Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 6 HACHEUR SERIE I. INTRODUCTION Un hacheur est un convertisseur statique qui permet d’alimenter une charge sous tension continue réglable à partir d’une source de tension continue constante. Un hacheur est un convertisseur « continucontinu ». L’application principale est l’alimentation des MCC dont on veut faire varier la vitesse. II. PRINCIPE DU HACHEUR SÉRIE 1. Montage i K U - v Si K est fermé alors v = U Si K est ouvert alors v = 0 V v a donc l’allure suivante : v U T t1 t Rem : i est toujours positif, donc l’interrupteur K est unidirectionnel (on utilisera un transistor). 2. Rapport cyclique α = t1 T C’est le paramètre α défini par : Rem : 0 < α < 1. 1 Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 6 3. Valeur moyenne de v < v > A= ire= U.α T = α U T T < v > α U= donc 4. Débit sur charge résistive v U i αT T t αT T t U/R III. DÉBIT SUR CHARGE INDUCTIVE 5. Montage M i L v M iD uH T Commande iH 2 U Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 6 Ce montage peut être représenté de façon équivalente comme sur la figure suivante : H iH i L v U M iD 6. Intensité dans la charge 2.1. Simplification du problème Dans cette partie, on supposera que l’ensemble {charge + MCC} (MCC qui a pour modèle équivalent de Thévenin (MET) une f.é.m. en série avec une résistance et une bobine) peut être représenté comme sur la figure suivante si on néglige la résistance de l’induit de la MCC : H iH i L v U iD E Rem : la diode permet d’obtenir un courant ininterrompu dans la charge et ainsi protège l’interrupteur contre les surtensions quand il s’ouvre. C’est une diode de roue-libre. 3 Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 6 On obtient alors les courbes suivantes : v,i U Imax Imin T 2T tt T 2T t T 2T t iH Imax Imin iD Imax Imin Elément passant H D H 4 D Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 6 2.2. Expressions de l’intensité dans la charge Dans le cas décrit précédemment, on peut alors écrire : - 0 < t < αT : H est fermé et D bloquée. Le schéma équivalent est alors le suivant : H iH i L v U E On peut alors écrire : U = E + L. di dt D’où di = U − E > 0 dt L donc i est croissant dans cette phase. On intègre : i = U − E .t + A L Or à t = 0 , i = Imin Donc, pour - donc A = Imin U− E 0 < t < αT : i = L .t + I min αT < t < T : H est ouvert et D passante. Le schéma équivalent est alors le suivant : i L iD v E On peut alors écrire : v = E + L. di = 0 dt D’où di = − E < 0 dt L donc i est décroissant dans cette phase. On intègre : i = − E .t + B L E E Or à t = αT , i = I Max = − L .α T + B donc B = I Max + L .α T D’où i = − − E t + E α T + I Max L L 5 Terminale Génie Électrotechnique Donc, pour Chapitre 6 E αT < t < T : i = − L (t − α T)+ I Max 7. Tension moyenne aux bornes de la charge Que la charge soit résistive ou inductive, cela ne change pas la forme de la tension v(t), sa valeur moyenne ne change donc pas, on a donc : < v > α U= Rem : Si on écrit la loi d’Ohm aux bornes de la charge, on a : v = E + L. di dt < v > E = =α U Soit en valeurs moyennes 8. Ondulation du courant dans la charge On définira l’ondulation comme suit : ∆ i = I Max − I min 2 Cherchons son expression en fonction des grandeurs du montage : Quand i augmente, on a i = U − E .t + I min L A l’instant t = αT, on a i = I Max = U − E .α T + I min L I Max − I min = U − E .α T L ∆ i = U − E .α T 2L 1 Or, dans le cadre de la remarque du 3., on a vu que E = αU, d’où (avec f = T ): ∆ i= α (1− α )U 2Lf Rem : ∆i est maximale pour α = ½. 6 Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 6 9. Valeurs moyennes des courants - Courant dans la charge : < i > I= M ax+ I m in 2 . Si R est négligée, alors . Si R n’est pas négligée, alors : v = E + Ri + L. di dt d’où - < v > =E + R < i > donc < i > <= v > − E = α U − E R R Courants dans les interrupteurs : < iD > (1=− α )< i > < iH > α < =i > 7