Chap. n°06 : Le Hacheur. Objectifs : A partir d’une source de tension continue fixe, obtenir une tension dans la charge de valeur moyenne réglable. I. Définition et symbole. La hacheur est un convertisseur continu / continu. U1 U2 II. Le hacheur série ou hacheur dévolteur : principe de fonctionnement. 1. Etude sur charge résistive. cf Fig. 1 αT 0 K Fermé K E R U T ouvert u(V) E αT 0 T Fig. 1 t Fig. 2 2. Rapport cyclique. L’interrupteur K s’ouvre et se ferme périodiquement. tf : durée de fermeture. to durée d’ouverture. Le rapport cyclique α s’écrit : α =tf = tf T t f + to On dira que H est fermé de 0 à αT et est ouvert de αT à T. 0 ≤ α ≤1 3. Chronogrammes. cf Fig. 2 4. Valeur moyenne. < u >= 1 u ( t ) dt = 1 T T T αT 0 < u >= α . E E . dt αT < u >= E [t ]0 = E ( α T − 0 ) = α E T T 5. Valeur efficace. U= aires du _ carré _ du _ signal T = E ². α T T U =E α 6. Conclusion. La forme de la tension u est imposée par la commande de l’interrupteur K. ∀ la charge on aura <u>= α.E avec 0 ≤ α ≤ 1. Donc on aura toujours 0 ≤ <u> ≤ E. => le hacheur est appelé hacheur dévolteur. III. Etude sur charge R.L.E’. 1. Montage. uK iK i K E uR uD u uL iD E’ A cause de la bobine (FaradayLenz), le courant s’annule en retard par rapport à la tension. Or celle-ci s’annule à l’ouverture de K. Si on ne prévoit pas de circuit de décharge, le courant va passer sous forme d’arc électrique. La diode sert à la décharge du courant : on l’appelle diode de roue libre. 2. Fonctionnement à courant constant. E u(V) . 0 E t(s) uK (V) . 0 Ce fonctionnement est possible lorsque l’inductance de lissage est suffisamment élevée. L’intensité de ce courant constant est imposée par le couple que doit fournir le moteur pour vaincre le couple résistant. t(s) iK(A) Conduction continue si I . t(s) 0 u=E’+ri+Ldi/dt τ = L >> T R passage aux valeurs moy. iD(A) 0 <u>=E’+<ri>+Ld<i>/dt I (car <i>=Cst) . t(s) 0 i (A) α.E =E’+<ri> I . t(s) 0 K fermé, D bloquée K ouv D pass et comme r faible α.E ≈E’ Comme la vitesse d’un moteur est proportionnelle à sa F.E.M, on peut grâce au hacheur, faire varier la vitesse d’un moteur à courant continu. 3. Cas réel : ondulation du courant. E u(V) Taux d’ondulation : Î - I. (uR négligée devant E’ et uL). . 0 t(s) i (A) Î - I = E.α(1-α) L.f Î . I 0 t(s) K fermé, D bloquée K ouv D pass Donc pour réduire l’ondulation, il faut augmenter la fréquence de hachage ou augmenter l’inductance. N.B : pas d’ondulation si α vaut 1. 4. Cas d’une inductance encore plus faible : conduction interrompue. U(V) E E’ Conduction discontinue si τ = L <T R Lorsque l’interrupteur s’ouvre à t =αT, le courant décroît et s’annule avant que l’interrupteur K ne redevienne passant à t =T. Entre αT et βT, I=ID=0, la diode qui n’est plus traversée par du courant se bloque. Donc U=E’ La valeur moyenne de u vaut donc : T αT < u >= 1 Edt + E 'dt = α E + ( 1 − β ) E ' βT T 0 IV. Le hacheur parallèle ou hacheur survolteur. il permet d’obtenir une tension moyenne <u> à partir d’une tension continue E< <u>. Les applications principales du hacheur parallèle sont les alimentations de puissances et le freinage par récupération des MCC. On distingue 2 phases de fonctionnement : • Lorsque l’interrupteur K est fermé, la diode polarisée en inverse est bloquée (car UC = − uD) La charge est donc isolée de la source. La source fournit de l’énergie à la bobine. • Lorsque l’interrupteur est ouvert, la charge reçoit de l’énergie de la source ET de la bobine. Dans ce montage, C a une capacité suffisamment élevée pour que la tension UC soit considérée comme constante. uC(t)=UC. iD uL uD L E iK Uc Charge iL uK Encore une fois, on distingue 2 modes de fonctionnement selon que le courant dans l’inductance est interrompu ou non. 1. Conduction interrompue. Elle est peu utilisée et ne sera pas développée dans ce cours. 2. Conduction ininterrompue. • Pour 0<t<αT, l’interrupteur K est fermé et l’intensité croît linéairement. E= u L = L di L i ( t ) = 1 . E . dt = E . t + iL ( 0 ) L L dt donc L On a uK=0 ; iD=0 et uL=E • Pour αT<t<T, l’interrupteur K est ouvert. La bobine se démagnétise et le courant décroît. di L + Uc di L = E − Uc dt dt L ( E − Uc ) iL ( t ) = 1 . . dt = E − Uc ( t − α T ) + iL ( α T ) L L L E On a : i L ( α T ) = . α . T + i L ( 0 ) et E<Uc L E=uL+UC E = L uK=UC ; iL=iD ; uL=E−UC. uC UC uK UC iL iD Que vaut UC ? d’après la loi des mailles, E−uL−uK=0 Passage aux valeurs moyennes : E=<uL>+<uK> or <uL>=0 sur une période. E=<uK>=(1−α).UC donc : Uc = 1 .E ( 1− α )
