Hacheurs

Dfinition:

Un hacheur est un convertisseur statique continu continu

permet dalimenter une charge sous une tension de valeur moyenne rglable partir

dune source continu fixe.

Selon le modle, un hacheur peut tre abaisseur (dvolteur, srie) (u < V) ou lvateur

(parallle) (u > V) en tension (un quadrant), rversible en courant, en tension (deux

quadrant) ou en courant et tension (quatre quadrants).

Principe des hacheurs:

Charge rsistive Charge inductive

H et D sont complmentaire

H on de 0 tc = T

H off de T T

= tc /T : rapport cyclique

u = v

u = v/R

Charge inductive

Entre 0 < t < T:

R

ve

R

viti

t

ch )()( 0

Entre T < t < T :

Tt

ch eiti

1)(

Charge RLE (induit de MCC)

Entre 0 < t < T:

R

Eve

R

Eviti

t

)()( 0

Entre T < t < T :

R

Ee

R

Eiti

Tt

)(

1 )()(

Pour 0 < t < T, i(t) exponentiel croissant tend vers

(E-v)/R au lieu de E/R,

Pour T < t < T, exponentiel dcroissante tend vers

v/R au lieu de 0.

On distingue deux types de fonctionnement:

continu, le courant i sannule aprs la priode ( >>T)

discontinu, (

Conduction discontinue

En mettant en srie avec le moteur une bobine

de lissage, on augmente la plage de

fonctionnement en conduction continue.

Le fonctionnement continu donne une ondulation de courant I = I1 I0 pour la

calculer, on nglige la rsistance R (ce qui est vrai en pratique car, la rsistance de

linduit de la MCC est faible).

Charge LE:

Entre 0 < t < T:

0)( ItL

EVtiE

dt

diLV

Entre T < t < T :

1)()( ITtL

EtiE

dt

diL

avec V = E

Lf

EVIII l

01

Lf

Eil

)1(

Lf

Ei

dt

dii

l

l

4

2

10

max

max

Application:

E = 220v In = 15A (MCC), on se fixe imax = 10%, calculer L.

Si on connat L = 6mH f = 6.1khz

utiliser un transistor

Remarque:

Si on a pas un transistor et on a que le thyristor,

on fixe f = 500hz L = 73.2mH

Do une inductance de lissage placer en srie avec le moteur de valeur

l = 67.2mH

Encombrante et coteuse.

Umoy = E = (E tc)/T = tc.f.E

- Jouer sur f et garder tc constant Hacheur frquence variable,

- Garder f = cste et jouer sur tc Hacheur frquence fixe

ou extinction commande

Conclusion:

imax = V/4Lf montr quon peut la rduire soit en travaillant en haute frquence de hachage, ou placer

en srie avec la charge une inductance de forte valeur. En gnral, afin dviter lutilisation dune

inductance de lissage, lourde, encombrante, coteuse, source de pertes, on utilise un transistor.

Ralisation de linterrupteur:

Linterrupteur H est amorage command et blocage command, il peut tre raliser

par:

transistors de puissance, ils peuvent travailler en hautes frquence, mais , ils sont

limits en puissance contrlable (quelques dizaines de kw).

thyristors avec leurs circuits de blocage, (travailler en puissance leves mais, limits

en frquence).

les thyristor GTO: sont amorage par impulsion >0 sur la gchette et blocage par

impulsion

Etude des structures gnrales des hacheurs:

Les hacheurs qui transfrent dans les deux sens ou non de

lnergie entre une source de tension V (rseau

alternatif+redresseur diodes) et une charge de type source

de courant (induit de MCC avec ou non une inductance de

lissage charge RLE).

-Dans la MCC, excitation constante, est limage du couple C et celle de la vitesse .

- on se place dans le cas de la conduction continue =L/R >> T

Hacheur un sens de rotation sans freinage: hacheur srie (1 quadrant)

Ce hacheur nest rversible en

tension ( =.v > 0), ni

rversible en courant ( >0).

permet de piloter la MCC

dans le quadrant 1 du plan

couple-vitesse C().

Hacheur un sens de rotation avec freinage: hacheur rversible en courant (2 quadrant)

Les transistor T1 et T2 avec les diodes en antiparallle

D1 et D2 constituent des interrupteur bidirectionnels

en courant.

Mode de fonctionnement N1

Mode de fonctionnement N2

hacheur srie (dvolteur) 0< v

La commande de k1 et k2 est complmentaire:

sur [0, T]: k1 est ferm et k2 ouvert (u = v)

sur [T, T]: k1 est ouvert et k2 ferm (u = 0)

Lorsque k1 est ferm, on doit avoir lun des semi-conducteurs

Di ou Ti constituant qui conduit.

Ce hacheur nest pas rversible en tension ( = .v), mais rversible en courant. Il permet de

piloter la MCC dans les quadrants 1 et 2 du plan couple-vitesse C().

La source doit tre rversible en courant.

Hacheur 2 sens de rotation avec freinage: hacheur en pont (4 quadrant)

Structure dun variateur de vitesse avec un hacheur en pont

Combinaison de deux hacheurs 2 quadrants (dvolteur-survolteur) :

Les squences de fonctionnement sont:

sur [0, T]: k1 et k4 sont ferms u = v

sur [T, T]: k2 et k3 sont ferms u = -v

vu ).12(

En tenant compte de la condition aux

limites: i(0) = I0

0)(

).1(2It

L

vi t

En tenant compte de la condition aux

limites: i(T) = I1

1)( )(.2

ITtL

vi t

L

v

L

uv

dt

di

vdt

diLuu

).1(2

L

v

L

uv

dt

di

vdt

diLuu

.2

Londulation i = I1 - I0 sexprime: L

Tvi

.).1(2

caractristiques

Variation de vitesse des MCC

quations simplifis :

Expression de la vitesse :

Caractristique mcanique :

Variation de la vitesse par modifica tion de la caractristique du couple Tem()

Paramtres de variation de la vitesse:

Rsistance dinduit : Ra

Flux inducteur :

Tension dalimentation : Va

Action sur la rsistance dinduit

Action sur le flux inducteur

Action sur la tension dalimentation

Structure des variateurs MCC