TP : Hacheur dévolteur

 Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur 1 T.P.
Hacheur – Commande de vitesse d’un
moteur
1.
Description du hacheur
Le hacheur 4 quadrants utilisé est constitué de 2 sous-ensembles distincts (nous évoquerons
rapidement le 3ième sous-ensemble, module de dissipation) :
1.1.
Générateur de commande MLI
Il génère des signaux nécessaires à la commande des 4 interrupteurs commandés de l’onduleur. Ces
signaux sont disponibles sur les sorties notées « Kh1 » et « Kb1 » des BNC correspondantes.
•
•
On récupère ainsi sur la borne « Kh1 » un signal logique (0 à +15V) qui commande les
interrupteurs Kh1 et Kb2 et son symétrique « Kb1 » qui commande Kb1 et Kh2 : un niveau
logique haut (+15V) sur l’une des sorties signifie que les interrupteurs associés reçoivent un
ordre de fermeture ; un ordre logique bas (0V) signifie que l’interrupteur reçoit un ordre
d’ouverture.
Leur rapport cyclique (définit comme le rapport du temps pendant lequel le signal est à l’état
haut par la période du signal) peut-être réglé soit par une tension continue entre 0 et 10V (pour
un asservissement), soit par un potentiomètre (utilisé ici, à condition de positionner le sélecteur
vers le haut). Le format de l’entrée de commande de α est du type 0-10V : 0V correspond à α
= 0,05 et 10V à α = 0,95.
 Vérifier le rôle des potentiomètres « fréquence » et « rapport cyclique ». Régler le rapport
cyclique à environ 1/3 et la fréquence à environ 500 Hz.
Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur
1.2.
Les interrupteurs et l’étage de puissance :
Ils sont au nombre de 8, associés 2 par 2, d’un transistor en parallèle avec une diode tête-bêche. On
peut désactiver (n.c. comme « non commandé ») deux des 4 transistors, qui se comportent alors comme
des interrupteurs constamment ouverts.
Attention ! La manipulation des sélecteurs d’inhibition de Kh1 et Kb1 doit toujours se
faire après avoir éteint l’alimentation de puissance
 Pour l’étude du hacheur série, on active (c.) par exemple le transistor du haut et désactive
(n.c.) celui du bas. On pourrait aussi choisir le contraire Kh1 en nc et Kb1 en c.
Les transistors Kh1 et Kb2 sont commandés simultanément. Il en est de même pour la paire de
transistors Kb1 et Kh2.
Chacun de ces transistors est isolé de la commande grâce à un optocoupleur d’isolement. Ainsi,
l’alimentation de l’étage puissance est complètement isolée de la masse du bloc commande. Cela permet
de fixer arbitrairement le potentiel de mesure de l’oscilloscope n’importe où sur les bornes de puissance.
Dans la configuration 1 quadrant, utilisée pour le hacheur dévolteur (ou hacheur série), les connexions
à la source d’entrée (générateur) et à la source de sortie (charge) se font autour de Kh1 et Kb1.
En position nc sur Kb1 l’interrupteur commandé reste en position bloquée (ouvert). Cependant, la
diode dite de roue libre connectée en parallèle, intervient dans le schéma électrique.
En position c sur Kh1, l’interrupteur reçoit un ordre de commande en provenance de la commande
MLI (commande à l’ouverture ou à la fermeture selon l’état haut ou bas du signal MLI).
 Pour l’étude du hacheur série, on choisit d’activer (c.) le transistor du haut et de désactiver
(n.c.) celui du bas. Compléter le schéma électrique de l’étage de puissance en indiquant le
branchement de la source de tension d’entrée et celui de la charge.
2.
Hacheur série
2.1.
Source d’entrée :
Elle est constituée d’un générateur de tension continue +24V obtenue à partir d’une alimentation
stabilisée.
 Régler celle-ci de la façon suivante : potentiomètre de tension au minimum, on court-circuite
la sortie de l’alimentation. On augmente légèrement la tension jusqu’à apparition d’un courtcircuit que l’on règle à 2A par le potentiomètre intensité. On règle enfin la tension en circuit
ouvert à 24 V.
 Connecter l’alimentation ainsi réglée entre les bornes rouge et noires de l’étage de puissance.
2.2.
Charge R,L :
Elle est constituée d’un rhéostat en série avec une bobine dont on mesurera préalablement la
résistance. On appelle R la résistance de l’ensemble (mesurable à l’ohmmètre) et L l’inductance de la
bobine.
 Mesurer la résistance totale de la charge
 Placer la charge entre les bornes blanche et noire de l’étage de puissance.
2
2 2.3.
Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur 3 Chronogrammes :
 Visualiser iC et uc (respectivement courant et tension dans la charge) et les représenter sur un
chronogramme en concordance de temps. La mesure de ic s’effectue directement via la sortie
« I mesuré » avec la conversion 1V/A.
2.4.
Fonctionnement général :
On rappelle que dans ce cas, la source de sortie n’étant pas considérée comme idéale, le courant iC(t)
varie sous les formes suivantes (en appelant Imin et Imax les valeurs respectivement minimale et maximale
de l’intensité du courant iC(t) ) :
"
" t% E
E%
- durant la phase de croissance du courant : iC (t) = $ I min − ' exp $ − ' +
#
# τ& R
R&
" t − αT %
- durant la phase de décroissance (roue libre) : iC (t) = I max exp $ −
'
#
τ &
 Les signaux étant relativement instables, effectuer des mesures moyennées à l’oscilloscope :
pour cela, dans le menu ACQUIRE, sélectionner « Moyennage » sur 64 valeurs par exemples.
Revenir au menu MEASURE. Selon la mesure à effectuer on sélectionnera dans le menu
Mesure, le « Type » C-C, Max, Min ou encore Moyenne, sur les voies 1 ou 2.
L
 Déduire de iC(t) la mesure de τ = . En déduire la valeur de L et vérifier l’accord avec la
R
valeur annoncée.
 Faire varier la valeur de α (5 valeurs) et mesurer (affichage à l’oscilloscope directement) dans
chaque cas ic (t ) et uc (t ) . Vérifier la concordance des deux derniers résultats avec la
théorie.
2.5.
Fonctionnement usuel (T<<τ ) :
Montrer par la théorie, que, dans ce cas, ic (t ) tend à devenir triangulaire et que l’ondulation est
E.T
α (1− α )
L
 Régler R du rhéostat pour se mettre dans ce type de fonctionnement.
 Vérifier l’influence de α ( (5 valeurs)) sur l’ondulation Δic (fonction Type C-C de
donnée approximativement par : Δic ≈
l’oscilloscope). Pour quelle valeur de α, Δic est-elle maximale ?
 Quel problème rencontre-t-on pour les grandes fréquences de hachage ? L’expliquer .
 Vérifier l’influence de la fréquence de hachage sur l’ondulation (tout en maintenant la
condition τ >> T ).
Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur
3.
Application : alimentation d’un MCC
3.1.
Etude avec génératrice à vide
 Après avoir abaissé E à 20V, et réglé l’intensité maximale du courant débité à 3,8 A (cf mode
opératoire précédent), remplacer la charge R, L par le moteur Technosystème. Choisit une
fréquence de hachage de l’ordre de 1kHz et un rapport cyclique de l’ordre de 0,5.
 Visualiser iC et uc (respectivement courant et tension dans la charge) et les représenter sur un
chronogramme en concordance de temps. On observe nettement le problème de conduction
discontinue. Quel est l’état des interrupteurs du hacheur dans ce cas ?
 Après avoir abaissé la tension d’alimentation à 0V, interposer la bobine de 3 mH entre le
hacheur et le moteur. Revenir à une tension de 20V. On justifiera son appellation de « bobine
de lissage ».
La vitesse de rotation du moteur ω peut-être mesurée par la génératrice tachymétrique branchée sur
l’arbre moteur ou ici plutôt directement par la sortie BNC 6V/1000 tr.min-1 sur laquelle on branchera un
voltmètre. On pourra en profiter pour mesurer la tension délivrée par la génératrice tachymétrique et la
relier à ω.
 Vérifier l’influence de α (5 valeurs) sur la vitesse de rotation du moteur, tout en continuant à
observer ic(t) afin d’éviter le phénomène de conduction discontinue.
 Faire un relevé de la vitesse angulaire en fonction du rapport cyclique.
3.2.
Etude avec génératrice débitante
Dans ce cas, la génératrice, branchée sur le rhéostat de la première partie, produit un couple résistant
sur l’arbre moteur : cela simule un moteur en charge.
 Brancher le rhéostat aux bornes de la génératrice. Comparer rapidement les nouvelles valeurs
de ω à celles obtenues précédemment.
 Comment évolue ω lorsque R augmente ?
4.
Configuration 2 quadrants : réversibilité
Le convertisseur dont nous disposons permet d’activer d’autres interrupteurs commandés (transistors).
Attention à couper l’alimentation du générateur avant de changer la position des sélecteurs d’inhibition.
4.1.
Schéma théorique
 Représenter le schéma théorique obtenu lorsque Kh1 et Kb1 sont commandés, la source et la
charge étant connectés aux mêmes bornes que précédemment.
 Quel est l’intérêt ?
4.2.
Hacheur 2 quadrants alimentant un MCC
4
4 Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur 5 La nouvelle configuration ne change rien du point de vue de la transmission de puissance, hormis le fait
que cette fois, on peut obtenir temporairement une inversion du signe du courant dans l’induit du moteur.
Cela correspondra à une inversion du signe du couple de la machine. On passe alors en mode de freinage par
récupération d’énergie.
Afin de protéger le générateur d’entrée de ce transfert d’énergie, il est dans ce cas indispensable
d’activer le module de dissipation : celui-ci assure la dissipation d’énergie cinétique qui survient lors du
freinage.
Le rhéostat de dissipation, connecté en parallèle sur l’alimentation de puissance, évacue de manière
thermique ce surcroit d’énergie.
 Alimenter directement le MCC par le hacheur 2 quadrants sans la bobine de lissage. Observer
ic(t) : la conduction discontinue a disparu et ic(t) peut devenir négative !
Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur
Liste de matériel : 
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Générateur tension continue Technosystème 0-60V
Hacheur 4 quadrants Technosystème
Inductance L=3mH – 10A
Rhéostat Metrel 16,5 Ω - 6,2 A
Bloc moteur-Génératrice Technosystème.
Multimètre de table
Oscilloscope
Connectique adaptée fortes puissances.
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