Hacheur2

DISTRIBUTION D’ENERGIE
HACHEUR ENTRELACE
HACHEUR BOOST
CI3 : Chaînes d’énergie
LE HACHEUR ENTRELACE ET LE HACHEUR BOOST
COURS
Edition 2 - 07/10/2018
!!
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CHAÎNE D’INFORMATION
ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER
CHAÎNE D’ENERGIE
ALIMENTER
DISTRIBUER
CONVERTIR TRANSMETTRE
ACTION

PROBLEMATIQUE
« Les moteurs à courant continu sont pilotés en vitesse en
adaptant leur tension d’alimentation. Or la tension
d’alimentation d’un système est constante.
Il faut donc insérer entre l’alimentation et le convertisseur un
composant qui aura pour fonction de fournir une tension de
valeur variable et pilotable : c’est le rôle du hacheur»
B - MODELISER
B - MODELISER
B - MODELISER
B1 : Identifier et caractériser les grandeurs
physiques agissant sur un système
Associer les grandeurs physiques aux échanges d’énergie et à la transmission
de puissance
B1 : Identifier et caractériser les grandeurs
physiques agissant sur un système
Proposer des hypothèses simplificatrices en vue de la modélisation
B2 Proposer un modèle de connaissance et de
comportement
Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergie
C - RESOUDRE
C - RESOUDRE
C - RESOUDRE
C1 : Choisir une démarche de résolution
Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants
des tensions, des puissances échangées, des énergies transmises ou stockées
C2 : Procéder à la mise en œuvre d'une
démarche de résolution analytique
Déterminer les courants et les tensions dans les composants
Déterminer les puissances échangées
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COURS
Problématique
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!Sommaire
A. ________________________________________________Puissances dans un hacheur!4
A.1.Généralités!4
A.2.Cas du hacheur 1 quadrant!4
A.2.1. Puissance transmise
A.2.2. Puissance dans les composants
A.3.Cas du hacheur 4 quadrants en commande bipolaire!6
B. _________________________________________________________Hacheur entrelacé!7
B.1.Problématique!7
B.2.Principe!7
C. ____________________________________________________________Hacheur Boost!9
C.1.Préambule!9
C.2.Principe de fonctionnement et hypothèses!9
C.3.Etude du fonctionnement!10
C.3.1. Phase de commutation du transistor :
C.3.2. Phase de blocage du transistor :
C.3.3. Bilan sur l’ensemble d’une période
C.3.4. Ondulation du courant dans l’inductance
C.3.5. Ondulation de la tension aux bornes de la charge
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Sommaire
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A. Puissances dans un hacheur
A.1. Généralités
Le hacheur est un composant qui permet d’effectuer un transfert d’énergie entre l’alimentation et un moteur à
courant continu.
Une partie de cette puissance est effectivement délivrée au moteur, mais une autre partie est dissipée dans les
composants constituants le hacheur
A.2. Cas du hacheur 1 quadrant
On s’intéresse dans ce chapitre à un hacheur 1 quadrant alimentant une charge, en l'occurrence un moteur
électrique modélisé par sa fcém E, son inductance
L
et une résistance négligeable.
Le hacheur est caractérisé par son rapport cyclique
α
et sa fréquence de découpage
f
(période T)
On rappelle les équations qui existent dans ce hacheur :
0≤t<αT
:
Ve=LdIm
dt +E
,
Im=IK=Ve−E
L
t+ICmin
et
ID=0
αT≤t<T
:
LdIm
dt +E=0
,
Im=ID=−E
L(t − αT) +ICmax
et
IK=0
Les signaux ont alors la forme ci-contre :
D’où, en valeur moyenne :
!
<E>= αVe
et l’amplitude de l’ondulation de courant :
!
ΔIC=ICmax −ICmin =α1− α
( )
L
ET
VK
VC
IK
ID
Ic
Ve
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Puissances dans un hacheur
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Notes
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A.2.1. Puissance transmise
Le transfert de puissance ne peut se faire que dans le sens Alimentation ➢ Moteur
La puissance instantanée vaut :
!
p(t) =u(t).i(t)
La puissance moyenne transmise au moteur est donc :
!
<p>= 1
Tp(t)dt
0
T
∫=1
Tu(t).i(t)dt
0
T
∫=1
TVe.i(t)dt
0
αT
∫=1
TVe i(t)dt
0
αT
∫=1
TVeαT.Imot
( )
Soit :
!
<p>= αVeImoy
A.2.2. Puissance dans les composants
A.2.2.1. Courant moyen dans le transistor
<IK>= 1
TIK(t)dt
0
T
∫=1
TIK(t)dt
0
αT
∫=1
TαT.Imoy
( )
<IK>= αImoy
A.2.2.2. Courant efficace dans le transistor
<IKeff >2=1
TIK
2(t)dt
0
T
∫=1
TIK
2(t)dt
0
αT
∫
Or
IK(t) =Ve−E
Lt+ICmin
!
Donc!
<IKeff >2=1
T
Ve−E
L
t+ICmin
⎛
⎝
⎜
⎜
⎞
⎠
⎟
⎟
2
dt
0
αT
∫=1
T
Ve−E
L
t+ICmin
⎛
⎝
⎜
⎜
⎞
⎠
⎟
⎟
2
dt
0
αT
∫
Posons
u=Ve−E
L
t+ICmin
!
Alors !
<IKeff >2=1
T
L
Ve−E
u2du
ICmin
ICmax
∫=L
Ve−E
.1
T
1
3
u3
⎡
⎣
⎢⎤
⎦
⎥
ICmin
ICmax
Soit au final :
!!
<IKeff >= Lf
3 1− α
( )
Ve
ICmax
3−ICmin 3
( )
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