Hacheur série. 1. Présentation. 2. Principe de fonctionnement. Le hacheur est un convertisseur statique continu-continu. Symbole synoptique :

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1 Termnale STI hacheur sére Hacheur sére. Présenaon e hacheur es un conersseur saque connu-connu Symbole synopque : Tenson connue fxe Tenson connue réglable Ou plus exacemen : enson oujours de même sgne, de aleur moyenne réglable. On l ulse souen pour arer e conrôler la esse d un moeur à couran connu. 2. Prncpe de fonconnemen hacheur source charge o des malles : u o d Ohms pour la charge : On chos une pérode T e une durée nféreure à T. es une fracon de la pérode T. < < e rappor α = T s appelle le rappor cyclque. = α T Dmenson : α es < α < de 0 à : on ferme u = u = = de à T : on oure = u = u = Claude Doux, ocobre 2000 /8

2 Termnale STI Hacheur sére fermé (A) ouer fermé ouer 0 T T+ 2T emps 0 T T+ (V) 2T emps 0 T T+ u (V) 2T emps Commenares : a enson de sore du hacheur (enson ) n es pas connue mas oujours pose. orsque la pérode es assez fable (fréquence de 00 à 000 Hz) la charge ne o pas les créneaux mas la aleur moyenne de la enson. le rappor cyclque α peu êre réglé. Par conséquen la aleur moyenne <> de a arer. l s ag d un hacheur sére car l nerrupeur es moné en sére enre la source e la charge. 3. Composan ulsé pour le hacheur : le ranssor 3.. Présenaon e ranssor es le composan de base du hacheur. C es lu qu a fare offce d nerrupeur. Voc un bref aperçu de son fonconnemen. emps b n.p.n b b : base, c : colleceur, e : émeeur a flèche sur le colleceur ndque le sens du couran colleceur-émeeur. e couran de base es la commande. e crcu colleceurémeeur es le crcu de pussance. n fable couran de base commande un for couran colleceur. c e e c ce e ranssor fonconne comme une "anne à couran" où b, la commande de la anne, perme de lasser passer plus ou mons le couran c de c ers e. S b = 0, la anne es fermée. S b > bsa, la anne es oalemen ouere e lasse passer le couran c maxmum. ( bsa dépend du ranssor e du monage) Enre les deux aleurs exrêmes, b conrôle le déb de c. Claude Doux, ocobre /8

3 Termnale STI Hacheur sére 3.2. Fonconemen en commuaon S b = 0 alors aucun couran ne raerse la charge. e ranssor es bloqué. Il es équalen à c = 0 S b > bsa alors le couran maxmum raerse le ranssor e ranssor es sauré. Il es équalen à c = Dans ce mode de fonconnemen, le ranssor es équalen à un nerrupeur undreconnel commandé à l ouerure e à la fermeure. Symbole : C es le fonconnemen ulsé pour le hacheur. 4. Valeur moyenne de la enson 4.. Exercces eleer sur les chronogrammes les aleurs, T,, dédure les aleurs α e <> e racer sur chaque chronogramme la aleur <>. 0 (V) (ms) = T = = α = <> = 0 0 (V) (V) (ms) (ms) = T = = α = <> = = T = = α = <> = Claude Doux, ocobre /8

4 Termnale STI Hacheur sére Queson : la enson moyenne <> dépen-elle de? T? α? ou ou ou non non non 4.2. Tenson moyenne Dédure de l exercce précéden la enson moyenne <> en foncon de la enson d almenaon e du rappor cyclque α. 5. Déb dans une charge nduce 5.. Exemple de charge nduce Pour un bon fonconnemen, le moeur à couran connu nécesse un couran le plus réguler possble. Pour cela on lu adjon, branché en sére, une self de lssage (une nducance qu a lsser le couran) Propréé d une nducance En couran connu : l nducance se compore comme un cour-crcu. Elle es équalene à un fl. En couran pérodque : la enson moyenne à ses bornes es nulle. = 0 D une façon générale: le couran dans une nducance ne peu pas subr de dsconnué. l nducance s oppose aux araons du couran qu la raerse. Concluson : (A) (A) αt T 2T αt T 2T couran non lssé couran aec une self de lssage Claude Doux, ocobre /8

5 Termnale STI Hacheur sére 5.3. Bobne réelle Pour une bobne réelle, l fau enr compe de la réssance du fl de la bobne. D où le schéma équalen c-dessous. r u r u b 5.4. Problème lé aux charges nduces A la fermeure de le couran s éabl. A l ouerure de deux phénomènes conradcores on leu : la commande la bobne (A) (A) ésula du confl : c es la bobne qu gagne en prooquan un arc élecrque aux bornes de l nerrupeur pour manenr le couran. Conséquence : nerrupeur qu es en réalé un ranssor sub alors à chaque blocage une surenson qu peu êre desrucrce. u u Il fau rouer une soluon qu permee le blocage normal du ranssor Soluon e analyse du monage Monage o des malles ; en foncon de e u : u o des malles ; en foncon de D : D u D D o des malles ; en foncon de de u : de 0 à : on ferme D es équalene à un u = = D es o des noeuds : Claude Doux, ocobre /8

6 Termnale STI Hacheur sére donc D = D = = e couran augmene progressemen de mn à max. (la pene dépend de la aleur de ). Schéma équalen Mere en ra épas le raje du couran. e u D D D u fermé ouer fermé ouer (V) αt (-α)t (A) max mn (A) max de à T : on oure = a bobne manen le couran à raers la dode. D es D es équalene à un donc D = D = = u = mn D (A) max mn Elémens passans Comme la charge n es pas almenée, le couran dmnue progressemen. Schéma équalen Mere en ra épas le raje du couran. u D D D u Commenares : A l ouerure de, l n y aura pas d éncelle pusque le couran mposé par la bobne pourra passer par la dode. D es appelée dode de roue lbre car elle es ace lorsque la charge n es pas almenée. Elle es nécessare pour un bon fonconnemen du monage. a bobne lsse le couran. Plus es grand, plus sera pe (or les oscllogrammes). Claude Doux, ocobre /8

7 Termnale STI Hacheur sére 5.6. Ondulaon du couran dans la charge Elle es donnée par la relaon : = I max I mn 2 Elle peu êre mesurée à l osclloscope en sualsan la enson aux bornes d une réssance. Pour dmnuer, l fau augmener l nducance ou/e la fréquence ƒ Couran moyen dans la charge = I I max + I mn 2 Inensé moyenne dans la dode : D = I D = ( α)i Inensé moyenne dans le ranssor : = I = αi 6. Tenson moyenne ue du coé de la charge 6.. Tenson moyenne orsqu l s ag d un moeur à couran connu, la charge peu-êre modélsée par le schéma suan : : réssance oale de la charge E : f.é.m du moeur : nducance de lssage. o des malles ; en foncon de de. e E : E Expresson de la aleur moyenne de : <> = appel : < > = Fnalemen : <> = = ue du coé charge ue du coé hacheur So : Claude Doux, ocobre /8

8 Termnale STI Hacheur sére 6.2. Vesse du moeur Nous enons de or que : α = E +. donc : E = Pour le moeur, on sa que : E = '.n où n es la esse de roaon. Fnalemen la esse peu êre régler grâce au rappor cyclque par la relaon :.n = n = S la réssance es néglgeable : n = On défn la esse maxmum pour α = : (on néglge les réssances de l ndu e de la bobne) n M = Pour une aleur de α quelconque : n = α ' so n = αn M 7. Complémens 7.. Monage réel C ce Commenare : c e b b D D M u M Pour un bon fonconnemen du moeur, l es préférable que le couran so le plus réguler possble, d où la présence d une bobne de lssage. S son nducance es suffsammen grande, on pourra consdérer le couran comme consan. (A) 7.2. déal de la charge 0 u b b Bobne l 7.3. Commande du ransor Moeur E u M ou M Claude Doux, ocobre /8