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CS Conversion statique d’énergie TP CS-3.2 Hacheur série
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Moyens : La maquette hacheur série
Prérequis : le cours sur la conversion statique d’énergie CS 3
Groupes : binôme
Durée : 1h30
Problème technique :
Optimiser le transfert d’énergie de la source vers la charge à travers un convertisseur DC-DC
L'étudiant doit :
- Mesurer les grandeurs courant et tension caractéristiques du hacheur.
- Justifier la structure du convertisseur statique d'énergie.
- Valider les composants du convertisseur qui conviennent à cette application.
- Analyser le fonctionnement du convertisseur.
TP CS-3.2
Hacheur série

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Problématique :
Un hacheur est un convertisseur DC/DC pour laquelle la sortie est réglable en amplitude.
L'application classique où le hacheur est couramment utilisé est la commande en vitesse variable des
machines à courant continu. Il existe 2 familles de hacheurs :
– les hacheurs directs, ces hacheurs relient une source de tension à une charge commandée en
courant ou inversement. Ils ne comportent dans leur structure que des interrupteurs leur permettant
d'agir sur les connexions entre le générateur et la charge.
– les hacheurs indirects, ces hacheurs relient une source et une charge de même nature
(tension/tension ou courant/courant). Ces hacheurs comportent en plus des interrupteurs
commandables un élément tampon de stockage d'énergie qui est :
– soit une inductance assurant la conversion tension/courant puis courant/tension pour un hacheur
tension/tension,
– soit un condensateur assurant la conversion courant/tension puis tension/courant pour un hacheur
courant/courant.
Nous n’étudierons ici que le fonctionnement des hacheurs directs. Pour chaque famille il existe 2 types de
hacheur :
– le hacheur série, abaisseur de tension
Objectifs :
– Étude de la structure du hacheur.
– Comportement du hacheur en fonction de la charge (R, RL).
Étude du fonctionnement sur charge :
Grâce à la commutation des interrupteurs K1 et
K2, le hacheur permet de relier une charge à
une alimentation de façon périodique T et cela
pendant un temps t
0
. On parle alors de
fréquence de découpage Fc=1/T et du
« rapport cyclique » α= t
0
/T
Les deux interrupteurs ne doivent jamais être
dans le même état (ouvert ou fermé), de manière
à ne jamais court-circuiter la source
d'alimentation.
L'interrupteur K1 assure le transfert d'énergie
entre la source et la charge. Dans les cas ou
la charge est inductive, il n'est pas possible
d'interrompre le passage du courant dans
l'interrupteur de manière instantané. Il faut
assurer la continuité du courant lors du
blocage de l'interrupteur K1.
Cette continuité est assurée par l'interrupteur
K2 qui entre en conduction lors du blocage de
K1, assurant alors une fonction de roue libre.
Voilà pourquoi on nomme cette diode la «
diode de roue libre ».

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On utilisera la maquette représentée ci-dessous :
Mise en marche :
– Vérifier que tous les interrupteurs sont en position stop.
– Vérifier que le potentiomètre du hacheur est en position 0.
– Mettre en marche le hacheur.
– Mettre en marche l'alimentation continue.
– Régler l'alimentation continue à 60VDC.
– Faire varier le rapport cyclique.
Arrêt : – Ramener le potentiomètre du rapport cyclique du hacheur à 0.
– Ramener les potentiomètres de l'alimentation continue à 0.
– Couper l'alimentation continue.
– Couper l'alimentation du hacheur.
Charge résistive :
– Placer comme charge un rhéostat réglé à 100Ω.
– Régler la fréquence de découpage Fc à 500Hz.
Q1 Visualiser et tracer la tension aux bornes de la charge u
s
(t), le courant dans la charge i
s
(t), le
courant d'alimentation i
e
(t). (doc réponse 1)
Q2 Donner les schémas partiels de fonctionnement du hacheur, ainsi que les équations à résoudre.
Charge RL :
– Placer comme charge un rhéostat et une bobine réglable en série, réglés respectivement sur
100Ω et 1H.
– Régler la fréquence de découpage F
c
à 2 000Hz.
Q3 Visualiser et tracer la tension aux bornes de la charge u
s
(t), le courant dans la charge i
s
(t), le
courant d'alimentation i
e
(t) ainsi que le courant dans la diode de roue libre i
d
(t). (doc réponse 2)
Q4 Donner les schémas partiels de fonctionnement du hacheur, ainsi que les équations à résoudre.
Q5 Déterminer à partir des relevés et interprétions les influences de α, F
c
, R et L sur le courant i
S
(t).

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Document réponse 1
t T
t T
t T
Schéma partiel de fonctionnement de 0 à αT Schéma partiel de fonctionnement de αT à T
Equations de fonctionnement
Equations de fonctionnement
u
s
(t)
i
s
(t)
I
e
(t)

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Document réponse 2
Conclusion :
t T
t
T
t T
t T
Schéma partiel de fonctionnement de 0 à
αT
Schéma partiel de fonctionnement de
αT
à T
Equations de fonctionnement
Equations de fonctionnement
u
s
(t)
i
s
(t)
I
e
(t)
I
D
(t)