bandeau

Terminale STI Génie Electrotechnique

Hacheur série

HACHEUR SERIE

AVERTISSEMENT IMPORTANT : Vous utilisez Internet explorer. Les pages suivantes utilisent l'éditeur de formules mathématiques mathml. Pour pourvoir les afficher correctement, il convient d'installer au préalable le plugin mathplayer.
Cependant, je recommande vivement, pour obtenir une qualité d'affichage optimale, d'utiliser un navigateur compatible comme firefox.

3. Etude du hacheur série alimentant un moteur à courant continu

3.1. Intérêt et conditions de fonctionnements

Pour faire varier la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu, il faut faire varier la valeur de sa tension d'alimentation. Une solution pour réaliser cela consiste à alimenter le moteur par l'intermédiaire d'un hacheur série, puisque le hacheur permet la variation de la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge.

Comme son nom l'indique, un moteur à courant continu doit être alimenté par un courant continu. En effet, le couple électromagnétique est proportionnel au courant ( Tem = K.Φ.I ), si le courant en haché, le couple électromagnétique aussi ce qui est inacceptable car cela cause des vibrations au moteur et une usure prématurée. Pour éviter cela, il convient de « lisser » le courant dans le moteur : on rajoute en série avec le moteur une inductance dites de « lissage ».

On supposera par la suite, que la valeur de l'inductance est telle que le courant est parfaitement continu dans la charge : l'ondulation du courant est négligeable.

3.2. Schéma du montage

Schéma du hacheur série sur MCC

La charge est constituée d'un moteur à courant continu et de son inductance de lissage. Afin d'assurer la continuité de conduction du courant à travers la charge, il convient d'assurer la circulation de celui-ci même quand l'interrupteur K est ouvert : c'est le rôle de la diode DRL, appelée « diode de roue libre ».

Le hacheur est maintenant constitué d'un interrupteur K commandable à l'ouverture et à la fermeture, comme un transistor bipolaire, son circuit de commande et de la diode de roue libre DRL.

E est une source de tension continu idéale.

Le courant dans la charge est nommé iC ; le courant délivrée par la source de tension est nommé iS; le courant circulant dans la diode de roue libre est nommé iD.

Equations de fonctionnement de ce montage :

  • Loi des mailles : E = uC + uH
  • Loi des mailles: uC = uM + uL
  • Loi des mailles: uD = - uC
  • Loi des nœuds : iC = iS + iD

3.3. Chronogrammes et analyse du fonctionnement

Justification de la forme des chronogrammes :

Remarques :

Qui impose quoi : groupe hacheur + MCC + charge mécanique
Sur la figure ci-dessus, les flèches signifient « impose ».

3.4. Valeurs moyennes

La tension aux bornes de la charge à la même forme que pour la charge résistive, ainsi, on a encore :

<uc(t)>=α.E

La valeur moyenne de l'intensité du courant dans la charge est :

<ic(t)>=Ic

La tension aux bornes du moteur vérifie l'équation :

um(t)=uc(t)-uL(t)

Donc, en valeur moyenne :

<um(t)> = <uc(t)> - <uL(t)>

Or quelle que soit la forme d'onde du courant dans la charge, pourvu qu'il soit périodique :

< u L ( t ) > = 0

Donc :

<um(t)> = <uc(t)> = α.E

Ainsi la valeur moyenne de la tension aux bornes du moteur est réglable grâce au rapport cyclique et donc la valeur de la fréquence de rotation du moteur aussi.

De plus, si on tient compte du modèle équivalent de l'induit du moteur (une fem EM en série avec une résistance R ) :

<um(t)> = EM + R.Ic

3.5. Cas réel : ondulation du courant

Le cas étudié ci-dessus, où le courant est parfaitement lissé correspond au cas idéal. On réalité, le courant est toujours ondulé. Nous nous limiterons à l'étude d'une faible ondulation courant.

  • < u c ( t ) > = < u m ( t ) > + < u L ( t ) > = E M + R I c + L . d i c dt = E quand l'interrupteur K est fermé.
  • < u c ( t ) > = < u m ( t ) > + < u L ( t ) > = E M + R I c + L . d i c dt = 0 quand l'interrupteur K est ouvert.

Ces deux équations sont dites différentielles car intervient à la fois le courant iC et sa dérivée. Elles permettent de calculer la forme d'onde de l'intensité iC. Si R.iC est négligeable, il s'agit de portion de droite.

Valeur moyenne de l'intensité du courant dans la charge :
< i c ( t ) > = I c max + I c min 2

Il est possible de réduire l'ondulation du courant soit en augmentant la valeur de l'inductance de lissage, soit en augmentant la fréquence de hachage.

Un commentaire ? Une question ? Une erreur à signaler ? ... Ou juste l'envie de partager une histoire sur la physique ? Utilisez le formulaire ci-dessous.

Attention, les commentaires sont modérés et n'apparaîtront qu'après validation.

Commentaires (0)

Nom
E-mail (Conservé confidentiel)
Page perso
Titre
Commentaire
This comment form is powered by GentleSource Comment Script. It can be included in PHP or HTML files and allows visitors to leave comments on the website.
Accueil | Site Map | Photographies | Mon photoblog | Appareils Photos | Contact | Olivier Wajsfelner, professeur au lycée P. Neruda, St-Martin d'Hères, Isère.