LE HACHEUR SÉRIE

I DÉFINITION ET SYMBOLE :

Les hacheurs sont des convertisseurs statiques "continu - continu".

A partir d'une source de tension continue constante, ils permettent le transfert et le contrôle de l'énergie vers une charge tout en maintenant aux bornes de celles-ci une tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable.

Symbole :

II PRINCIPE DU HACHEUR SÉRIE :

Le montage comporte :

Ø Une source de tension continue fixe E > 0 (positif)

Ø Un interrupteur électronique parfait (si fermé U aux bornes = 0) unidirectionnel en courant H.

Ø Une charge.

Le circuit se caractérise par la relation suivante :

L'interrupteur H s'ouvre et se ferme périodiquement. Nous appellerons t_f la durée de fermeture de H et t₀ sa durée d'ouverture.

est la période de fonctionnement du hacheur

sa fréquence.

On désigne par α le rapport cyclique tel que

III OSCILLOGRAMMES ET ANALYSE DU FONCTIONNEMENT :

a ) Étude des tensions :

Que la charge soit résistive ou inductive, les tensions ont même allure.

La forme de la tension u est imposée par la commande de l'interrupteur H.

Remarque : L'interrupteur H doit être unidirectionnel en tension et courant.

Si l'on veut pouvoir faire varier α et T, il doit être commandé à l'ouverture et à la fermeture : on peut choisir le transistor fonctionnant en commutation.

Valeur moyenne de tension u :

Valeur efficace de la tension u :

b ) Étude des courants :

Dans le cas d'une charge résistive, les courants varieront de façon identique à la tension u.

Pour obtenir un courant ininterrompu dans la charge, on place en série avec celle-ci une inductance de lissage et une diode de roue libre en parallèle.

Dans le cas où la charge est un moteur, on peut remplacer l'induit par son modèle équivalent, ce qui nous amène au schéma suivant :

i = < i > = I = cte

Le hacheur alimente un moteur à courant continu de f.é.m. E'. R et L représentent la résistance et l'inductance totales du moteur et de son inductance de lissage.

D est la diode de roue libre assurant la continuité de courant sans qu'il y ait de surtension.

HYPOTHESES :

La valeur de l'inductance de lissage est suffisante pour que l'on puisse négliger les variations du courant périodique et le considérer comme constant :

Les variations de E' sont lentes par rapport à celles de u, compte tenu de l'inertie du système mécanique.

Il y a donc conversion d'une tension continue en courant continu, dont l'intensité est imposée par le moment du couple résistant opposé au moteur.

OSCILLOGRAMMES EN RÉGIME PERMANENT :

Suite à l'ouverture du hacheur, la diode de roue libre se met à conduire ;

i_s = 0, i_D = i = I. L'inductance restitue l'énergie.

Les deux états possibles peuvent être représentés selon les schémas ci-dessous :

Relation entre les valeurs instantanées :

En supposant que le courant dans la charge est parfaitement constant, on peut remplacer le schéma de la charge par une source de courant.

Relations entre les valeurs moyennes :

Le courant est périodique, la valeur moyenne de la tension aux bornes de l'inductance est donc nulle, les variations du courant sont suffisamment faibles pour être négligeables et < i > = I

Comme i est constant

Assez souvent, on pourra négliger la chute de tension dans l'induit :

La f.é.m. E' d'une machine à courant continu fonctionnant à flux constant, est proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation W de l'induit, (E = k W)

en réglant le rapport cyclique α, on dispose d'un moyen de réglage de la vitesse du moteur.

En effet, on peut écrire :