Voiture electrique

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VOITURE ÉLECTRIQUE
1. Présentation
Imaginons un voiture électrique. Elle est équipée d'un moteur électrique et d'une batterie.
On peut modéliser le moteur par le schéma suivant :
R est la résistance de l'enroulement d'induit
L est l'inductance de cet enroulement
E est la force électromotrice développée par l'induit qui
tourne dans le champ magnétique inducteur. E est
proportionnel à la vitesse de rotation.
U est la tension d'alimentation du moteur.
2. Variation de vitesse
En première approximation la vitesse de rotation du moteur est proportionnelle à la tension
d'alimentation (je néglige la chute de tension aux bornes de R)
Donc pour faire varier la vitesse de rotation du moteur, il faut être capable de faire varier sa
tension d'alimentation.
Le procédé le plus économique est le hacheur abaisseur ou hacheur série.
3. Récupération de l'énergie cinétique lors du freinage
La voiture en mouvement a accumulé de l'énergie cinétique qu'il est possible de récupérer
en partie lors d'un freinage. Il suffit que le moteur se comporte comme une génératrice.
L'énergie mécanique de la voiture se transforme en énergie électrique qui peut recharger la
batterie. Problème la tension aux bornes du moteur est nécessairement plus petite que la
tension aux bornes de la batterie. Il faut utiliser un hacheur survolteur pour contrer ce
phénomène.
4. Importance de l'inductance
Lorsqu'elle est traversée par un courant, la bobine d'inductance a accumulé de l'énergie
sous forme d'un champ magnétique. L'énergie accumulée est proportionnelle au carré du
courant la traversant1.
Cette énergie ne peut, ni s'établir ni disparaître instantanément. Ce qui explique l'évolution
particulière du courant dans une bobine. On peut considérer que la bobine est une réserve de
courant, comme le volant d'inertie est une réserve d'énergie mécanique (ou une réserve de
vitesse).
Le fonctionnement des deux types de hacheur repose sur cette propriété de l'inductance.
Si on cherche à modifier l'intensité du courant traversant un bobine, cette dernière réagit en
créant une tension qui va tenter de lutter contre la variation2.
5. Le hacheur abaisseur
Il est constitué de l'équivalent d'un interrupteur électronique placé en série avec la moteur.
L'interrupteur peut être réalisé de diverses manières, la plus répandue actuellement est le
transistor (sous toutes ses variantes)
L'interrupteur s'ouvre et se ferme périodiquement de manière bien précise.
1 Si le circuit magnétique n'est pas saturé
2 on utilise ce phénomène pour créer la haute tension nécessaire à la création de l'étincelle des bougie d'un moteur
à essence.
RL
E
I
U

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R
L
H
D
EU
I
on off on
H
UE
I
t
t
t
On remarque que la valeur moyenne de la tension appliquée au moteur est inférieure à la
tension continue E. En faisant varier la durée "on" par rapport à la période, on peut faire varier
la valeur moyenne de la tension et donc la vitesse de rotation du moteur.
La diode D permet au courant de continuer à circuler dans le moteur lorsque l'interrupteur
est ouvert évitant ainsi la création d'une tension destructrice.
Le courant traversant le moteur est légèrement ondulé autour de la valeur moyenne imposée
par la "fabrication" du couple demandé par le récepteur. La présence de l'inductance fait que le
courant dans le moteur et la tension à ses bornes n'ont pas la même forme.
6. Le hacheur élévateur
Cette fois l'interrupteur court-circuite le moteur
(brièvement mais périodiquement).
Le courant I augmente.
Lorsque l'interrupteur s'ouvre, la bobine crée sa
fameuse réponse, la tension U augmente mais elle
est limitée par E (et par ud).
Le courant I peut circuler dans la batterie pour la
recharger.
La diode D évite un retour du courant de la
batterie vers le moteur.
H
D
R
LE
I
U