Etude d un hacheur série par simulation. Grille d évaluation Les compétences à développer en sciences appliquées.

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1 Etude d un hacheur série par simulation. Grille d évaluation Les compétences à développer en sciences appliquées. Les compétences évaluées dans ce TP. C02 : Choisir une solution technique C03 : Analyser une solution technique C04 : Rédiger un document de synthèse C06 : Respecter une procédure C07 : Argumenter sur la solution technique retenue C10 : Réaliser les représentations graphiques nécessaires Les critères de performance. Barème de notation : 20pts Le contenu spécifique à ce TP Le compte rendu est propre. Sa rédaction est bien orthographiée Préparation : Types de charges alimentées par un hacheur. Chronogrammes. Calcul de <us>. 6pts Les schémas sont réalisés avec soin. Les caractéristiques sont correctes. 2 pts C17 : Mettre en oeuvre des moyens de mesurage C18 : Interpréter des indications, des résultats de mesures et d essais Les appareils et les calibres sont bien choisis. Les grandeurs sont correctement évaluées. La relation entre Ue, α et <us> Lévolution de <is> en fonction du rapport cyclique α Interprétation des résultats. Expression de la tension de sortie du hacheur us en fonction de R, L, is et E Relation en considérant les valeurs moyennes? Valeur du rapport cyclique α pour obtenir un courant moyen de 10 A. Valeur nécessaire pour l inductance. Vérification des résultats en effectuant la simulation. 2pts 9 pts Analyse harmonique des trois courants. C19 : Identifier les paramètres de réglage Influence de α. 1 pt C20 : Régler les paramètres C24 : Suivre la réalisation C33 : Animer une réunion Zone réservée aux remarques émises par le professeur au cours de la séance de TP : Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 1/6

2 1) Préparation. Principe du hacheur série : C est un convertisseur statique permettant d alimenter une charge sous tension continue réglable à partir d une source de tension continue. Donner un exemple de charge qui peut être alimentée par un hacheur série :.. Schéma de principe : Ue i1 1 2 i2 is Us Les interrupteurs sont commandés périodiquement de la manière suivante : De 0 à tf l interrupteur 1 est fermé et l interrupteur 2 est ouvert. De tf à T l interrupteur 1 est ouvert et l interrupteur 2 est fermé. Représenter le schéma pour chaque configuration, y indiquer les courants et tensions ainsi que la valeur de la tension de sortie. Représenter le chronogramme de la tension de sortie sur 1 période T. Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 2/6

3 Calculer la valeur moyenne de la tension de sortie. 2) Etude sur une charge résistive. On appelle α le rapport cyclique, tf est le temps pendant lequel l interrupteur 1 est fermé, et T la période à laquelle on commande l interrupteur. On propose ici de simuler le hacheur avec une charge résistive. a) Réaliser sous le logiciel Psim le montage suivant : Lancer la simulation pour observer 3 périodes de la tension de sortie. Le rapport cyclique se règle en ajustant la valeur dans la case «duty cycle», celle-ci peut prendre des valeurs comprises entre 0 et 1. b) Compléter le tableau suivant : α <us> Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 3/6

4 Quelle est la relation entre Ue, α et <us>?... 3) Etude sur une charge inductive. 4) Lorsque l on travaille sur charge inductive, le courant dans celle-ci ne peut subir de discontinuité (accumulation d énergie dans l inductance, qu il lui faut restituer...) : on doit donc ajouter une diode en parallèle sur la charge : on parle de diode de roue libre ; elle assure la continuité du courant dans la charge. 3.1) influence du rapport cyclique. a) Réaliser le montage suivant b) Mesures : On désire relever la valeur moyenne du courant is(<is>) ainsi que sont ondulation(δis) crête à crête pour différente valeur du rapport cyclique. Compléter le tableau suivant : α <is> Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 4/6

5 Δis R*<is> α*ue c) Conclusions Comparer l évolution de <is> en fonction du rapport cyclique α.. Commenter les résultats des 2 dernières lignes du tableau. 3.2) influence de la fréquence. On conserve le même montage que précédemment. On gardera le rapport cyclique égale à 0.5 Pour changer la fréquence de commande de l interrupteur, il suffit de modifier la valeur de la fréquence dans le «bloc square» a) Compléter le tableau suivant : f(khz) Δis b) Interpréter les résultats... Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 5/6

6 3.2) influence de la valeur de l inductance. On conserve le même montage que précédemment. On gardera le rapport cyclique égale à 0.5 et la fréquence à 500 Hz. a) Compléter le tableau suivant. L (H) Δis b) Interpréter les résultats... 4) Etude d un hacheur série alimentant un moteur à courant continu. On peut modéliser l induit de moteur par une résistance R en série avec une fem E. On donne pour un fonctionnement du moteur les valeur suivante : R =2Ω et E =160V. Le moteur doit absorber un courant moyen de 10A et l ondulation Δis doit être de 2A. Nous allons chercher comment obtenir ceci, à l aide d un hacheur série, d une batterie de 300V et de diverses inductances. L interrupteur du hacheur doit fonctionner à une fréquence de 400Hz. Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 6/6

7 is E Ue us Exprimer la tension de sortie du hacheur us en fonction de R, L, is et E. Que devient cette relation en considérant les valeurs moyennes? Que doit valoir le rapport cyclique α pour obtenir un courant moyen de 10 A? On donne la relation permettant de calculer l ondulation crête à crête du courant : En déduire la valeur nécessaire pour l inductance. Vérifier le résultats en effectuant la simulation : On regardera l évolution du courant pendant 0.4s avec un pas de s Frédéric /Dominique Pernin/Frédéric Duhamel page n 7/6

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