TP - morissonphysique

Chapitre 07 : Hacheur série Partie 6.1 du programme officiel

Cours

I- Principe du hacheur
1/ Rapport cyclique (Duty) (
(= tH/T avec tH la durée de l'état haut et T la période.

Mesurer le rapport cyclique.

(= tH/T = 0,76/1,92 = 0,40
Le rapport cyclique est la proportion de la durée de l'état haut par
rapport à la période.



2/ Applications
a) Montage :






Cet interrupteur H permet de hacher la tension continue Ubat
H consomme peu d'énergie comparé au moteur


b) On fait varier le rapport cyclique.
Que se passe-t-il ?
Quel est l'intérêt de ce montage ?

Faire varier le rapport cyclique permet de régler la vitesse du moteur : en
effet en changeant la durée de l'état haut, on change la durée de
conduction (pendant laquelle le moteur est soumis à une tension de12V), on
règle ainsi la valeur moyenne de la tension du moteur.


c) Autres applications : citer d'autres applications (faire une recherche
sur Internet)

L'alimentation à découpage utilise aussi le hacheur...


3/ Symbole fonctionnel








Le hacheur convertit une tension continue fixe en une tension créneau de
valeur moyenne réglable. Sous certaines conditions on peut rendre cette
tension continue ou rendre l'intensité continue.
II- Hacheur sur charge résistive
Ubat=12V. La charge est une résistance de 1k(.
On prend un rapport cyclique de uC égale à 0,67.

1/ Chronogrammes
Représenter vH , uC, iC et i en concordance de temps. Indiquer l'état de H.
















Indiquer les phases de conduction de l'interrupteur (ouvert ou fermé) sur
le graphique.
Quelle est la relation entre uC et iC ? La conduction de la charge est-elle
interrompue ?

Loi d'Ohm : uC=RiC (uC et iC sont proportionnelles), donc l'allure de
l'intensité est la même que celle de la tension. La conduction de la charge
est donc interrompue, c'est-à-dire que le courant est nul pendant une
certaine durée de la période.


2/ Moyenne de uC :
Comment mesurer la valeur moyenne de uC ? Préciser le mode utilisé.

On branche un voltmètre quelconque en dérivation en mode continu (DC).


Montrer que = (Ubat (rappel : moyenne=Aire algébrique entre la courbe
et l'axe du temps/période).
Calculer la valeur.
Par définition : =Aire/T=Ubat tH/T, or (= tH/T donc tH =(T et
Aire=Ubat((T ( = Ubat((T/T
( = Ubat((= 8V



3/ Valeur efficace de uC : UC
Comment mesurer la valeur efficace de uC ? Préciser le mode utilisé.

On branche un voltmètre TRMS en dérivation en mode alternatif+continu
(AC+DC).

Vérifier avec l'application numérique que UC= Ubat = 9,8V

4/ Intensité de la charge
Exprimer iC, en déduire IC et en fonction de (, Ubat et R.

iC=uC/R ( IC=UC/R =Ubat/R=9,8mA ( =/R = (Ubat/R=8mA

III- Hacheur sur charge inductive
Le hacheur permet de faire varier la vitesse d'un moteur à courant
continu : ce moteur est équivalent à une bobine en série avec une
résistance et une source de tension induite E : voir exercices.
Un relais alimenté par un hacheur est équivalent à une bobine en série avec
une résistance : pour disposer facilement des signaux, on étudiera ce
dispositif en remplaçant, dans l'étude du montage, le relais par une
résistance R=1k( en série avec une bobine supposée parfaite d'inductance
L=150mH. f=7kHz.

1/ Diode de « roue libre »
Que se passe-t-il lorsqu'on ouvre un circuit inductif ?

Une forte surtension se crée aux bornes de l'interrupteur.

Que se passe-t-il lorsqu'on ouvre l'interrupteur H ?

Le courant est coupé.

En déduire le rôle de la diode dite de « roue libre ».

La diode prend le relais afin que le courant continue à passer dans la
bobine. Cela permet d'éviter de griller le transistor de H.


2/ Chronogrammes
Représenter, ci-contre, uC, iC en concordance de temps.
Calculer le rapport cyclique :

Le rapport cyclique est réglé à 0,67.

Construire i et iD en concordance de temps.
La conduction est-elle interrompue dans la charge ? Justifier.

La conduction est ininterrompue dans la charge car le courant ne s'annule
jamais


3/ Valeurs moyennes
Exprimer et calculer la moyenne de uC et la moyenne de iC.
Comment vérifier par la mesure ?

= (Ubat = 8V
=(Icmax+Icmin)/2= 8mA (ou par lecture graphique)


Donner l'expression de la tension de la bobine uL en fonction de uR et uC,
puis en fonction de uC, R et iC.

Loi des mailles : uC-uR(uL=0 ( uL= uC-RiC (loi d'Ohm)


Construire alors la représentation de uL(t).
Donner .

=0 car uL(t) est alternative (l'aire de la partie positive est égal à
l'aire de la partie négative durant une période).

4/ Ondulation
a) Définition de l'ondulation du courant : (iC=(Icmax(Icmin)/2
Mesurer l'ondulation.

(iC=(Icmax(Icmin)/2=(9-7)/2=1mA


b) Lissage de l'intensité
On remplace la bobine par une bobine de 300mH.
Mesurer l'ondulation. Quel est l'intérêt d'ajouter une bobine en série ?


(iC=(Icmax(Icmin)/2=(8,5-7,5)/2=0,5mA
La bobine permet donc de lisser l'intensité c'est-à-dire de diminuer
l'ondulation.

On revient à 150mH mais on double la valeur de la fréquence : augmenter la
fréquence permet également de réduire l'ondulation.

(iC=(Icmax(Icmin)/2=(8,5-7,5)/2=0,5mA
Augmenter la fréquence permet donc également de réduire l'ondulation.


c) Filtrage de la tension
D'après le cours sur le redressement de première, quel est l'intérêt de
placer un condensateur en parallèle avec la charge ?

Le condensateur s'oppose aux variations brusques de tensions donc il sert à
filtrer la tension afin qu'elle se rapproche le plus possible du continu.


5/ Autre présentation du circuit (plus utilisée en électronique)
Donner les indications des composants sur le schéma.







6/ Pont en H (source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_en_H) Compléter le
tableau.
|[pic] [pic] |S1 |
| |S2 |
| |S3 |
| |S4 |
| |Résultat |
| | |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |Aucune tension aux bornes de la |
| |charge. |
| | |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |Courant positif à travers la charge. |
| | |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |Courant négatif à travers la charge. |
| | |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |Charge court-circuitée. |
| | |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |[pic] |
| |Charge court-circuitée. |
| | |


Des diodes sont inclues dans les interrupteurs pour les phases de roue
libre la cathode est en plus et l'anode en moins.
Hacheur série sur charge inductive

Compléter les courbes ci-dessous et calculer les valeurs moyenne et
efficace de la tension de la charge.














Exercices Hacheur série de tension
Exercice 1
[pic]
E = 140 V Re = 50 ( (=0,6
H est fermé entre t = 0 et t = (.T ; H est ouvert entre t = (.T et t = T,
avec T la période de hachage.
On suppose les composants parfaits et le courant ie continu.
1/ Représenter l'allure ci-contre de ue (t) et de iD(t).

2/ Calculer la valeur moyenne, , de ue (t)




3/ a) Exprimer ue(t) en fonction de Re, Le et ie (t)





b) En déduire l'expression de en fonction de Re et de ie.





c) Calculer alors




Exercice 2
U=24V ; R=0,8(
1/ Quel est l'intérêt du montage ?







2/ Quel composant permet de réaliser H ?




3/ Calculer le rapport cyclique (.






4/ Représenter, ci-contre, iC(t), iD(t), uC(t) en concordance de temps et
avec les valeurs remarquables.

5/ a) Exprimer en fonction de ( et U. Calculer .





b) Comment mesurer cette tension moyenne ?




6/ Comment mesurer la tension efficace de la ch