hacheur serie leger

7/25/2019 Hacheur Serie Leger

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Electronique de puissance Hacheur srie

GEM/ S5 1/6

Hacheur srie

1 Dfinition et symbole

Le hacheur est un convertisseur statique continu-continu

Symbole : Tensioncontinuefixe

Tensioncontinuerglable

Ou plus e xac tem ent :tension toujours demm e signe, de v aleumoye nne rglable.

2

Principe du hacheur srie

Montage de principe : dbit sur une charge rsistive(en ralit linterrupteur est remplac par un transistor)

On choisit une priode T et une fraction de cette

priode.

sappelle le rapport cyclique, 0 1, sans

dimension.

de 0 T : K est ferm uK 0

v U

i v

RU

R

de T T : K est ouvert i 0

v Ri 0 uK U

Commentaires:

La tension de sortie du hacheur (tension v) nest pas

continue mais toujours positive. Lorsque la priode est

assez faible (frquence de 100 1000 Hz) la charge ne

voit pas les crneaux mais la valeur moyenne de la

tension.

le rapport cyclique peut tre rgl. Par consquent la

valeur moyenne v (ou v ) de v va varier.

il sagit dun hacheur srie car linterrupteur K est mont

en srie entre la source et la charge.


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GEM/ S5 2/6

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Le transistor bipolaire en commutation

Le transistor est le composant de base du hacheur. Cest lui qui va faire office dinterrupteur.

Voici un bref aperu de son fonctionnement.

3.1

Carac tris ti que du t rans is to r as so c i une ch arge rsis ti ve.

b : base, c : collecteur, e : metteurLa flche sur le collecteur indique le sensdu courant collecteur-metteur. Le courant

de base est la commande. Le circuitcollecteur-metteur est le circuit depuissance.Un faible courant de base commande unfort courant collecteur..

Le transistor fonctionne comme une "vanne

courant" o ibest la commande de la vanne qui

laisse passer plus ou moins le courant icde c vers

e.

Si ib= 0, la vanne est ferme.

Si ib> ibsat, la vanne est totalement ouverte etlaisse passer le courant ic maximum.

(ibsatdpend du transistor et du montage)

Entre les deux valeurs extrmes, ibcontrle le

dbit de ic.

3.2

Mode de fonct ionnement en comm utat ion

ib 0 i

c 0 Aucun courant ne traverse la charge R. ic 0

Le transistor est bloqu. Il est quivalent un interrupteur ouvert

ib i

bsat Le courant maximum traverse le transistor i

c

U

R

Le transistor est satur. Il est quivalent un interrupteur ferm.

Conclusion :

Dans ce mode de fonctionnement, le transistor est quivalent un

interrupteur unidirectionnel command louverture et la fermeture.

Cest le fonctionnement utilis pour le hacheur.

symbole


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GEM/ S5 3/6

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Valeur moyenne de la tension en sortie du hacheur

Exprimons la valeur moyenne de u en fonction du rapport cyclique .

Pour cela nous calculons sa valeur moyenne sur une priode : v T.U (1)T.0

T U

Valeur moyenne : v U

5 Dbit sur une charge inductive

5.1 Propritdes in duc tan ces

Equation fondamentale :uL L.

di

dt

De cette quation nous pouvons dmontrer les proprits ci-dessous.

En rgime continu tabli : linductance se comporte comme un court-circuit.

En rgime priodique tabli : la tension moyenne est nulle : uL 0

En rgime quelconque : dune faon gnrale:

le courant dans une inductance ne peut pas subir de

discontinuit.

linductance soppose aux variations du courant qui la

traverse, et ce dautant plus que :

- L est grand ;

- la tension aux bornes de linductance est plus

faible.

Conclusion :

Une inductance lisse le courant.

courant pour une charge

rsistive :

courant pour une charge

inductive :

5.2 Problme liaux ch arges in du cti ves

A la fermeture de K le courant stablit.

A louverture de K deux phnomnes contradictoires ont lieu :

la commande qui veut annuler subitement le courant

la bobine qui ne peut subir de discontinuit de courant

Rsultat du conflit :


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GEM/ S5 4/6

cest la bobine qui gagne en provoquant un arc lectrique aux

bornes de linterrupteur pour maintenir le courant.

Consquence :

Linterrupteur qui est en ralit un transistor subit alors chaque blocage une surtension qui peut

tre destructrice. Il faut prvoir un systme qui permette le blocage normal du transistor.

5.3 Solut ion et analyse du fonct ionnement

Montage :

Analyse du fonctionnement :

de 0 T : K est ferm.

La source U alimente la charge.

Le courant ne peut pas passer

par la diode.

uK 0 v U

i iK

et iD 0

Le courant augmente progres-

sivement (la pente dpend de la

valeur de L).

de T T : K est ouvert.

La bobine maintient le courant

travers la diode.

v 0 uK U

i iD

et iK 0

Comme la charge nest pas

alimente, le courant diminue

progressivement.

Montage quivalent

Montage quivalent

Commentaires :

A louverture de K, il ny aura pas dtincelle puisque le courant impos par la bobine pourra

passer par la diode.

D est appel diode de roue libre car elle est active lorsque la charge nest pas alimente. Elleest ncessaire pour un bon fonctionnement du montage.

La bobine lisse le courant. Plus L est grand, plus i sera petit (voir les oscillogrammes).


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GEM/ S5 5/6

Montage rel : Linterrupteur est remplac par un

transistor.

Le courant ib commande la

saturation (fermeture) ou le

blocage (ouverture) du transistor.

5.4 Ondulat ion d u co urant dans la charge

Elle est donne par la relation : i Imax Imin

2

Elle peut tre mesure loscilloscope en visualisant la tension aux bornes dune rsistance.

Pour diminuer i, il faut augmenter linductance L ou/et la frquence .

5.5 Courant moyen dans la charge

Si on peut ngliger la rsistance de la charge on peut crire :

i IImax Imin

2

Intensit moyenne dans le transistor : iK I

K I

Intensit moyenne dans la diode : iD I

D (1)I

Remarque : toute ltude du paragraphe 5 a t faite en supposant la rsistance R de lacharge ngligeable.

6

Application au moteur

Le hacheur srie est souvent employ pour commander un moteur courant continu.

On rappelle que la vitesse dun tel moteur est proportionnel la tension dalimentation.

Montage : Commentaire :

Pour un bon fonctionnement du moteur, il

est prfrable que le courant soit le plus

rgulier possible, do la prsence dune

bobine de lissage. Si son inductance est

suffisamment grande, on pourra considrer

le courant comme constant (i 0).


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GEM/ S5 6/6

Loi des mailles : v uM u

L

On passe aux valeurs moyennes : v uM u

L

Et comme pour un signal priodique : uL 0

Nous obtenons pour le moteur : uM E v U

Finalement la f..m. du moteur et donc la vitesse

peuvent tre rgler grce au rapport cyclique par la

relation :

EU

On dfinit la vitesse maximum pour = 1 : EU K' nM

(on nglige les rsistances de linduit et de la bobine)

Pour une valeur de quelconque : EU K' nM

et E K' n

Do la vitesse en fonction de : n nM

Dans tous les rsultats de ce paragraphe 6, nous avons nglig les rsistances de linduit et de labobine.

Remarque

Le modle lectrique complet du moteur et de la bobine de

lissage est reprsent ci-contre.v u

b u

M u

L u

l E (R

M R

b).i

En passant aux valeurs moyennes : (uL

et ul sont nuls )

v ER.i avec RRMR

b

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Commande du transistor

Pour alimenter la base du transistor, il faut raliser un montage lectronique dlivrant un signal

en crneaux avec un rapport cyclique rglable. Il sagit dun oscillateur.

Il existe plusieurs circuits intgrs ralisant cette fonction.

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