LE HACHEUR
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PSI 1,2,* Travaux Pratiques LE HACHEUR I. L’appareil utilisé La figure ci-dessous montre la face avant de l’appareil utilisé ; cette figure montre qu’il s’agit d’un hacheur 4-quadrants, mais il peut aussi être utilisé en -hacheur 1-quadrant (hacheur série du programme) -hacheur 2-quadrant. L’utilisation en hacheur 4-quadrants le transforme en onduleur. Les interrupteurs notés Khi et Kbi sont des interrupteurs commandés (fonction de commutation transistor) ; ils forment chacun une association anti-parallèle avec une diode, donc un interrupteur à commutation spontanée. 1. Commande des interrupteurs (commande MLI : modulation de largeur d’impulsions) Un dispositif interne à l’appareil génère un signal logique (0V-15V) : -de fréquence variable entre 0,7 et 17 kHz -de rapport cyclique variable compris entre 5% et 95%. 1 PSI 1,2,* Travaux Pratiques Ce signal peut être envoyé sur les bornes des interrupteurs commandés K à condition d’avoir placé la molette de commande (dite sélecteur d’inhibition) sur la position « c » (si la position est sur « nc » seules les diodes fonctionnent suivant leur mode de commutation spontanée) ; cette commande couple les transistors Kh1 et Kb2 d’une part, et Kh2 et Kb1 d’autre part. Remarque : la manipulation des sélecteurs d’inhibition doit se faire après avoir éteint l’alimentation de puissance. Le signal envoyé sur l’électrode de commande de Kh1 est le complémentaire de celui envoyé sur l’électrode de commande de Kh2; mais un temps mort de l’ordre de 2s sépare les commutations pour tenir compte des durées de commutation ; ceci évite les courts circuits des sources de tension et la mise en circuit ouvert des sources de courant. 2. Configuration hacheur 1-quadrant ou hacheur série La configuration est alors la suivante : 3. L’alimentation de puissance C’est une alimentation stabilisée pour laquelle on peut choisir : - la tension, de 0V à 60V en fonctionnement source de tension - le courant, de 0A à 15A en fonctionnement source de courant. Cette source nécessite quelques précautions lors de la mise en marche qui se fait de la façon suivante : - alimentation éteinte, réglage de la molette tension au minimum et de la molette courant à quelques tours ; on va donc allumer la source en source de courant - la sortie est court-circuitée à l’aide d’un fil - l’appareil est mis sous tension - il faut augmenter légèrement la tension jusqu’à l’apparition d’une valeur de courant (courant de court-circuit) et ôter le fil de court-circuit ; la source est alors une source de tension réglable. 4. Visualisation à l’oscilloscope a. Visualisation du courant dans la charge Grâce à la borne BNC « I mesuré » accessible sur la boitier avant de l’appareil on peut mesure le courant dans la charge, par une sonde à effet Hall ; la grandeur de sortie est donc une tension (1V pour 1A) et on peut visualiser la forme du courant à l’oscilloscope, ce courant devant être compris entre -10A et +10A. 2 PSI 1,2,* Travaux Pratiques b. Visualisation de la tension aux bornes de la charge L’oscilloscope ne supportant pas des tensions supérieures à 20V, et l’alimentation pouvant les dépasser, il faut utiliser pour l’observation de la tension une sonde atténuatrice au dixième, qui n’envoie donc à l’oscilloscope que le dixième de la tension réelle aux bornes de la charge (la touche de l’oscilloscope « sonde » permet de récupérer la vraie valeur de la tension). II. Montage avec charge purement résistive. 1. Montage La charge est un rhéostat de résistance choisie égale à 20. La tension continue d’alimentation est choisie égale à 20V. La fréquence de hachage choisie est 1kHz. Le rapport cyclique est choisi égal à 0,7. Quelles sont les allures attendues pour la tension et l’intensité ? 2. Expériences - - On visualise uc(t) et i(t) : on vérifie bien que le courant est discontinu comme la tension Valeur moyenne de u mesurée : U = On fait varier la valeur du rapport cyclique : U(V) Tracer la courbe U en fonction de : Quelle est la relation entre U et ? 3 PSI 1,2,* Travaux Pratiques III. Montage avec une charge résistive et inductive 1. Montage La charge est une bobine à noyau magnétique mobile de résistance R de l’ordre de 10 (inutile de rajouter une résistance additionnelle) ; l’inductance L de la bobine peut varier entre 0,1 et 1H environ. Le détail du calcul des deux phases est donné sur le document annexe. A chaque ouverture de l’interrupteur commandé la diode, dite diode de roue libre, assure la continuité du courant dans la charge et la protection contre les surtensions. 2. Expériences On observe : -la discontinuité de la tension aux bornes de la charge -la continuité de l’intensité parcourant la charge, due à la présence de la bobine Lorsque T << t , avec t = L / R on peut montrer que le taux d’ondulation vaut : a (1- a ) a (1- a ) Di = I Max - I min = ET = E L L. f Observations : -influence de : -influence de L : -influence de f : En déduire l’intérêt de la bobine de lissage et de l’utilisation des semi-conducteurs de puissance. 4 PSI 1,2,* Travaux Pratiques III. Montage avec une charge constituée d’un moteur à courant continu 1. Matériel utilisé Le bloc utilisé est un ensemble de deux machines à courant continu identiques, les deux machines tournant autour du même axe de rotation. La première machine est reliée au hacheur et fonctionne en moteur ; la seconde, chargée (ou non) par un rhéostat de 47 fonctionnera en génératrice et constitue donc la charge du moteur.Elle pourra (ou non) être bouclée sur un rhéostat Rh. On ajoute dans le circuit de charge une bobine de lissage additionnelle : bobine de 500 spires, L=11 mH, dont on peut augmenter l’inductance par l’introduction d’un noyau de fer doux. L’arbre du système entraîne une génératrice tachymétrique permettant la représentation de la vitesse instantanée de rotation. Cette génératrice délivre 6V/(1000 tours/minute). Les caractéristiques fournies pur les machines donnent les renseignements suivants : - l’inducteur est un aimant permanent - R(induit)=0,5 - L(induit)=1,33mH - J=31,3.10-5kg.m2 - fém par 1000 tours /minute :KE=17,5V - couple par ampère : KT=0,167 Nm/A - valeurs nominales : vitesse 3000 tours/minute ; puissance 439W ; tension 60V Vérifier que les valeurs indiquées permettent d’en déduire le 0 de la machine : La charge est ainsi équivalente à un dipôle (R,L,E’) : Le détail du calcul des deux phases est donné sur le document annexe ; la résistance équivalente du dipôle étant faible, les calculs ont été menés en considérant R=0 dans les calculs ; les portions d’exponentielles deviennent alors des portions de droite. 2. Expériences a. Ondulation de courant L’ondulation de courant est à nouveau Di = I Max - I min = 5 a (1- a ) a (1- a ) ET = E. L L. f PSI 1,2,* Travaux Pratiques On peut vérifier l’effet de chaque grandeur sur le taux d’ondulation de courant : -influence de -influence de L -influence de f En pratique, pour réduire l’encombrement dû à la bobine L on augmente la fréquence de hachage. Remarque : le moteur a besoin pour bien fonctionner d’un courant sensiblement constant, donc au départ d’une conduction continue. On peut observer le phénomène de conduction discontinue (détaillé dans le document annexe).Il est à éviter. b. Mesures Qualitatives: - influence de sur la vitesse angulaire de rotation - influence de la fréquance de hachage sur la vitesse angulaire de rotation - influence de la charge (génératrice à vide ou branchée sur une résistance Rh) Quantitatives : V(tachy) à vide V(moteur) A vide V(géné) A vide 6 V(tachy) V(moteur) Vgéné) I(Rh) En charge En charge En charge En charge PSI 1,2,* Travaux Pratiques 7 PSI 1,2,* Travaux Pratiques 8
