBF GBF vbb RB T B T E C ic iH uH v vbb RB B E C Rh uc uD uH v ic iH Rh uc uD Bob. Bob. iD iD 2-2 Montage avec sonde de courant pour oscillo Il faut choisir un calibre pour la sonde en fonction du courant mesuré ; ici on pourra prendre 100mV/A GBF vbb RB T B C v E uH ic iH uc uD uR uL iD LYCEE DU MT BLANC PHYSIQUE APPLIQUEE 2/5 Mars 2007 TGE HACHEUR SERIE TP/COURS III- ETUDE DU HACHEUR SUR CHARGE RESISTIVE 3-1 Protocole expérimental La commande est préalablement réglée à la fréquence de 200Hz pour un rapport cyclique de 0,4. La tension d'alimentation est réglée préalablement à la tension de V = 24V. On réalise les réglages puis le montage pour une charge résistive de 33Ω. 3-2 Manipulation (on utilisera la source de déclenchement « ext » de l’oscillo) -Relever les chronogrammes de uc et uh en concordance de temps et mesurer la valeur moyenne de uc. Mesure de ucmoy -Pour la charge résistive de 33Ω, on étudie la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction du rapport cyclique α; Relever la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction du rapport cyclique et Compléter le tableau suivant: (attention avec un GBF, la fréquence varie légèrement avec α, ajuster si nécessaire) Préciser le type de l'appareil utilisé pour la mesure de uc et le mode de mesure du rapport cyclique. α 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 1 Uc = uc 3-3 Exploitation Justifier les chronogrammes obtenus en écrivant la loi des mailles de 0 à αT puis de αt à T -Tracer la courbe Uc = u c = f (α ) . -Donner l’expression de <uc> théorique en fonction de V et α ; Tracer la courbe théorique <uc> = f(α) sur le graphe précédent et comparer la courbe théorique et la courbe expérimentale. Justifier la différence. -Dans le cas de cette charge résistive, donner l'allure du courant dans la charge sur le chronogramme précédent en concordance de temps avec uc et uH LYCEE DU MT BLANC PHYSIQUE APPLIQUEE 3/5 Mars 2007 TGE HACHEUR SERIE TP/COURS IV- CHARGE INDUCTIVE 4-1- Protocole expérimental On insère dans la charge une bobine d'inductance L (environ 1,1H) . Réaliser le montage en prenant pour charge: * une bobine d'inductance réglable de 0 à 1,1H et de résistance interne ≈11Ω. * un rhéostat réglé de sorte que la résistance totale (bobine+rhéostat) égale 33Ω. 4-2- Manipulation Relever, pour un rapport cyclique de 0,4 , les chronogrammes des différentes grandeurs uc(t), ic(t), iD(t) et iH(t) en concordance de temps. uc(t) et ic(t) Mesure de <uc> : Mesure de <ic> : Faire varier la valeur de l'inductance puis la fréquence et noter leurs influences sur la forme du courant dans la charge, sur l'ondulation du courant et sur la valeur moyenne de l'intensité. i c, i d , i h <id> = LYCEE DU MT BLANC PHYSIQUE APPLIQUEE <ih> = 4/5 Mars 2007 HACHEUR SERIE TP/COURS TGE 4-3- Exploitation A partir des chronogrammes déduire l'état du transistor dans chaque phase et les intervalles de conduction de la diode. (tableau de conduction à remplir en concordance de temps sous les oscillogrammes). Comparer les valeurs moyennes de la tension uc aux bornes de la charge lorsqu’elle est résistive puis inductive à la valeur théorique de ucmoy Comparer les valeurs moyennes des intensités des courants de charge pour les deux types de charge à la valeur théorique de icmoy. Conclure sur la valeur moyenne de la tension uL aux bornes de l’inductance. Relever la valeur de Icmax et celle de Icmin. En déduire la valeur de l'ondulation ∆ic Conclure sur le rôle de L et l'influence de f. LYCEE DU MT BLANC PHYSIQUE APPLIQUEE 5/5