Les hacheurs

C.P.G.E-TSI Les hacheurs 2006/2007
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Les hacheurs
I. Introduction :
Le Hacheur est un convertisseur continu-continu, qui permet d'alimenter une charge
sous tension réglable à partir d'une tension continue constante.
Il est réalisé avec un transistor bipolaire ou un transistor IGBT ou avec un transistor à
effet de champ à grille isolée à canal N.
Son fonctionnement est périodique, de période T = 1/f.
Au cours d'une période, l'interrupteur est fermé (passant) pendant une durée αT et
ouvert (bloqué) pendant (1 - α) T.
Le nombre α, compris entre 0 et 1, est le rapport cyclique.
On adoptera le symbole ci-contre d'un interrupteur à deux
commutations commandées.
Le courant ne peut circuler que dans un sens.
Ce hacheur relie une source de tension à un récepteur de
courant. Ce récepteur sera l’induit d’un moteur à courant continu.
II. Hacheur série (ou abaisseur) :
a) Montage :
b) Chronogrammes :
On peut dessiner le modèle électrique ci-dessous, équivalent au circuit d'induit, où E
est sa force électromotrice, R est la résistance d'induit et L son inductance.
ferméfermé ouvert
Tt 0αT
V
DRL
i
DRL
VH
iH
H
Commande
Uc
M
=
DRL
U
ic
i
H
v
H
c.o
c.f
v
H
i
H
i
DRL
v
DRL
v
DRL
i
DRL
Mcc
=
Ω
ΩΩ
Ω
Réseau
Continu Charge
=
=

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Dans une première approche, nous négligerons la résistance de l'induit.
c) Ondulation du courant :
• L'interrupteur H passant entre 0 et αT :
c c
c
di di
U E
u U E L
dt dt L
−
= = + → = D’où ( )
(0)
c
U E t
i i
L
−
= + (U >E)
On pose : (0)
cmin
i i
=
Le courant croît linéairement dans l'induit.
• L'interrupteur H ouvert entre αT et T, la diode doit obligatoirement être passante, car on
doit évacuer l'énergie magnétique emmagasinée dans l'inductance L de l'induit. Aussi, uc est
voisin de 0 :
0
c c
c
di di
E
u E L
dt dt L
= + ≈ → = −
D’où ( )
( )
c
E t T
i i T
L
α
α
−
= − +
On pose :
max
( )
c
i T i
α
=
( )
max
( )
c c
E t T
i t i
L
α
−
⇒= − + : Le courant décroît linéairement.
H ouvert
U
α
.T T
i c
i H
i
cmax
i
cmax
i
cmin
i
cmin
H fermé t
i
DRL
i
cmin
H fermé H ouvert
t
t
t
α
.T T
T
i
cmax
i
c
iC
Uc
R
L
Uc
M
=
E
uc

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On pourra calculer l'ondulation du courant de deux manières possibles :
max min
( )
( )
c c c
U E T
i T i i
L
α
α
−
= = +
max min
( )
c c
U E T
i i i L
α
−
⇒∆ = − =
Or :
( )
(
)
( )
(
)
( )
c c
c c c
di t di t
u t E L u t E L u t E
dt dt
= + ⇒= + ⇒=
.
(
)
c
u t U
α
=
E U
α
⇒=
d’où : (1 )
U
iLf
α α
−
∆ = .
Les variations de l’intensité du courant dans la charge sont donc inversement
proportionnelles à la valeur de l’inductance, ainsi qu’à la valeur de la fréquence de hachage
Cette ondulation est maximale pour α = 0,5 et vaut:
max
4
c
U
i
Lf
∆ = .
d) Contraintes sur les interrupteurs
III. Hacheur parallèle (ou élévateur) :
a) Montage:
Interrupteur
VHmax = U
IHmax = icmax = icmoy + (1 )
2
U
Lf
α α
−
Diode
VDmax = U
IDmax = icmax = icmoy + (1 )
2
U
Lf
α α
−
IDmoy = (1-α) . icmoy
c
i
∆
α
0,5 0
1
4
U
Lf
D L
VD
U
u H
i
D
uc
iL
i H

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Hypothèse courant linéaire.
b) Chronogrammes :
c) Ondulation du courant :
Valeur moyenne de la tension :
( )
11
T
H c c
T
u U dt U
T
α
α
= = −
∫
[ ]
( )
( )
( )
min
min
0, :
0
L L
H L
D
U
i t t i
L
U
t T i t t i
L
i t
α
= +
∈ = +
=
et :
[ ]
( ) ( )
( )
( ) ( )
, : 0
c
L LMax
H
c
D LMax
U U
i t t T i
L
t T T i t
U U
i t t T i
L
α
α
α
−
= − +
∈ =
−
= − +
( ) ( )
min
1
c
L L LMax
U U
i T i T i
L
α
−
= = − +
( )
min
1
c
L LMax L
U U
i i i T
L
α
−
⇒ ∆ = − = − − .
Or :
( )
L
H H
di
U L u t U u
dt
= + ⇒ =
(
)
1
H c
U u U
α
⇒= = −
(
)
1
L
U U
U
i
Lf Lf
α
α
− −
⇒∆ = − = .
∆iL
H fermé H ouvert
t
α
.T T
U c =cste >U
u
H
H fermé H ouvert
i
D
i H
i L
u c
T
T
α
.T
α
.T
α
.T T
t
t
α
.T T
t

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M
r
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d) Contraintes sur les interrupteurs
IV. Hacheurs réversibles :
Un hacheur est réversible s’il permet de commander le transfert d’énergie dans les
deux sens. D’après la nature des sources entre lesquelles il est placé et la ou les grandeurs
qu’il permet d’inverser, il existe plusieurs types de hacheurs réversibles.
1. hacheur réversible en courant :
On considère le montage suivant :
Il permet : −
De faire varier la vitesse, à couple donné ;
− De faire varier le couple, à vitesse donnée.
Interrupteur
V
Hmax
= U
c
I
Hmax
= i
Lmax
=1 2
Lmoy
i
U
Lf
α
α
+
−
Diode
V
Dmax
= U
c
I
Dmax
= i
Lmax
= 1 2
cmoy
i
U
Lf
α
α
+
−
I
Dmoy
= i
Lmoy
D2
D1
u
IE
I
T1
-
+
V0
T2
I
E
I
V
0
u
V
0
T
1
T
1
T
1
T
2
T
2
D
2
D
2
D
2
D
1
D
1
D
1
P > 0
P < 0
Transfert de puissance :
P > 0 : Dévolteur
P < 0 : Survolteur