TP 10 - lejeune

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STS2_1_10 Conversion continu-continu , hacheur parallèle.doc 06/05/2014
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LYCEE LOUIS DE CORMONTAIGNE.
12 Place Cormontaigne – BP 70624.
57010 METZ Cedex 1
Tél.: [phone]
Fax : [phone]
Sciences Appliquées.
Savoir-faire expérimentaux.
Référentiel : 5 Sciences Appliquées.
B - 2 : Conversion continu continu
B – 2 – 1 Structure des hacheurs
TP Sciences Physique 3 : Conversion continu-continu,
hacheur parallèle
Support Matériel : Maquette pré-cablée
Matériel spécifique : Oscilloscope à entrées
différentielles intégrées OX 802, multimètre MX 554
Objectifs :
Analyser le fonctionnement d’une cellule de commutation.
Etudier le fonctionnement d’un hacheur parallèle.

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CONVERSION CONTINU-CONTINU
HACHEUR PARRALLELE
INTRODUCTION
Pour faire du freinage électrique avec une machine à courant continu commandée
par un hacheur il y a deux options :
 freinage rhéostatique sans récupération
 freinage avec récupération sur la source
On étudiera ici uniquement le principe d’un hacheur parallèle simple permettant de
situer le problème.
PREPARATION
1 – Rappel : hacheur série, hacheur parallèle
Dcharge u(t)
TC
itc(t)
i(t)
ia(t)
D
charge u(t)
TC
itc(t)
i(t)
ia(t)
ua ua
HACHEUR SERIE HACHEUR PARALLELE
Rappeler la nature dynamique des charges et des sources dans l’utilisation des
hacheurs série et parallèle.
La cellule de commutation est formée de l’interrupteur commandé TC et de la
diode D.
2 - Structure d’un interrupteur commandé à transistors
L’interrupteur électronique TC est réalisé avec 3 transistors :
 T1 : 2N 2905 de type PNP.
 T2 : 2N 3054 de type NPN
 T3 : 2N 3055 de type NPN
Un transistor PNP peut conduire si sa tension base émetteur est négative.
Un transistor NPN peut conduire si sa tension base émetteur est positive.

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R1
R2
R3
R4
35 7
6
8
9
1
2
4
Ua
interrupteur commandé TC
+
-
T1
T2
T3
diode transil
Vc
Quel doit être le signe de la tension Vc pour que le transistor PNP conduise ?
Les transistors fonctionnent en « bloqué- saturé ». Que signifie cette expression ?
Quel est le rôle de la diode « transil » ?
Quel est l’état du transistor T3 lorsque le transistor T1 est saturé ?
L’interrupteur unidirectionnel est commandé par un signal Vc(t) de fréquence f
(f = fréquence de hachage) et de rapport cyclique  variable (0 <  < 1). La
fréquence de hachage est choisie en fonction du récepteur, le rapport cyclique est
la grandeur réglante.
Sur une période de fonctionnement T l’interrupteur unidirectionnel TC est
équivalent à un interrupteur fermé pour 0 < t < T , et à un interrupteur ouvert
pour T < t < T.
Le signal de commande vc(t) est un signal rectangulaire +2v, -2v de rapport
cyclique réglable.
t
T
0
vc(t)
2
Sur quelle partie du signal vc(t) l’interrupteur TC est-il fermé ?
Comment est défini le rapport cyclique  ?
3 – Principe du hacheur parallèle fonctionnement sur résistance.

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TC
Ua
ia i
u
itc
L
R
Dans ce cas particulier la diode D de la cellule de commutation n’est pas
nécessaire.
Sur une période de fonctionnement T l’interrupteur unidirectionnel TC est
équivalent à un interrupteur fermé pour 0 < t < T, et à un interrupteur ouvert
pour T < t < T.
La charge est une résistance R.
3 – 1 Fonctionnement à ondulation de courant non négligeable.
En régime permanent le courant ia est périodique, on admet qu’il est ininterrompu
sur une période T. On posera ia (t=0) = ia (t=T) = Iam, ia (t=T) = IaM
Pour 0 < t < T écrire l’équation différentielle régissant l’évolution de ia(t).
Donner l’expression de ia(t).
Pour T < t < T écrire l’équation différentielle régissant l’évolution de ia(t).
Donner l’expression de ia(t).
Pour  = 0.6, représenter : u(t), ia(t), itc(t) et i(t).
Exprimer la tension moyenne U0 = < u(t) > en fonction Ua et .
3 – 2 Fonctionnement à ondulation de courant négligeable
Si L/R >> T l’ondulation du courant est négligeable on posera ia(t) = I.
Exprimer u lorsque l’interrupteur TC est ouvert. On notera cette tension Um..
Pour  = 0.6, représenter : u(t), ia(t), itc(t) et i(t).
Montrer que Um = Ua /(1- ).
Montrer que la puissance moyenne P dissipée dans R peut s’écrire
P = Ua2 /R (1- ) et que la résistance Req vue par la source peut s’écrire
Req = R (1- ).
Pour R = 30 Ω , Ua = 15 V et 0 <  < 0.75 tracer les caractéristiques Um() et P
( ).

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4- Principe de fonctionnement d’un hacheur parallèle en élévateur de tension
TC
D
Ua
ia
u
L
CR
utc
itc
5
1
67
8
2
i
On admet que l’ondulation de la tension u(t) est négligeable, u(t) = U.
La conduction est continue dans la source. En régime permanent le courant ia est
périodique, on admet qu’il est ininterrompu sur une période T. On posera ia(t=0)
= ia (t=T) = Iam , ia(t=T) = IaM .
Pour 0 < t < T l’interrupteur TC est fermé, donner l’équation différentielle de
ia(t) et la résoudre.
Pour T < t < T l’interrupteur TC est ouvert, donner l’équation différentielle de
ia(t) et la résoudre.
Représenter, pour  = 0.6, utc(t), ia(t), itc(t) et i(t).
Exprimer la tension moyenne Utc0 = < utc(t) > en fonction U et  .
En déduire la relation entre Ua et U. Calculer la valeur limite de α si Ua = 15 V et
U max 60V
Montrer que l’ondulation du courant ia(t) s’exprime par Δia = αUaT/L.
Donner la forme des oscillogrammes dans le cas ou la conduction dans la source
est discontinue.
MANIPULATION
Mode opératoire
Dans toute la manipulation on utilisera un oscilloscope à sondes différentielles
intégrées OX 802.
Vc(t) est issu d’un GBF dont la masse est reliée au + de l’alimentation Ua.
L’ondulation du courant sera mesurée en utilisant la position AC de
l’oscilloscope.
Les grandeurs moyennes seront mesurées en utilisant des multimètres PM 554
1 – Hacheur parallèle, fonctionnement sur R
1 – 1 Schéma de montage