TP hacheur dévolteur (abaisseur) KERJEAN Mickael FARETIE Mathieu Ce Tp porte sur l étude d un convertisseur statique : le hacheur (ou chopper). Son fonctionnement est donc basé sur l utilisation d interrupteur semi-conducteur et Il joue le rôle d interface entre une source continue et une charge alimentée en continu. Le hacheur série étudié est de type direct : c'est-à-dire que source et charge sont de nature différentes. Dans le Tp, les calculs théoriques ont été pris avec l hypothèse que les interrupteurs semiconducteurs étaient parfait. Nous ne sommes par contre pas intéressé aux régimes transitoires. Schéma électrique simplifié : S agissant d un hacheur direct nous nous considérerons surtout le courant dans la charge. CHARGE RESISTIVE - ETUDE THEORIQUE Etude des différents modes de fonctionnement : Sur charge résistive pure, il n y a théoriquement jamais conduction de la diode de roue libre.
Les schémas partielles associés a chaque cas : CAS 1 : Equation de fonctionnement associée: V = V = 60V s e Vs 60 Ich = = = 0,6A R 100 I = I = 0,6A I e diode ch = 0A CAS 2 : Equation de fonctionnement associée: V I I I s ch e = 0V = 0V = 0A diode = 0A D où les courbes de fonctionnement que l on devrait observer :
Expression de la tension moyenne <V s > : T αt 1 1 < V > = V dt = V dt s s e T T 0 0 < V > = αv s e Comme on est sur charge résistive : <I s >=αv e /R= <I e > En faisant varier le rapport cyclique du signal de commande on peut faire varier la tension sur la charge de 0 à 60V (en faisant varier α de 0 à 1) et le courant de 0 à 0,6A (en faisant varier α de 0 à 1) Afin d avoir une tension ou un courant continu, il manque l étape du filtrage. Plus la fréquence de découpage est élevée et moins le cou de revient du filtre sera élevée pour un même taux de régulation donné car les bobines et/ou condensateurs pourront être d une plus faible valeur. Au dessus on a vu que <I s >=α.v e /R= α<i e > donc < Ie > 1 = < I > α s -ETUDE PRATIQUE -Tension de commande en bleu et courant dans la diode de roue libre en jaune Les pics de courant dans la diode sont due a la nature de la charge qui n est pas parfaitement résistive et qui est légèrement inductive et stocke donc un peu d energie qu elle restitue une fois chargée au circuit.
- Tension de commande en bleu et courant dans la charge en jaune Comme précédemment, on retrouve les caractéristiques d une charge légèrement inductive a savoir une légère charge décharge du courant. Le rhéostat s avère donc stocké un peu d énergie. - Tension de commande en bleu et courant envoyer par le hacheur vers la charge et avant la diode de roue libre : En pratique le fait d augmenter la fréquence de découpage accentue l effet inductif du rhéostat :
CHARGE RL - ETUDE THEORIQUE Etude des différents modes de fonctionnement : Sur charge inductive et résistive, la diode de roue libre sert a évacuer l énergie emmagasinée par la bobine lorsque K1 est fermée : l énergie est alors dissipée par effet Joule a travers R. C est la valeur de la constante de temps qui va déterminé si on est en conduction continu ou non : On rappelle ainsi les modes de fonctionnement dans le cas : -conduction continu cas1 -> cas3 -> cas1 -> cas3 etc -conduction discontinu cas1 -> cas3 -> cas2 -> cas1 -> cas3 -> cas2 etc L 1 Dans le cas présent, 5 >> donc conduction continu et le cas2 ne se présente jamais. R F dec Le fait d avoir une conduction continu impose que de l énergie soit toujours disponible (ici dans la bobine) a n importe quel instant. Les schémas partielles associés a chaque cas : CAS 1 : Equation de fonctionnement associée: di Ve = Ri + L dt CAS 2 : ne se présente pas dans notre cas ( conduction continu ) ich = 0 = ie
di L Ri 0 dt + = Pour résoudre les équations différentielles en se plaçant en régime permanent, il faut utiliser les conditions de continuités : la bobine ne peut voir un courant discontinu et donc : I(αT-)=I(αT+)
-ETUDE PRATIQUE R=100 ET L=1.4H - Tension de commande en bleu et courant dans la charge en jaune -Tension de commande en bleu et courant dans la diode de roue libre en jaune - Tension de commande en bleu et courant envoyee par le hacheur vers la charge et avant la diode de roue libre :
R=100 L=0.15H - Tension de commande en bleu et courant dans la charge en jaune -Tension de commande en bleu et courant dans la diode de roue libre en jaune - Tension de commande en bleu et courant envoyée par le hacheur vers la charge et avant la diode de roue libre :
R=50 L=0.15H - Tension de commande en bleu et courant dans la charge en jaune -Tension de commande en bleu et courant dans la diode de roue libre en jaune - Tension de commande en bleu et courant envoyée par le hacheur vers la charge et avant la diode de roue libre :
R=50 L=1.4H - Tension de commande en bleu et courant dans la charge en jaune -Tension de commande en bleu et courant dans la diode de roue libre en jaune - Tension de commande en bleu et courant envoyée par le hacheur vers la charge et avant la diode de roue libre :
Les relevés de mesures effectués : Les graphes correspondants :
Les relations entre le rapport cylique et Vs et Ie/Is sont linéaires. Le rapport cyclique permet de réguler la puissance envoyée par la charge sans que cela influe sur le rendement du système qui est d environ 97%. L inductance permet le stockage de l énergie. Plus elle est grosse et plus on peut en stockée. Au contraire la charge résistive limite l énergie envoyée. Pour avoir un courant continu, il est ainsi préférable de connaitre la puissance dissipé par le système pour déterminé la valeur de L pour un taux d ondulation donnée.
De plus, plus la fréquence de découpage est élevée et plus on peut facilement augmenter le taux d ondulation au niveau du filtrage.