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1

BTS 1 Electrotechnique

SOUS SYSTEME: Hacheur série

Durée : 4

Séquences

Etude du hacheur série sur le moteur

à courant continu

Domaine électrotechnique :

- Mise en oeuvre d'un variateur de vitesse. - Mise en évidence de la solution d'asservissement de vitesse.

Domaine Physique appliquée :

- Mettre en oeuvre une association hacheur machine à courant continu. (procédure de démarrage et

réglage d'un point de fonctionnement) ; - Relever les formes d'ondes pour en déduire les intervalles de conduction. - Régler et mesurer un rapport cyclique ; - Mesurer les valeurs moyennes, l'ondulation du courant, et les puissances. - Identifier la nature du fonctionnement : réversibilité, sens du transfert de puissance. 2

Structure du TP

Caractéristique de fonctionnement d'un hacheur sur MCC

Action de la fréquence de hachage sur la

conduction continue et discontinue.

Action de la fréquence sur l'ondulation du

courant.

Mise en oeuvre du hacheur et relever de forme

d'onde à vide

Relation entre U moyen et le rapport cyclique

Mise en évidence de la nécessité de réaliser un asservissement de vitesse. Etude simplifiée d'une boucle de régulation. 3

Mise en situation :

La variation de vitesse est nécessaire dans de nombreuses applications. (Ascenseur, convoyeur, machine outils) Pour assurer la variation de vitesse, le convertisseur doit agir sur les grandeurs contrôlant la vitesse. Pour les machines à courant continu, on utilise des hacheurs qui réalisent des conversions continues- continues : Dans ce TP, nous allons étudier le comportement de ce hacheur et définir expérimentalement l'adoption d'une stratégie de régulation de vitesse pour le pilotage du moteur en charge variable.

1. Mise en oeuvre du hacheur série

On dispose d'un banc de test pédagogique permettant de réaliser différent type de hacheur. Le moteur utilisé comme charge fonctionne sous 24V DV. On dispose d'une alimentation DC variable 0-300V DC - 10A.

Le schéma à étudier est le suivant :

On désire relever les formes d'ondes u

M(t) et iM(t) aux bornes du moteur ainsi que

leurs valeurs moyenne et efficace. DC DC uD2 4

1.1. Dessiner le schéma de montage du dispositif permettant d'obtenir les

mesures désirées.

1.2. Placer le sélecteur de fonction sur Hacheur série.

1.3. La fréquence de pilotage est réglée au minimum.

1.4. Régler la tension DC de la source à U

DC 24V DC.

1.5. Mettre l'interrupteur du signal de commande sur interne et régler

avec le potentiomètre une vitesse de 2000 tr.min -1 lors de la mise sous tension.(Tension géné tachy = 4.53V)

1.6. Imprimer les oscillogrammes obtenus et interpréter les signaux à

l'aide du professeur.

1.7. Observer les formes d'ondes

et .

1.8. Placer les intervalles de conduction des interrupteurs statique IGBT1

et D2.

1.9. Rappeler ce qu'est une conduction continue ou discontinue.

1.10. Identifier le régime de fonctionnement de notre montage.

1.11. Augmenter la fréquence de pilotage du hacheur et réajuster la

vitesse à 1000 tr.min -1.

1.12. Identifier le nouveau régime de conduction du courant et imprimer

l'oscillogramme.

1.13. Sur les deux oscillogrammes, relever la fréquence mini et maxi du

hacheur.

2. Ondulation du courant

On va charger le moteur à courant continu avec le frein à courant de

Foucault.

Lors des essais, on chargera le moteur de manière à avoir un courant moyen de 2A pour une vitesse de 1000 tr.min -1 .

2.1. Mettre la fréquence minimum, et relever l'ondulation du courant

circulant dans le moteur.

2.2. Mettre la fréquence maximum et relever l'ondulation du courant

circulant dans le moteur.

2.3. Comparer les résultats obtenus.

5

3. Valeur moyenne et rapport cyclique.

Lors des essais, on fera fonctionner le moteur à vide avec une fréquence de pilotage maximale. Le rapport cyclique est le rapport entre le temps t1 de conduction de l'interrupteur statique IGBT1 sur la valeur de la période T.

Soit

3.1. Relever la courbe de la tension moyenne

M> en fonction de la

vitesse n en tr.min -1 et du rapport cyclique noté α.On utilisera la fiche

Excel fournie.

On donne la courbe théorique de la tension aux bornes du moteur.

3.2. Exprimer la valeur moyenne de

M> en fonction du rapport cyclique

α,E

0 et Vd.

3.3. Justifier alors les courbes obtenues en supperposant la courbe

pratique et théorique.

3.4. Exprimer alors la valeur moyenne

M> en fonction de Uc si Vd =

0V. Une fonction de transfert est un bloc permettant de passer d'une grandeur d'entrée " e » a une grandeur de sortie " s » tel que :

Avec s = H . e

L'ensemble Hacheur + moteur DC peut être mis sous la forme de deux fonctions de transfert H1 et H2. H e s uM E0 .0 t1 T t

H1 Uc H2 n

Vd 6

3.5. A l'aide de la courbe trouvée en 3.1. , déterminer la valeur de H2 en

utilisant la " loi H2 » de la fiche excel. On considère que de Uc = 0 à 10V, le rapport cyclique α évoluera de 0 à 1 , alors on peut écrire :

3.6. Déterminer la valeur de H1 en utilisant l'expression déterminée en

3.5

4. Etude de la régulation de vitesse.

4.1. Mettre le moteur à la vitesse de 1000 tr.min-1,et agir sur le frein en

amenant le courant moyen à 1A, 2A puis 3A.

4.2. Que constate t'on sur la vitesse de la machine ?

4.3. Replacer le frein de telle façon que le moteur consomme 2 A,que

faut 'il faire sur le potentiomètre pour retrouver la vitesse de

1000 tr.min

-1 ? Par conséquent,on va réaliser une boucle qui permet de comparer la consigne de vitesse à la consigne réelle de manière à adpater le signal présenté à la commande du hacheur pour maintenir la vitesse constante quelquesoit la charge demandée.

4.4. Exprimer n en fonction de Uc ( équation 1).

4.5. Exprimer Uc en fonction de Ucons et de Un.

4.6. En remplaçant Un par son expression en fonction de K et n,

Exprimer Uc en fonction de Ucons,k et n ( équation 2).

4.7. En combinant les équations 1 et 2, établir l'expression de la fonction

de transfert H correspondant au schéma bloc suivant :

4.8. Soit K=0.00453, réaliser l'application numérique donnant H.

4.9. Déterminer la valeur de U

cons pour que n=1000 tr.min-1.

4.10. Si le temps le permet , réaliser la boucle de régulation avec le

matériel mis à votre disposition.

H Ucons n

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