Études des montages HACHEUR Sébastien GERGADIER Lycée Richelieu

Plan de la présentation Introduction et généralités Présentation application support Objectifs des montages Hacheurs Structure d’un variateur de vitesse pour MCC Le montage hacheur série à conversion directe Principe Valeurs moyenne et efficace de sortie Le montage hacheur parallèle à conversion directe Les montages hacheur à conversion indirecte

Introduction et généralités AGIR Montage Hacheur Énergie Électrique Continue Énergie Électrique Continue

PRESENTATION DU SUPPORT MACHINE DE CONDITIONNEMENT DE COMPRIMES

PRESENTATION DU SUPPORT ALIMENTER CONVERTIR TRANSMETTRE DISTRIBUER Alimentations électrique et pneumatique Remplir le flacon de comprimés ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Chaîne d’information Signalisation lumineuse : Balise Commandes utilisateur Chaîne d’énergie API Capteurs TOR Capteurs ultra son Boîtier de commande Moteurs CC Vérins Réducteurs Vibreur Convoyeur … Prise réseau + Prise pneumatique Flacon rempli du nombre de comprimés désiré et bouché Flacon vide sur palette avec un bouchon Contacteurs Variateur de vitesse Niveau trémie Présence palette Affichage production Ordres

Introduction et généralités Objectif : Obtenir une tension continue variable à partir d’une source continue fixe.

Introduction et généralités STRUCTURE INTERNE D’UN VARIATEUR POUR MCC CVS MCC

Introduction et généralités STRUCTURE ELECTRONIQUE D’UN VARIATEUR POUR MCC Montage Redresseur PD3 Filtre LC Montage Hacheur

Introduction et généralités Première possibilité : Montage diviseur de tension Si Id = 0, alors : Si Id ≠ 0, alors : Inconvénients : Relation qui dépend de Rc. Rendement très faible.

Introduction et généralités Le rendement est maximal pour : Soit pour α=0.5, on a : Donc 84% de la puissance fournie par la source est perdue par effet Joule, et n’est donc pas transmise à la charge. Montage jamais utilisé en électronique de puissance.

Introduction et généralités Seconde possibilité : Utilisation d’un convertisseur statique CVS On utilise un interrupteur à la place des résistances R1 et R2. Conséquences : Plus de puissance perdue par effet Joule (si K parfait) Circuit supplémentaire pour la commande de l’interrupteur

Introduction et généralités La commande de l’interrupteur K est périodique de période T. État de K 1 0 ton T temps On note α le rapport entre le temps de conduction ton par rapport à la période T. Deux possibilités : faire varier ton avec T constant faire varier T à ton constant.

Montage hacheur série Schéma de principe d’un hacheur série Charge homogène à une source de courant Machine à courant continu par exemple. 3 Phases possibles : K est fermé, donc ud = +U K est ouvert et id ≠ 0, donc ud = 0 K est ouvert et id = 0, donc ud = +Ec Conduction continue Conduction discontinue On suppose les interrupteurs parfaits.

Montage hacheur série En conduction continue (courant de charge ininterrompue) : Phase 1 : Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants qui a pour solution : Conditions initiales : soit Donc :

Montage hacheur série Phase 2 : Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants qui a pour solution : Conditions initiales : soit Donc :

Montage hacheur série Tension aux bornes de la charge Courant dans la charge Courant dans l’interrupteur Courant dans la diode

Montage hacheur série Phase 1 : Phase 2 : Expression des courants min et max : En t = αT : En t = T : Ondulation du courant dans la charge : Si T<<τ, on utilise un développement limité à l’ordre 1 de l’exponentielle en 0 : Cela revient à négliger la résistance Rc.

Montage hacheur série Ondulation maximale du courant dans la charge : Ondulation maximale pour : Soit pour :

Montage hacheur série Formes d’ondes de la tension et du courant en sortie : Valeur moyenne de la tension de sortie : Donc : On a aussi : Si on néglige la résistance Rc, on a de même : Comme la vitesse de rotation est proportionnelle à Ec, on peut régler celle-ci en agissant sur α.

On parle alors d’alimentation à découpage. Montage hacheur série Si on désire disposer d’une alimentation continue réglable, la source de sortie doit être considérée, vu de la charge, comme une source de tension. On parle alors d’alimentation à découpage. On peut placer un condensateur pour changer la nature de la source de sortie. U K D CHARGE C Filtre passe-bas L Or, en vertu des règles d’association des sources, il faut placer une inductance. On rappelle que tout signal x(t) est décomposable comme :

Montage hacheur série Dimensionnement du filtre LC : Conventions : L’inductance L se détermine comme pour une charge du type source de courant. L’impédance d’un condensateur de capacité C notée Zc s’exprime par : Donc, la composante continue (ω=0) du courant ne circule pas dans le condensateur.

Montage hacheur série Or : Donc :

Montage hacheur parallèle Schéma de principe d’un hacheur parallèle 3 Phases possibles : K est fermé, donc uK = 0 K est ouvert et il ≠ 0, donc uK = uD K est commandé et il =0, donc uK = U Conduction continue Conduction discontinue On suppose les interrupteurs parfaits. On suppose aussi que la capacité C est suffisamment élevée pour que uD(t)=constante=uD0

Montage hacheur parallèle Phase 1 : Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants. Condition initiale : Donc :

Montage hacheur parallèle Phase 2 : Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants. Condition initiale : Donc : Il faut que le courant diminue, il faut donc que :

Montage hacheur parallèle Formes d’ondes des signaux : Expression de la tension moyenne de sortie Ud0 : Soit : Donc : Si pas de pertes dans le CVS :

Montage hacheur parallèle En théorie, la valeur moyenne de la tension de sortie est infinie pour α=1, Mais en pratique elle est limitée, car l’étude à été menée avec des composants supposés parfaits. (voir TD) Dimensionnement de l’inductance l : Ondulation du courant dans la source ∆Il : Phase 1 : Phase 2 : Donc :

Montage hacheur parallèle Dimensionnement de la capacité du condensateur C : On tient compte désormais de l’ondulation de la tension ud(t). Cette ondulation est due à la composante alternative du courant dans la charge. Pour , on a : Donc, en t=αT, on a : Soit, en fait :

Montage à conversion indirecte VOIR TD