TP/Cours hacheur série

Mars
2007
HACHEUR SERIE
TP/COURS
TGE
L YCEE DU M T B LANC P HYSIQUE A PPLIQUEE 1/5
Rôle:
Un hacheur série est un convertisseur de tension continu-continu.
VU
I- P RINCIPE DU HACHEUR SERIE
1-1 Montage
H est un interrupteur électroniquement commandé.
V est une alimentation de tension continue fixe.
1-2 Fonctionnement
L'interrupteur H est tel que:
De 0 à tf: H est fermé,
De tf à T: H est ouvert.
On appelle α
αα
α le rapport cyclique. Il est égal au rapport α
αα
α=
==
==
==
=T
t
Période
fermeture de Durée
f
Donc
t
T
f
=
α
1-3 L'interrupteur commandé
L'interrupteur peut être un transistor, que l'on peut commander à la
fermeture et à l'ouverture à l'aide de la même source de commande (Vbe)
Fonctionnement du transistor (considéré « parfait »):
Celui-ci doit fonctionner en commutation ("tout ou rien"), c'est à dire que
• lorsque le transistor T est passant, V V
CE
≈
0
interrupteur commandé fermé
• Lorsque T est bloqué, le courant ne peut pas passer entre C et E
interrupteur commandé ouvert
Modèle équivalent du transistor suivant la valeur de la tension de commande en créneaux:
Donner le modèle équivalent du transistor entre collecteur et émetteur,
- quand le transistor est bloqué ……………………………….
- quand le transistor est saturé ……………………………….
1-4 Diode de roue libre:
Si la charge est inductive on ajoute une diode dite de roue libre aux bornes de la charge. En effet:
De 0 à αT: l'interrupteur est fermé donc u = ……………….
La diode est donc............………………. car u
D
=...…………….……..
De αT à T: l'interrupteur est ouvert donc i
h
=……………., or la charge étant inductive le courant
dans la charge ne peut s’annuler instantanément.
La diode est donc........……………....... u
D
=.…………….....et u =.……...
Justifier le terme de roue libre utilisé pour la diode.
H
D
i
H
i
D
u
D
T
V
be
V
ce
=U
H
Commande
U
H
E
C
B
C
E

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L YCEE DU M T B LANC P HYSIQUE A PPLIQUEE 2/5
II-
M ONTAGES
Compéter le montage pour mesurer <u
c
> et visualiser u
C
(t) et u
H
(t) à l’oscillo
On dispose de 2 moyens pour visualiser un courant à l’oscilloscope ;
-shunt (résistance) de visualisation
-sonde de courant pour oscilloscope
2-1 Montage avec shunt de visualisation
Compléter les schémas suivants pour visualiser
a) i
H
et i
D
b)i
H
et i
C
2-2 Montage avec sonde de courant pour oscillo
Il faut choisir un calibre pour la sonde en fonction du courant mesuré ; ici on pourra prendre 100mV/A
V: Tension continue fixe de 24V.
Commande: GBF de rapport cyclique réglable
R
B
= 1kΩ ; Rh: rhéostat 33Ω ;
Bob.: bobine avec noyau (L ≈ 1,1H et rb ≈ 11Ω )
à ne brancher
que pour l'étude de la charge inductive
v
bb
GBF
i
c
u
R
u
L
i
H
u
c
i
D
u
D
v
T B
R
B
C E
u
H
v
bb
GBF
i
c
i
H
u
c
i
D
u
D
v
T B
R
B
C E
u
H
Rh
Bob.
v
bb
GBF
i
c
i
H
u
c
i
D
u
D
v
T B
R
B
C E
u
H
Rh
Bob.
v
bb
GBF
i
c
i
H
u
c
i
D
u
D
v
T B
R
B
C E
u
H
Rh
Bob.

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III-
E TUDE DU HACHEUR SUR CHARGE RESISTIVE
3-1 Protocole expérimental
La commande est préalablement réglée à la fréquence de 200Hz pour un rapport cyclique de 0,4.
La tension d'alimentation est réglée préalablement à la tension de V = 24V.
On réalise les réglages puis le montage pour une charge résistive de 33Ω.
3-2 Manipulation
(on utilisera la source de déclenchement « ext » de l’oscillo)
-Relever les chronogrammes de uc et uh en concordance de temps et mesurer la valeur moyenne de u
c
.
-Pour la charge résistive de 33Ω, on étudie la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction
du rapport cyclique α; Relever la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction du rapport
cyclique et Compléter le tableau suivant: (attention avec un GBF, la fréquence varie légèrement avec α, ajuster
si nécessaire) Préciser le type de l'appareil utilisé pour la mesure de u
c
et le mode de mesure du rapport cyclique.
α 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 1
U u
c
c
=
3-3 Exploitation
Justifier les chronogrammes obtenus en écrivant la loi des mailles de 0 à αT puis de αt à T
-Tracer la courbe U u f
c c
= = ( )α .
-Donner l’expression de <u
c
>
théorique
en fonction de V et α ; Tracer la courbe théorique <u
c
> = f(α) sur le graphe
précédent et comparer la courbe théorique et la courbe expérimentale. Justifier la différence.
-Dans le cas de cette charge résistive, donner l'allure du courant dans la charge sur le chronogramme précédent
en concordance de temps avec u
c
et u
H
Mesure de u
cmoy

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IV-
C HARGE INDUCTIVE
4-1- Protocole expérimental
On insère dans la charge une bobine d'inductance L (environ 1,1H) .
Réaliser le montage en prenant pour charge:
* une bobine d'inductance réglable de 0 à 1,1H et de résistance interne ≈11Ω.
* un rhéostat réglé de sorte que la résistance totale (bobine+rhéostat) égale 33Ω.
4-2- Manipulation
Relever, pour un rapport cyclique de 0,4 , les chronogrammes des différentes grandeurs u
c
(t), i
c
(t), i
D
(t) et i
H
(t)
en concordance de temps.
i
c
, i
d
, i
h
Mesure de <u
c
> :
Mesure de <i
c
> :
u
c
(t) et i
c
(t)
<id> = <ih> =
Faire varier
la valeur de
l'inductance puis la fréquence
et noter leurs influences sur la
forme du courant dans la
charge, sur l'ondulation du
courant et sur la valeur
moyenne de l'intensité.

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4-3- Exploitation
A partir des chronogrammes déduire l'état du transistor dans chaque phase et les intervalles de conduction de la
diode. (tableau de conduction à remplir en concordance de temps sous les oscillogrammes).
Comparer les valeurs moyennes de la tension u
c
aux bornes de la charge lorsqu’elle est résistive puis inductive à
la valeur théorique de uc
moy
Comparer les valeurs moyennes des intensités des courants de charge pour les deux types de charge à la valeur
théorique de ic
moy
.
Conclure sur la valeur moyenne de la tension u
L
aux bornes de l’inductance.
Relever la valeur de I
cmax
et celle de I
cmin
. En déduire la valeur de l'ondulation ∆i
c
Conclure sur le rôle de L et l'influence de f.