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Ch12 Le hacheur série ( le hacheur dévolteur ) 1.Un interrupteur électronique : le transistor 1.1 Symbole, convention et relations Deux types de transistors.

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1 Ch12 Le hacheur série ( le hacheur dévolteur ) 1.Un interrupteur électronique : le transistor 1.1 Symbole, convention et relations Deux types de transistors : C C B B E E Transistor NPN Transistor PNP La flèche indique le sens du courant passant de la jonction « émetteur-base ». I C C I C C B I B U CE B I B U CE U BE I E U BE I E E E Transistor NPN Transistor PNP

2 Toutes les grandeurs sont : - positives pour le transistor NPN; - négatives pour le transistor PNP. Loi des nœuds : I E = I B + I C. Le courant I C est proportionnel au courant I B : I C = βI B β est le coefficient ( ici un nombre sans unité )damplification en courant. I E = I B + I C = I B + βI B = ( 1 + β )I B. 1.2 Fonctionnement en commutation On va considérer que lorsque le transistor est conducteur ( I B 0 ), la tension U CE est nulle. Ici le transistor ne peut être que bloqué ( I C = 0 ) ou saturé ( U CE = 0 et I C 0 ).

3 État bloqué : I B = 0 donc I C = 0 et I E = 0; U CE 0. Le transistor est considéré comme un interrupteur ouvert. E C État saturé : U CE = 0 et | I B | | I Bsat | = | |. E C Le transistor est comme un interrupteur fermé. Le courant I B dans la base commande la fermeture ou louverture du transistor. 1.3 Fonctionnement avec une charge inductive. Diode de roue libre. i L R i B i C D RL i D E i E

4 Loi des nœuds : i = i C + i D u L : tension aux bornes de la bobine. u L = Si on annule brutalement le courant i, on a di 0 Existence dune surtension aux bornes du transistor pouvant le détruire. On place alors en parallèle une diode dite « diode de roue libre » pour éviter cette surtension. Pour un transistor saturé en régime établi : i C = i et i D =. Si transistor bloqué : i C = et i D = Selon la valeur de L, le courant progressivement sannuler ou demeurer sensiblement constant.

5 2. Définition et symbole du hacheur Un hacheur est un convertisseur « continu-continu ». A lentrée du hacheur, on a une tension dalimentation constante, par exemple E. Aux bornes de la charge alimentée par un hacheur, on a une tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable. Symbole : 3. Principe du hacheur 3.1 Cas dune charge résistive is H i u H E R u

6 Source de tension continue fixe : E > 0. Loi des mailles : E = u + u H Loi dOhm : u = Ri La tension u est une tension aux bornes de la charge de valeur moyenne réglable. 3.2 Rapport cyclique, fonctionnement du hacheur et valeur moyenne de la tension u Linterrupteur H souvre et se ferme périodiquement avec une fréquence f. tf : durée de fermeture de H. to : durée douverture de H. to + tf = T ( T période de fonctionnement du hacheur ) T = On pose : α = ; α est le rapport cyclique : 0 α 1 u On a : tf = α T ; to = T - α T E 0 t uH α T T 0 α T T t

7 0 t αT : H fermé ; u H = 0 u = E = Ri i = is = αT t T : H ouvert is = i = 0 ; u = Ri = 0 et u H = E. Calcul de la valeur moyenne de u : = en fonction de α E 0 1 α Le hacheur série apparaît comme un abaisseur de tension hacheur dévolteur. Pour une charge résistive R, le courant i est unidirectionnel et interrompu : i 0 i =

8 4. Etude du hacheur série sur une charge inductive ( R,L E ) 4.1 Fonctionnement à courant i constant La bobine L lisse le courant et pour L de valeur suffisante, le courant i est constant. is H i uL i D uR R E u u D D RL E' is + i D = i et i = = I = cte 0 < t < αt ; H fermé : u H = 0 ; u D = -E et i D = 0.

9 Loi des mailles : u = E' + Ri + L = E αT t T ; H ouvert. À louverture de H, D RL devient conducteur : u D = 0 u = 0 et u H = E i D = i = I ; u = E' + Ri + L = 0 u E 0 αT T t u H 0 αT T t i I is i D

10 Valeur de I : = α E et = E' + RI + 0 α E = E' + RI et I = 4.2 Ondulation de i On travaille en régime établi. u ( en V ) 0 αT T t i( en A ) Imax Imin H ouvert H fermé = Application : Moteur à courant continu ( Moteurs des rames de métro ) Ω ( rad/s ) =


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