Le hacheur série I Introduction : Les hacheurs sont des convertisseurs statiques continu-continu Ils permettent, à partir d'une tension
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Cours de Ph 2- Principe du hacheur série (abaisseur de tension) 3- Application La charge du hacheur est ici l'induit d'un moteur à courant continu
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Le hacheur série est un convertisseur statique réglant le transfert d'énergie entre une générateur de tension continue est une source de courant continu V CC i u
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Le hacheur serie est, équivalent à un transformateur non réversible à courant continu de rapport de transformation α avec α ≤1 II-2-4- Ondulation du courant Il
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Le hacheur série I Introduction : Les hacheurs sont des convertisseurs statiques continu-continu Ils permettent, à partir d'une tension
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CI3 : Chaînes d'énergie DISTRIBUTION DC/DC : LE HACHEUR COURS Ce hacheur est appelé hacheur série car l'interrupteur K1 est placé en série avec le
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2° Hacheur série (Buck) 3° Deux quadrants 6° Hacheur parallèle (Boost) http://e-mecatronique bretagne ens-cachan fr/course/view php?id=35 http:// www electron cndp fr/documents/Ressources/Contributions/alimdec/mod_vorp pdf
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Titre : hacheur série débitant sur une charge RL Schémas : Matériel : TP Cours Niveau : terminale Durée : 2h Objectifs : observer les caractéristiques et les
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Les hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de Comparaison du hacheur série avec le montage potentiométrique Ce type de fonctionnement étant peu utilisé, il ne sera pas développé dans ce cours 4
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Dans le cadre de ce cours, on se limitera aux transformations continu-continu Le hacheur série connecte une source de tension sur une charge à
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Hacheur dévolteur (ou série) Ce nom est lié au fait que la tension moyenne de sortie est inférieure à celle de l'entrée Il comporte un interrupteur à amorçage et
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Le hacheur série.
I Introduction :
Les hacheurs sont des convertisseurs statiques continu-continu. Ils permettent, à partir d"une tension
continue fixe, d"obtenir une tension continue de valeur différente.Son symbole est :
II Principe de fonctionnement du hacheur série :II.1 Présentation :
L"interrupteur H est en fait un transistor qui fonctionne en régime de commutation c"est-à-dire qu"il se
comporte soit comme un interrupteur fermé, soit comme un interrupteur ouvert. On commande le transistor par
son courant de base i B.Le fonctionnement
(voir http://fisik.free.fr/ressources/hacheurserie.swf ): L"interrupteur H s"ouvre et se ferme périodiquement.On appelle T cette période et
f=1 Tla fréquence de hachage. La durée pendant laquelle l"interrupteur H est fermé s"appelle t F.On définit le rapport cyclique α par :
=tFTavec 0 1.
On peut ainsi écrire que t
F = α.T
Yannick MOREL Le hacheur série Page 1/6
Le montage est composé
d"une source de tension continue fixe E, d"un interrupteur unidirectionnel H et d"une charge. EH u H uCCHARGE
i uH C BEIB = 0
uH = ELorsque iB = 0 , le transistor est bloqué ; il
se comporte comme un interrupteur ouvert et dans ce cas, la tension uH = E.
Lorsque iB est suffisamment important (courant
de saturation), iB = iB SAT , le transistor est saturé ;
il se comporte comme un interrupteur fermé et dans ce cas, la tension uH = 0.
uH C BEIB = iB SAT
uH = 0 II.2 Analyse du fonctionnement du hacheur série : Pour 0 ttF, l"interrupteur H est fermé. et pour ?TtTOscillogrammes :
Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge : ?uC?=?E.On mesure la tension moyenne C> avec un voltmètre numérique position DC ou Remarque
: La tension moyenne ne dépend pas de la fréquence de hachage f. Yannick MOREL Le hacheur série Page 2/6
EH u HB = 0
u C = E CHARGE
i EH u HB = E
u C = 0 CHARGE
i uC [V] u H [V]t [s]
t [s]E E H fermé H ferméH ouvertH ouvert
0 αT αT T T 0 III Fonctionnement du hacheur série alimentant une charge R,L, E" : III.1 Montage :
III.2 Observation des différentes tensions et intensités dans le montage : Yannick MOREL Le hacheur série Page 3/6
L"interrupteur H est représenté par son symbole normalisé. D est une diode de roue libre.
L permet de lisser le courant i. On considère que la fréquence de hachage f est suffisamment importante pour considérer que i est de forme triangulaire. Le moteur à courant continu est modélisé par sa f.é.m. E" en série avec sa résistance R. E H u HR E" i u C uL uM R.i uD D iS L t [s] t [s] t [s] t [s] t [s]u C [V] u H [V] αTT
E i [A] I MAX Imin αTT
αTT
αTT
αTT
IMAX Imin IMAX Imin H fermé H ouvertH fermé
D ouvert D fermé D ouvert
0 0 0 E i S [A] i D [A] iD Analyse du fonctionnement :
Pour 0 tT, l"interrupteur H est fermé. la diode D est bloquée (interrupteur ouvert). Équation de fonctionnement :
uC=uLuM=E avec uL=L?didtet uM=R.IE"soit : uC=E=L?didtR.iE" Pour ?TtT,
l"interrupteur H est ouvert. La diode D est passante (interrupteur fermé).
Équation de fonctionnement :
u C=uLuM=0soit
uC=0 =L?didtR.iE" E H u HR E" i u C uL uM R.i uD D iS L iD E H u HR E" i u C uL uM R.i uD D iS L iD III.3 Grandeurs caractéristiques :
Tension moyenne aux bornes de la charge :
u C=L?didtR.iE"d"où ?uC?=?L?didt??R.i??E"? or, on sait que ?L?didt?=0 et que la f.c.é.m E" est constante alors ?E"?=E" et que ?R.i?=R?i?. d"où : ?uC?=R.?i?E"=E avec 0 1 Remarque : Pour un moteur à courant continu, la résistance R est souvent négligeable ainsi que R.?i?. La
relation devient alors : E" continu à excitation constante (flux constant), il suffit de faire varier la rapport cyclique α pour faire varier la
vitesse de rotation n du moteur. Tension efficace aux bornes de la charge :
On montre que la tension efficace aux bornes de la charge a pour expression UC=?E.
Intensité moyenne traversant la charge :
Lorsque l"intensité i est de forme triangulaire, l"expression de l"intensité moyenne est : ?i?=IMAXImin 2 On mesure l"intensité moyenne avec un ampèremètre numérique en position DC ou Si l"intensité est parfaitement lissée ( droite ) , l"intensité moyenne est égale à l"intensité efficace I.
La diode D permet, lorsque l"interrupteur H est ouvert, à la bobine de libérer l"énergie emmagasinée et
ainsi, d"éviter qu"il ne se produise des surtensions aux bornes de l"interrupteur H. Intérêt d"utiliser un hacheur série :
Le hacheur série permet de faire varier la vitesse de rotation des moteurs à courant continu. Yannick MOREL Le hacheur série Page 4/6
IV Exercices :
IV.1 Exercice n°1 :
Un hacheur série alimente un moteur à courant continu. On utilise un oscilloscope bi-courbes dont les
deux voies sont branchées comme indiqué sur le schéma ci-dessous. La résistance r a pour valeur 1 Ω.
L"oscillogramme est représenté ci-dessous :
7- Déterminer la valeur de I
MAX : ..................................................................................................................
8- Déterminer la valeur de I
min : ....................................................................................................................
9- En déduire la valeur du courant moyen :
10- Établir l"expression de l"équation de fonctionnement de la charge (on négligera la tension r.i ) et en déduire
l"expression de C> en fonction de R, et E" :
Remarque
: La tension moyenneYannick MOREL Le hacheur série Page 2/6
EH uHB = 0
u C = ECHARGE
i EH uHB = E
u C = 0CHARGE
i uC [V] uH [V]t [s]
t [s]E EH fermé H ferméH ouvertH ouvert
0 αT αT T T 0 III Fonctionnement du hacheur série alimentant une charge R,L, E" :III.1 Montage :
III.2 Observation des différentes tensions et intensités dans le montage :Yannick MOREL Le hacheur série Page 3/6
L"interrupteur H est représenté par son symbole normalisé.D est une diode de roue libre.
L permet de lisser le courant i. On considère que la fréquence de hachage f est suffisamment importante pour considérer que i est de forme triangulaire. Le moteur à courant continu est modélisé par sa f.é.m. E" en série avec sa résistance R. E H u HR E" i u C uL uM R.i uD D iS L t [s] t [s] t [s] t [s] t [s]u C [V] u H [V]αTT
E i [A] I MAX IminαTT
αTT
αTT
αTT
IMAX Imin IMAX IminH fermé H ouvertH fermé
D ouvert D fermé D ouvert
0 0 0 E i S [A] i D [A] iDAnalyse du fonctionnement :
Pour 0 tT, l"interrupteur H est fermé. la diode D est bloquée (interrupteur ouvert).Équation de fonctionnement :
uC=uLuM=E avec uL=L?didtet uM=R.IE"soit : uC=E=L?didtR.iE"Pour ?TtT,
l"interrupteur H est ouvert.La diode D est passante (interrupteur fermé).
Équation de fonctionnement :
uC=uLuM=0soit
uC=0 =L?didtR.iE" E H u HR E" i u C uL uM R.i uD D iS L iD E H u HR E" i u C uL uM R.i uD D iS L iDIII.3 Grandeurs caractéristiques :
Tension moyenne aux bornes de la charge :
u C=L?didtR.iE"d"où ?uC?=?L?didt??R.i??E"? or, on sait que ?L?didt?=0 et que la f.c.é.m E" est constante alors ?E"?=E" et que ?R.i?=R?i?. d"où : ?uC?=R.?i?E"=E avec 0 1 Remarque : Pour un moteur à courant continu, la résistance R est souvent négligeable ainsi que R.?i?. La
relation devient alors : E"continu à excitation constante (flux constant), il suffit de faire varier la rapport cyclique α pour faire varier la
vitesse de rotation n du moteur.Tension efficace aux bornes de la charge :
On montre que la tension efficace aux bornes de la charge a pour expressionUC=?E.
Intensité moyenne traversant la charge :
Lorsque l"intensité i est de forme triangulaire, l"expression de l"intensité moyenne est : ?i?=IMAXImin 2 On mesure l"intensité moyenne avec un ampèremètre numérique en position DC ouSi l"intensité est parfaitement lissée ( droite ) , l"intensité moyenne est égale à l"intensité efficace I.
La diode D permet, lorsque l"interrupteur H est ouvert, à la bobine de libérer l"énergie emmagasinée et
ainsi, d"éviter qu"il ne se produise des surtensions aux bornes de l"interrupteur H.Intérêt d"utiliser un hacheur série :
Le hacheur série permet de faire varier la vitesse de rotation des moteurs à courant continu.Yannick MOREL Le hacheur série Page 4/6
IV Exercices :
IV.1 Exercice n°1 :
Un hacheur série alimente un moteur à courant continu. On utilise un oscilloscope bi-courbes dont les
deux voies sont branchées comme indiqué sur le schéma ci-dessous. La résistance r a pour valeur 1 Ω.
L"oscillogramme est représenté ci-dessous :
7- Déterminer la valeur de I
MAX : ..................................................................................................................
8- Déterminer la valeur de I
min : ....................................................................................................................
9- En déduire la valeur du courant moyen :
10- Établir l"expression de l"équation de fonctionnement de la charge (on négligera la tension r.i ) et en déduire
l"expression de C> en fonction de R, et E" :11- Pour le moteur à courant continu considéré, on considère que R = 0. En déduire l"expression de E" en
fonction du rapport cyclique et de la f.e.m E et en déduire la valeur de E".12- On admet que pour ce moteur, E" = k.n. L"oscillogramme a été relevé pour une vitesse n = 1200 tr/min.
Déterminer la valeur de k et préciser son unité.13- On désire maintenant que la vitesse de rotation du moteur soit de n = 1600 tr/min. Calculer la nouvelle
valeur de E" . .......................................................................................................................................................