HACHEUR SERIE ? CHARGE RESISTIVE

LE HACHEUR SERIE - CHARGE Résistive
- 1 - Généralités :
Un hacheur est un convertisseur statique qui permet d'alimenter une charge
sous tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable à partir d'une
source de tension constante, avec un très bon rendement. - 2 - Rappels de cours :
- a - Pré requis : L'interrupteur électronique, H, est réalisé par un transistor ou un
thyristor. Un transistor est saturé lorsqu'un courant le traverse, il est
bloqué dans le cas contraire. Un thyristor est lui passant ou non passant.
Dans les deux cas, ils sont considérés comme parfaits. Lorsqu'ils laissent
passer un courant, ils sont assimilables à un fil, sinon, à un interrupteur
ouvert. Il est important de noter qu'un interrupteur fermé possède une
tension nulle à ses bornes, dans le cas contraire, c'est souvent la loi des
mailles qui permet d'en évaluer la tension.
- b - Montage : - c - Etude :
Lorsque H est fermé :
La tension aux bornes de la charge uc : ___________
La tension aux bornes de l'interrupteur uH : ___________
L'intensité du courant ic : ___________ Lorsque H est ouvert :
L'intensité du courant ic : ___________
La tension aux bornes de la charge uc : ___________
La tension aux bornes de l'interrupteur uH : ___________ - d - Courbes : uc est la tension aux bornes de la charge, exprimée en volts. uH est la tension aux bornes de l'interrupteur, exprimée en volts. ic est l'intensité du courant traversant la charge exprimée en ampères. Sachant que l'interrupteur est fermé entre 0 et t1 et ouvert sur le reste
de la période, compléter les courbes suivantes : [pic]
- e - Rapport cyclique :
Le rapport cyclique est le rapport entre le temps de conduction de
l'interrupteur, et, la période du signal, dans l'exemple proposé il s'agit
du rapport entre t1 et T. C'est un nombre sans dimension, noté ?, compris
entre 0 et 1. ? =[pic] [pic] Dans l'exemple proposé le rapport cyclique est : ? =
- f - Valeur moyenne de uc :
[pic] Pour calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge : [pic] = [pic]= ? Vo
Comment peut on faire varier la valeur moyenne de uc ?
Expliquer la conversion : continue fixe / continue réglable ?
Calculer la valeur moyenne de uc dans l'exemple proposé, paragraphe
précédent.
[pic] =
- g - Exercices d'application : Sachant que Vo est une tension fixée à 20 V et R une résistance de 10 ?,
1. Calculer la valeur moyenne de l'intensité du courant ic, si ? = 0,25. 2. Calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de l'interrupteur. 3. Calculer la valeur du rapport cyclique pour que [pic]= 0,8 A. 4. Quelles sont les valeurs extrêmes de [pic] ?
HACHEUR SERIE - CHARGE INDUCTIVE - a - Montage : [pic]
Le circuit est le même que précédemment avec en plus, en série avec la
résistance, une inductance L, et en parallèle avec ces deux éléments une
diode de roue libre. Cette diode, comme l'interrupteur électronique H, sera
considérée comme parfaite.
- b - Etude des tensions : Lorsque H est fermé :
[pic] La tension aux bornes de la charge uc : ___________
La tension aux bornes de l'interrupteur uH : ___________ Le courant dans la charge est le même que celui dans l'interrupteur
H. Lorsque H est ouvert : [pic]
La tension aux bornes de la charge uc : ___________
La tension aux bornes de l'interrupteur uH : ___________ Le courant dans la charge est le même que celui dans la diode D.
uc est la tension aux bornes de la charge, exprimée en volts. uH est la tension aux bornes de l'interrupteur, exprimée en volts. Sachant que l'interrupteur est fermé entre 0 et t1 et ouvert sur le reste
de la période, compléter les courbes suivantes :
[pic] - d - Valeur moyenne de uc : La tension aux bornes de la charge n'a pas changé, sa valeur moyenne se
calcule donc comme précédemment. [pic] - e - Etude des courants : ic est l'intensité du courant traversant la charge. [pic]
Lorsque H est fermé : L'intensité du courant dans la charge est la même que celle dans
l'interrupteur H. IH = ID =
Lorsque H est ouvert : L'intensité du courant dans la charge est la même que celle dans la
diode D. IH = ID = Compléter le document suivant : [pic] Pour calculer la valeur moyenne de l'intensité du courant dans la charge,
nous utiliserons le fait que l'intensité ic est portée par des segments de
droites, la valeur moyenne se calcule donc en prenant les deux extremums,
et en calculant directement la moyenne entre eux. [pic] Pour calculer la valeur moyenne du courant dans la diode et l'interrupteur
électronique, nous utiliserons la même méthode que pour calculer la valeur
moyenne de la tension aux bornes de la charge.
[pic] - f - Ondulation du courant : Nous nous plaçons dans le cas où la charge est réalisée par un moteur placé
en série avec une bobine. Nous négligeons la résistance interne du moteur. [pic]
[pic]
Entre 0 et t1 : L'intensité du courant passe de sa valeur minimale à sa valeur maximale.
La tension uc, aux bornes de la charge peut s 'exprimer de la façon
suivante : [pic] L'interrupteur est fermé sur cet intervalle de temps donc : uc = Vo [pic] La dérivée de ic par rapport au temps peut être remplacée par le rapport
entre la variation de l'intensité du courant sur ce segment et la variation
temporelle.
[pic] La valeur crête à crête ?ic est donc de la forme : [pic] Sachant que : ?t = t1=?T ; E = [pic]= ?Vo car [pic]= 0 ; f = T-1 :
[pic] Les variations de l'intensité du courant dans la charge sont donc
inversement proportionnelles à la valeur de l'inductance, ainsi qu'à la
valeur de la fréquence de hachage - g - Variation de fréquence de rotation d'un moteur à courant
continu : Un moteur à courant continu est placé en série avec une bobine de forte
inductance. La charge ainsi constituée, est traversée par un courant
d'intensité constante.
Le moteur est l'association en série d'une résistance et d'une f e m E,
liée à la fréquence de rotation du moteur par la relation : E = 0,2.n avec n en tr/min
[pic] Sachant que : R = 1 ? ; Ic = cte = 20 A ; Vo = 240 V
Nous pouvons étudier la tension aux bornes de la charge :
[pic]
La valeur moyenne de la tension aux bornes de l'inductance pure est nulle
donc :
[pic]
n = 1200.? -100 [pic] n = f (?) avec n en tr/min La courbe de n en fonction de ? ne peut être négative, c'est pourquoi la
fréquence de rotation reste nulle tant que la tension à ses bornes n'a pas
vaincu les forces résistantes l'empêchant de tourner. - g - Exercices d'application :
Le montage est le même que précédemment :
Sachant que Vo est une tension fixée à 220 V, R une résistance de 1 ?, E
la f e m d'un moteur à courant continu telle que E = 0,153.n (avec n en
tr/min).
La tension aux bornes de la charge est donnée ci-après, ainsi que l'image
du courant. En utilisant ces représentations graphiques :
. Calculer graphiquement la valeur du rapport cyclique.
. Calculer la fréquence de hachage.
. Compléter les chronogrammes ci-dessus.
. Calculer les variations de l'intensité du courant.
. Calculer la valeur moyenne du courant dans la charge
. Tracer la fréquence de rotation en fonction du rapport cyclique.
. Calculer la valeur de l'inductance L, si la résistance R est négligée. [pic]
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uc H R uH Vo
0 Vo/R Vo Vo 0 T t1 t (ms) t (ms) t (ms) Uc Fermé Fermé Interrupteur
Interrupteur H Ouvert uc (V) t (ms) 14 Fermé Fermé Interrupteur
Interrupteur H Ouvert uc (V) t (ms) Fermé Fermé Interrupteur Ouvert ic (A) uH (V) uc (V) uH Vo ic uc uc ic Vo 0 T t1 Vo R H L iH iD
D uc ic uH R H L iH Vo uc uc ic uH R H L iH iD
D
R L Vo uc (V)
uH (V)
t (ms)
t (ms)
t1
T
0
Vo
Vo
uc (V) ic (A) Ouvert Interrupteur Fermé Fermé t (ms) t (ms) t1 T 0 Vo Icmin IcMax uc (V)
ic (A)
t (ms)
t (ms)
t1
T
0
Vo
Icmin
IcMax
iH (A)
t (ms)
Icmin
IcMax
iD (A)
t (ms)
Icmin
IcMax
1 A 2 A ic
Vo
E
H
L
iH
iD
D
uc (V) ic (A) Ouvert Interrupteur Fermé Fermé t (ms) t (ms) ?T T 0 Vo Icmin IcMax uM
Modèle équivalent
D'un moteur à courant continu Montage complet ic = Ic