Ils en découle deux types de hacheurs: ♦ Les hacheurs à liaison directe ne permettent la commande du transfert d’énergie qu’entre sources de nature différentes, l’une de courant, l’autre de tension. ♦ Les hacheurs à liaison indirectes qui imposent un étage intermédiaire de stockage ayant une nature différente de celles des sources.

Etude du hacheur série (hacheur dévolteur ou abaisseur )

Etude des tensions : L’interrupteur Tr est commandé périodiquement sur une période T. De 0 à αT : Tr est saturé ⇒ UTr = 0, UD = - E et Uc = E De αT à T : Tr est bloqué ⇒ la diode D conduit ⇒ UD = 0, UTr = E et Uc = 0 Valeur moyenne de UC. Uc < E : le hacheur est abaisseur

La loi des mailles aux bornes de la charge donne : Rc est négligeable, On obtient La valeur moyenne de la tension aux bornes d’une bobine étant nulle, il vient Si le flux est constant : K n = α E d’où l’expression de la fréquence de rotation n du moteur est : Intérêt du hacheur : on peut faire varier la vitesse de rotation du moteur en réglant le rapport cyclique.

Etude des courants De 0 à αT : Tr est saturé ⇒ Uc = E. La diode D est bloquée : ic = iH : L’inductance se charge. iD = 0 De αT à T : Tr est bloqué ⇒ Uc = 0. l’inductance se décharge à travers la diode D qui conduit. iH = 0 ic = iD

Intensité moyenne des courants Ondulation du courant L’ondulation est maximum pour

Pour diminuer l’ondulation du courant iC, il faut augmenter la valeur de LC ou augmenter la fréquence de hachage ; elle est indépendante de la charge. Courant moyen

Etude du hacheur parallèle (hacheur survolteur ou élévateur) Le hacheur est en parallèle sur la source. Le générateur d’entré est de type inductif (source de courant), le récepteur est de nature capacitive (source de tension) . La diode D empêche tout retour de courant ver la source. C est suffisamment grande pour que U soit considérée constante et égale à sa valeur moyenne.

Tension moyenne : Courant moyen : Conservation de puissance et Ondulation du courant :

hacheur réversible en courant

Le générateur de tension d’alimentation doit être réversible en courant : batterie d’accumulateur, redresseur avec un condensateur en parallèle. Le récepteur doit être réversible en courant mais pas en tension : moteur à courant continu tournant dans un seul sens de rotation par exemple. La commande des interrupteurs électronique Th1 et Th2 permet de faire fonctionner le hacheur suivant trois types de fonctionnement : En hacheur série : Th2 est toujours ouvert. Th1 est fermer de 0 à αT, ouvert de αT à T. Le transfert d’énergie s’effectue de la source vers la source (fonctionnement moteur). En hacheur parallèle : Th1 est toujours ouvert . Th2 est fermé de 0 à αT, ouvert de αT à T. Le transfert d’énergie s’effectue de la charge vers la source (freinage par récupération). Réversibilité en courant : Th1 et Th2 sont commandés de façon complémentaire sur une période T : Th1 est fermé de 0 à αT, Th2 est fermé de αT à T.

hacheur réversible en tension Ce hacheur permet un fonctionnent de la machine à courant continu, soit en moteur soit en génératrice, sans changement de sens de rotation mais avec inversion du couple. On dit que la machine fonctionne dans deux quadrants. Le calcul de l’ondulation du courant se fait suivant la même méthode que pour le hacheur série. hacheur réversible en tension La structure du générateur et du récepteur est identique à la précédente. En hacheur série : Th2 est toujours ouvert. Th1 est fermer de 0 à αT, ouvert de αT à T. Le transfert d’énergie s’effectue de la source vers la source (fonctionnement moteur).

En hacheur parallèle : Th1 est toujours fermé En hacheur parallèle : Th1 est toujours fermé . Th2 est fermé de 0 à αT, ouvert de αT à T. Le transfert d’énergie s’effectue de la charge vers la source (freinage par récupération). Réversibilité en tension : Th1 et Th2 sont commandés simultanément, avec le même rapport cyclique α: Lorsque Th1 et Th2 sont fermés, D1 et D2 sont bloquées et inversement.

Tension moyenne : α <0.5 : Le transfert d’énergie s’effectue de la charge vers la source (U’moy<0) α > 0.5 : Le transfert d’énergie s’effectue de la source vers la charge (U’moy>0) Conséquence : En réglant le rapport cyclique α le hacheur réversible en tension permet de récupérer l’énergie par inversion de sens de rotation de la machine à courant continue sans inverser le signe de couple.

hacheur réversible en courant et en tension Le générateur doit être réversible en courant et la charge doit être réversible en courant et en tension. Pour cela, le hacheur 4 quadrants est constitué de deux blocs « hacher série » et de deux blocs « hacheur parallèle ».

Les possibilités de fonctionnement d’un ensemble convertisseur-moteur-machine entraîné sont représentés sur la figure ci dessus. Quadrant 1 : la machine fonctionne en moteur dans un sens de rotation et dans une phase d’accélération. Quadrant 2 : la machine fonctionne en génératrice dans un sens de rotation et dans une phase de freinage. Quadrant 3 : la machine fonctionne en moteur dans le sens de rotation inverse du quadrant 1 et dans une phase d’accélération. Quadrant 4 : la machine fonctionne en génératrice dans le sens de rotation inverse du quadrant1 et dans une phase de freinage.

Hacheur à stockage inductif Lorsque le hacheur est monté entre un générateur de tension est un récepteur de tension, l’élément de stockage doit être une inductance. celle ci joue le rôle d’une source de courant relier à l’entrée (phase de charge) ou a la sortie (phase de décharge). Les deux interrupteurs doivent être complémentaires pour ne pas mettre en court circuit les deux sources de tension et pour ne pas laisser l’inductance (source de courant) en circuit ouvert.

Hacheur à stockage capacitif Lorsque le hacheur est monté entre un générateur de courant est un récepteur de courant, l’élément d’accumulation doit être une capacité. celle ci joue le rôle d’une source de tension intermédiaire Les deux interrupteurs doivent être complémentaires pour éviter qu’une source de courant soit mise en circuit ouvert et pour éviter que la capacité, qui joue le rôle de source intermédiaire de tension, soit mise en court-circuit.

TRAVAUX DIRIGES EXERCICE N°1 : On désire commander par l’intermédiaire d’un hacheur dévolteur à transistor, comme le montre la figure suivante, un moteur à courant continu. En fonctionnement périodique de période T, Tr est commandé à la fermeture pour 0 ≤ t ≤ αT, et n’est pas commandé pour αT ≤ t ≤ T, 0 ≤ α ≤ 1. α, le rapport cyclique, est réglé par la commande.

La charge est constituée par l’induit d’une machine à courant continue, compensée, à excitation indépendante et à courant d’excitation j constant. sa résistance interne est supposée nulle. sa force contre électromotrice E = K N avec N étant la vitesse de rotation du moteur en rd/s. Il développe un couple Te = K Imoy en N.m. On donne K = 0,955 V S / rd. U est une tension continue constante, U = 200 V. La fréquence de hachage f = 1 KHz Le moteur fonctionne dans des conditions telles que ic(t) est continu. 1- Analyser le fonctionnement du hacheur sur une période T et représenter sur le même graphe l’allure de UTr (t) et de UC(t). 2- Exprimer la tension E en fonction de U et α. 3- Calculer α pour obtenir des vitesses de 1000 et 1500 tr/min. 4- Donner l’expression de iC(t) pour 0 ≤ t ≤ αT. On posera i (0) = Im. 5- Donner l’expression de iC(t) pour αT ≤ t ≤ T. On posera i (αT ) = IM. 6- Donner l’expression de l’ondulation du courant Δi. et montrer que pour U, L et T fixés, Δi passe par un maximum pour une valeur de α que l’on précisera. 7- Calculer L pour Δimax = 4A. Représenter iC(t) à 1500 tr/min pour le couple Te = 4,8 Nm et pour les valeurs de U, f et L précédentes. Echelle : 1cm ≡1 A et 0,1 ms.