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Annales du Baccalauréat : Hacheur
Extrait n°0 : 2003 Métropole
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Physique Appliquée
Extrait n°1 : 2001 Métropole (Remplacement)
Seconde Partie : Étude de quelques convertisseurs statiques
L’annexe donne, pour chacun des convertisseurs, le schéma de principe et l’allure de la tension de sortie pour un
fonctionnement sur charge inductive.
A— Convertisseur n°1 (voir annexe)
A.1) Quel est le nom de ce convertisseur ?
A.2) Quelle est la conversion réalisée ?
A.3) Quelle est la fréquence de la tension u1(t) ?
A.4) Quelle est la valeur de la tension E délivrée par chacune des sources de tension ?
B — Convertisseur n°2 (voir annexe)
B.1) Quel est le nom de ce convertisseur ?
B.2) Quelle est la conversion réalisée ?
B.3) Quelle est la pulsation de la tension d’entrée e(t) ?
B.4) Quelle est la valeur efficace de la tension d’entrée e(t) ?
C — Convertisseur n°3 (voir annexe)
C.1) Quel est le nom de ce convertisseur ?
C.2) Quelle est la conversion réalisée ?
C.3) Quelle est la valeur du rapport cyclique ?
C.4) Quelle est la valeur moyenne de la tension u3(t) ?
D — Choix du convertisseur
On souhaite pouvoir régler la fréquence de rotation du moteur à courant continu étudié dans la première partie.
Parmi les trois convertisseur étudiés précédemment, lequel faudra-t-il donc choisir? Justifier la réponse.
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ANNEXE
325
250
175
u
2
e
100
25
-50
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Extrait n°2 : 2001 Antilles Guyane
A. ALIMENTATION DU MOTEUR PAR HACHEUR
On se propose d’alimenter l’induit du moteur par un hacheur, dont le schéma est donné sur le document réponse, en
figure 1.
On a U0 = 12,0 V.
L’interrupteur K est commandé de la manière suivante :
0 < t < T
T < t < T
K fermé
K ouvert
 est un nombre compris entre 0 et 1 et que l’on appelle rapport cyclique.
Le hacheur fonctionne en régime de conduction ininterrompue.
1) Indiquer, sur la figure 1 du document réponse, les branchements à effectuer pour visualiser la tension u c(t) sur l’une
des deux voies d’un oscilloscope.
2) Tracer, sur la figure 2 du document réponse l’allure de la tension u c(t) aux bornes du moteur, pour deux périodes de
fonctionnement du hacheur.
3) Quel type de voltmètre peut-on utiliser pour mesurer cette valeur moyenne ? Comment doit-on positionner le
commutateur ?
uc(V)
5
0

T
T
T+ 2T
T
Figure 2
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t
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Extrait n°3 : 1999
Nous étudions dans ce problème, le principe d’une voiture électrique. Le moteur a courant continu utilise une
électronique de puissance simple en sortie de batterie.
C'est la raison pour laquelle certains constructeurs décident d'équiper leur première génération de voiture de ce type de
moteur.
2° Le dispositif électronique.
Le moteur est alimenté par l’intermédiaire d’un convertisseur continu-continu. L’énergie électrique est stockée dans une
batterie placée à l’arrière du véhicule.
Dispositif
électronique
Batterie
i
Le schéma de principe du circuit de puissance est le suivant :
2.1. Quel est le nom de ce convertisseur continu-continu ?
2.2. Quel est le rôle de la bobine ?
UB
u
M.C.C
Batterie
Convertisseur
de puissance
2.3. On observe la tension u aux bornes de la charge.
L’oscillogramme de la tension u aux bornes de la
charge est donné ci-contre :
Déterminer :
2.3.1.
2.3.2.
2.3.3.
la fréquence de la tension u ;
le rapport cyclique  ;
la valeur moyenne <u> de la tension u.
Origine de
la voie :0V.
Base de temps : 10 s par division.
Calibre tension :50 V par division.
2.4. Quel appareil de mesure peut-on utiliser pour
mesurer la valeur moyenne de la tension u ( préciser le nom et le type ) ?
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Extrait n°4 : 1999
Ventilation forcée d'une automobile :
II.B Etude de la commande électronique du moteur
Un hacheur série (figure 3) est placé entre la
batterie d’accumulateurs fournissant une
tension continue U0 et l’induit du moteur
hacheur
série
U0
u(t)
M

Figure (3)
II .B.1) Parmi les fonctions suivantes, quelle est celle du hacheur série :
a) convertisseur continu / alternatif ;
b) convertisseur alternatif / continu ;
c) convertisseur continu / continu variable ;
d) convertisseur alternatif / continu variable ;
e) convertisseur alternatif /alternatif ?
u(t)
La figure (4) représente le
chronogramme de la tension
u(t) fournie par le hacheur
série ;
temps : 0,1 ms par div. ;
tension :1 V par div.
0
t
Figure (4)
II.B.2) Déterminer la valeur U0 de la tension à l’entrée du hacheur ainsi que la fréquence de hachage
II.B.3) Définir, à l’aide des grandeurs t0 et T, le rapport cyclique  de la tension u(t). Donner la valeur numérique
de 
II.B.4) On note <u> la valeur moyenne de la tension u(t). Exprimer cette valeur moyenne <u> en fonction de  et
de U0.
II.B.5) Déterminer la valeur  que l’on doit donner au rapport cyclique pour obtenir la valeur moyenne <u> = 10 V
aux bornes de l’induit du moteur.
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Extrait n°5 : 1998 Nouvelle Calédonie
Partie B : Alimentation du moteur.
L'induit du moteur est alimenté par le dispositif représenté par le schéma figure 1.
uAB
K
V
A
i
iD
L
V
uL
uAB
D
u
M
B
T
T
Figure 1
2T
t
Figure 2
Ce dispositif comprend :
- une source de tension continue fournissant la tension constante : V=240 V ;
- un interrupteur K ;
- une diode D (supposée idéale) ;
- une inductance L .
L'interrupteur K est commandé électroniquement : il se ferme et s'ouvre périodiquement . A chaque période T , il est
fermé de 0 à T et ouvert de T à T (avec 0<<1) .
La tension uAB est représentée figure 2 .
1-
a- Comment appelle-t-on le dispositif qui alimente le moteur ?
b- Avec quel composant électronique peut-on réaliser l'interrupteur K ?
c- Comment appelle-t-on le coefficient  ? Comment le définit-on ?
d- Quel est le rôle de l'inductance L ?
e- Quel est le rôle de la diode de roue libre D?
2-
a- Etablir l'expression de la valeur moyenne <u AB> de la tension uAB en fonction de  et V .
b- Pour quelle valeur de  aura-t-on <uAB>=220 V ?
3- On souhaite visualiser à l'oscilloscope la tension uAB d'une part et l'image de l'intensité i du courant dans l'induit du
moteur d'autre part . Pour visualiser le courant, on place une résistance Rs=0,10  en série avec l'induit comme
l'indique le schéma figure 3 .
On supposera que cette résistance ne perturbe pas le fonctionnement du montage .
i
K
V voie 2
A
L
iD
M
u
uAB
voie 1
D
RS
B
Figure 3
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us
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L'oscillogramme de us(t) est fourni sur le document réponse .
a- Représenter sur le document réponse l'oscillogramme de uAB(t) .
b- Quelle est la période de uAB(t) ? Quelle est sa fréquence ?
c- Déterminer la valeur de . En déduire la valeur moyenne de uAB .
d- Déterminer les valeurs maximale et minimale de l'intensité i du courant dans l'induit du moteur .
Document réponse (à rendre avec la copie).
us
base de temps :
50s/div
calibre de tension :
2 V/div
0
T
T
t
T
T
t(ms)
uAB (V)
0
Extrait n°6 Juin (Métropole) 1997
PARTIE D : Etude de l’alimentation du moteur
On alimente l'induit du moteur à l'aide d'un hacheur série dont le schéma est représenté ci-dessous :
H
: Interrupteur électronique commandé à l'ouverture et à la fermeture.
DRL
: Diode supposée idéale.
L
: Bobine d'inductance L supposée parfaite.
V
: Tension continue délivrée par une source idéale de tension.
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iH
H
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i
L
u
V
DRL
M
D.1) Quel est le rôle de la diode DRL ?
D.2) Quel est le rôle de la bobine d'inductance L ?
D.3) Les allures de la tension u et du courant i sont représentées respectivement sur les figures 1 et 2.
u(V)
400
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t(ms)
figure n°1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t(ms)
figure n°2
i(A)
20
10
0
D.3.a) Redessiner le schéma du montage en indiquant les branchements de l'oscilloscope bicourbe et les
éventuelles modifications à apporter permettant la visualisation simultanée de la tension u et de l'image du
courant i.
D.3.b) Déterminer la fréquence de la tension u.
D.3.c) Déterminer la valeur du rapport cyclique  .
D.3.d) Montrer que la valeur moyenne <u> de la tension u peut s'exprimer :
<u> = .V , et en donner la valeur.
D.3.e) Quel appareil (type de l'appareil, fonction utilisée,...) utiliseriez-vous pour mesurer cette grandeur ?
D.4) Quel est l’intérêt d’alimenter l’induit d’un moteur à courant continu par l’intermédiaire d’un hacheur ?
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Extrait n°7 Réunion 1995
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Physique Appliquée
ELEMENTS DE CORRECTION :
Extrait n°0 : 2003 Métropole
1. CONTINU/CONTINU
2. T=50S
5.2 –<UC>7.2V
5.3 – Voltmètre position DC
6.1 n=4500
6.2 Vsc=45
6.3 Vscmax=45km.h-1
Extrait n°1 : 2001 Métropole (Remplacement)
C
1. Hacheur
2. Continu/continu
3. 
Extrait n°3 : 1999
2.5. convertisseur continu-continu : hacheur
2.6. rôle de la bobine : lisser le courant i appelé par le moteur (à courant continu)
2.3.1.
la fréquence de la tension u : T=50s ; f=1/50.10-6=20kHz
2.3.2.
le rapport cyclique 
2.3.3.
la valeur moyenne <u> de la tension u
st passant durant les 4/5 de la période : 0,80
UB=0,8.280=224V
2.4 appareil de mesure : voltmètre magnétoélectrique ou numérique en position « continu ».
Extrait n°3 : 1999
II .B.1)c) convertisseur continu / continu variable
II.B.2) la tension à l’entrée du hacheur : U0=14V ; la fréquence de hachage : T=1,4ms ;f=714Hz
II.B.3) le rapport cyclique  =0,57.
II.B.4) <u> =.U0.
II.B.5) =0,71.
Extrait n°5 : 1998 Nouvelle Calédonie
1
a- hacheur
b- Avec quel composant peut-on réaliser l'interrupteur K ? transistor ou thyristor
c- Comment appelle-t-on le coefficient  ? rapport cyclique
Comment le définit-on ? fraction de la période correspondant à l'état haut
d- Quel est le rôle de l'inductance L ? lisser le courant dans le moteur
e- Quel est le rôle de la diode de D? assurer la continuité du courant dans le moteur
2a- <uAB>= V
b- Pour quelle valeur de  aura-t-on <uAB>=220 V ?  = 0,92
3a- Représenter sur le document réponse l'oscillogramme de uAB(t) .
rectangulaire : à 240V durant les trois-quarts de la période, à 0V le reste de la période
b- Quelle est la période de uAB(t) ? T=400s. Quelle est sa fréquence ? f=2,5kHz
c- valeur de . = 0,75. valeur moyenne de uAB =180V
d valeurs maximale et minimale de l'intensité i du courant dans l'induit du moteur . IM= 100A ; Im= 60A
Extrait n°7 Réunion 1995
B
1. Hacheur
2. f=500Hz
3. =0.5
4. <u>=120V
5. Voltmètre numérique position DC
6. Lisser le courant
7. a – E=105V
b – n=784tr.min-1
c – Génératrice tachymétrique
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