Physique TD no21 : Conversion électronique de puissance - Hacheur TD n˚21 - Conversion électronique de puissance - Hacheur 1 Directionnalité de deux
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Physique TD n
o21 : Conversion électronique de puissance - HacheurTD n°21 - Conversion électronique de
puissance - Hacheur1 Directionnalité de deux interrupteurs
On considère les deux interrupteurs commandés ci-dessous.i u a) a b i u b)a b Tracer leur caractéristique et préciser leur directionnalité en tension et en courant.2 Choix d"un hacheur adapté au fonctionnement d"un moteur
On désire alimenter un moteur de f.e.m.160Vet de résistance négligeable à l"aide d"une source
de f. e.m.400Vet d"un hacheur parfait.L"intensité moyenne dans le moteur doit être de50Aet l"ondulation crête à crête doit être
limitée à5A. 1.Quel type de hacheur doit-on choisir?
2. Sachant que le hacheur a une période de1ms, tracer le chronogramme de l"intensité dans la source et le moteur, et calculer : le courant moyen débité par la source, le rapport cyclique, l"inductance requise.3 Hacheur à stockage inductif
On considère le montage ci-dessous dans lequel on supposera que le courantiL(t)dans la bobine d"inductanceLest toujours positif. De plus, on considérera queU >0etU?>0dans tout le problème. UU'PSI - Année 2010/2011 1 Lycée Paul Eluard
Physique TD n
o21 : Conversion électronique de puissance - Hacheur 1. Montrer que la commande des deux interrupteurs doit être complémentaire (ni ouverts ni fermés tous les deux en même temps). 2.Identifier les interrupteurs à utiliser en traçant leur caractéristique courant-tension. Dans
toute la suite, l"interrupteur commandé est fermé sur[0,αT]et ouvert sur[αT,T]. 3. Tracer les formes d"onde des tensions aux bornes de la bobine et des deux interrupteurs. En déduire les formes d"onde des courants dans la bobine et dans les interrupteurs. 4. Calculer les valeurs moyennesIetI?des courantsi(t)eti?(t)en fonction de la valeur moyenneILdu courantiL(t)dans la bobine. 5. a)En déduire la valeur du rapport
I? I en fonction deα. Que peut-on dire du casα= 1? b) Dresser un bilan de puissance en calculant la puissance moyenne cédée par la source de tensionU, la puissance moyenne consommée par celle de tensionU?, et les puissances moyennes consommées par les interrupteurs et la bobine. 6. Quels interrupteurs faudrait-il choisir si le courantiL(t)dans la bobine pouvait devenir négatif?4 Alimentation à découpage
On ne s"intéresse qu"au fonctionnement périodique du hacheur ci-dessous (on nommeTla période).La structure envisagée correspond à celle des alimentations dites à découpage. La séquence
de commande des interrupteurs est la suivante :On considère connus :E= 50VetT= 50μs.
On suppose dans un premier temps que l"association de la résistanceRet du condensateurCen parallèle entourée en pointillés sur le schéma ci-dessus se comporte comme une source de
tensionU=E?idéale. On se place dans l"hypothèse où le courant dans la bobine d"inductanceLne s"annule jamais. 1. Déterminer les expressions deiL(t),iK(t)etiK?(t), intensités des courants dans la bobine Let les interrupteursKetK?, sur une période (on noteImetIMles valeurs minimale et maximale deiL).PSI - Année 2010/2011 2 Lycée Paul Eluard
Physique TD n
o21 : Conversion électronique de puissance - Hacheur 2.ReprésenteriL(t),iK(t)etiK?(t).
3. Déterminer, en fonction deEetα, la valeur deU=E?. 4. On règle la valeur deαà0,6. La puissance moyenne fournie par la source de tensionE est alorsP= 150W. On accepte une ondulation du courantΔiL=IM-ImmaximaleΔimax= 0.3Apour cette valeur deα= 0,6. a) Déterminer la valeur minimale de l"inductanceL. b) Pour la valeur deLtrouvée à la question précédente, déterminer les valeurs minimale I m, et maximaleIMdeiL. 5.Choix et caractéristiques des interrupteurs :
a) Tracer les portions de la caractéristique courant-tension décrites par chaque interrup- teur sur les intervalles[0,αT]d"une part et[αT,T]d"autre part. b) En déduire les fonctions de commutation, transistor ou diode, utilisables pour les interrupteursKetK?(les interrupteurs sont supposés idéaux). c) Que vaut la valeur moyenneV0de la tensionvKaux bornes de l"interrupteurK? 6. On se place à nouveau dans les conditions de la question 4 :α= 0,6etP= 150W. En réalité, la tensionUaux bornes de l"association de la résistanceRet de la capacitéCen parallèle n"est pas constante : c"est une fonction périodique qui présente une légère
ondulation. On suppose que cela ne modifie pratiquement pasiL,iKetiK?, qui conservent les mêmes formes que précédemment. a) Déterminer, littéralement et numériquement, les intensités moyennesIRetICdes courants dans la charge de résistanceRet dans le condensateur de capacitéCen fonction deα,PetE. b) Déterminer numériquement les valeurs moyennesPRetPCdes puissances dissipées dans la résistanceRet dans la capacitéC.