U D
iH
iD i
H v
uM
L
M
M
U V
uM A
L
M E
D
K
J i iD
T1 B'
0V vBB iH
U
MAQUETTE HACHEUR SERIE
GBF Alimentation
stabilisée
Objectifs du TP: - visualiser les allures des tensions et courants dans un hacheur, sur charge inductive, - étudier l'influence du rapport cyclique sur la tension de sortie, et sur la vitesse de rotation d'un moteur.
I Présentation (à lire)
Voici le schéma de principe du montage hacheur : U est une tension continue fixe,
H est un interrupteur commandé à l’ouverture et à la fermeture (un transistor bipolaire NPN en pratique).
D est une diode dite de roue libre.
B’ et M constituent la charge (induit d’un MCC+bobine de lissage)
Voici la maquette hacheur série utilisée en pratique :
On retrouve les éléments du schéma de principe, plus le dispositif de commande de l’interrupteur (le GBF).
vBB est la tension issue d’un GBF et permet donc de commander périodiquement la conduction et la saturation de T1 :
- quand T1 est saturé, il est équivalent à un interrupteur H fermé ; - quand il est bloqué, il est équivalent à un interrupteur H ouvert.
L’allure de vBB sera la suivante :
tf : durée de fermeture de l’interrupteur H ; T : période. Le rapport est appelé rapport cyclique et est noté α.
II Préparation
1- Placez, sur la figure 1 de l’annexe, les appareils, à préciser (nature, position …), permettant de mesurer les valeurs moyennes de v (<v>), de i (<i>) et de uM (<uM>), tension aux bornes du moteur.
2- Indiquez sur les figures 2, 3 et 4, les branchements à l’oscilloscope, de manière à visualiser en concordance de temps :
• vBB (t) et i(t)
• v(t) et iD(t)
• uH (t) et iH (t)
Pour visualiser un courant, vous utiliserez une sonde de courant, qui enlacera un fil mis à la place du pont traversé par le courant en question. Pour visualiser la tension v, utilisez une sonde différentielle.
TP n°21: HACHEUR SERIE
vBB (V)
t (s)
tf T 10 V
0 V -10 V
III Expérimentation à rapport cyclique constant
Dans cette partie, vous n'avez pas d'oscillogrammes à relever, mais à partir d'observations à l'oscilloscope, vous répondrez aux questions.
1- Réalisez le montage, en prenant U = 15 V, une bobine à noyau de fer sorti (L=0,15 H), et un moteur à courant continu à aimants permanents. Vous visualiserez vBB(t) et i(t) pour commencer, et réglerez la fréquence du GBF f = 200 Hz, et α = 0.5 (rappel: signal créneaux d'amplitude 10 V). Vous placerez les trois appareils permettant de mesurer les valeurs moyennes (voir question 1, partie II). Enfin, vous synchroniserez le déclenchement de l’oscilloscope sur un front montant de la tension vBB(t).
Appelez le professeur pour vérification.
2- Le montage fonctionne-t-il en conduction continue ? Justifiez.
...
3- A l'aide des mesures des valeurs moyennes, déterminez la valeur moyenne de la tension uB aux bornes de la bobine, puis la valeur de la résistance interne rB de cette bobine, si on suppose qu'elle admet pour modèle équivalent une résistance rB en série avec l'inductance L.
...
...
...
4- Déterminez, par visualisation à l'oscilloscope, les valeurs des tensions aux bornes de la diode et du transistor lorsque ceux-ci sont à l'état passant ou saturé. Expliquez la méthode employée.
...
...
...
IV Expérimentation à rapport cyclique variable
1- Relevez, pour α variant de 0 à 1 (6 points minimum), les valeurs moyennes de v, uM et i.
α
<v> (V)
<uM> (V)
<i> (A) n (tr/min)
2- Tracez la caractéristique <v> = f (α).
En déduire la relation liant <v> à α.:...
...
3- Déterminez la relation liant n à <u M> et <i> pour ce moteur à courant continu, sachant que:
- le modèle équivalent de l'induit de ce moteur a donné comme résultat, pour une vitesse n= 6000 tr/min , E = 7,0 V et R = 4,0 Ω.
- E est proportionnelle à n, ce moteur possédant des aimants permanents.
...
...
...
4- A l'aide de la relation précédente, complétez la dernière ligne du tableau.
5- Tracez la caractéristique n= f(α).
En déduire l’intérêt du hacheur série alimentant un moteur à courant continu à excitation indépendante.
...
...
ANNEXE
Figure 1 Figure 3: visualisation de v(t) et iD(t)
Figure 2: visualisation de vBB (t) et i(t) Figure 4: visualisation de uH (t) et iH (t)
M
U V
u H v B B
A
L
M E
D
K
J i iD
T B'
0V
iH
M
U V
u H v B B
A
L
M E
D
K
J i iD
T B'
0V
iH
M
U V
u H v B B
A
L
M E
D
K
J i iD
T B'
0V
iH
M
U V
u H v B B
A
L
M E
D
K
J i iD
T B'
0V
iH
