Les hacheurs
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I Définition d’un hacheur :
Un hacheur est un convertisseur statique continu – continu.
On convertit une tension continue fixe U (en provenance d’une alimentation) en une tension continue réglable V par un signal de commande Ucom de rapport cyclique variable.
II Fonctionnement :
II.1 Le hacheur série non réversible :
Ce type de hacheur fournit une tension V continue réglable du même signe que la tension U.
Schéma de principe :
Chronogrammes :
Si Ucom=NL1, l’interrupteur K est fermé.
Si Ucom=NL0, l’interrupteur K est ouvert.
Tension continue fixe électrique
Tension continue réglable mécanique
U V
Tension de valeur moyenne réglable
Ucom
Signal à rapport cyclique variable permettant de régler
la valeur moyenne de V
R K
U
Ucom
V
• U : tension d’alimentation fixe.
• K : interrupteur commandé.
• Ucom : tension de commande de l’interrupteur K.
•••• V : tension de sortie du hacheur dont la valeur moyenne est fonction de U et du rapport cyclique αααα du signal de commande Ucom de l’interrupteur K.
t(s) Ucom
NL0 NL1
T TH1
t(s) V
0V U
t(s) Ucom
NL0 NL1
T TH2
t(s) V
0V U
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La valeur moyenne de V est : <V>=αααα××××U ; avec T TH
====
αααα
Si le rapport cyclique αααα augmente (on augmente TH et on fixe la période T)alors on augmente la valeur moyenne de V.
Si le rapport cyclique αααα diminue (on diminue TH et on fixe la période T)alors on diminue la valeur moyenne de V.
II.2 Le hacheur réversible en tension (le pont en H) :
Ce type de hacheur fournit une tension continue réglable V qui peut-être de signe opposé à U.
Schéma de principe :
Cas d’une valeur moyenne de V positive :
Pour obtenir une valeur moyenne de Vpositive il faut : -K2et K3ouverts,
-K4fermé.
-K1 alternativement ouvert puis fermé de manière à faire évoluer la valeur moyenne de V.
<V>=αααα××××U ; avec αααα rapport cyclique du signal de commande de l’interrupteur K1.
•U : tension d’alimentation fixe.
•K1 à K4 : interrupteurs commandés.
•••• V : tension de sortie du hacheur dont la valeur moyenne est fonction de U et du rapport cyclique ααααdu signal de commande des interrupteurs K1 ou K2.
R K1
U
V
K2
K3 K4
t(s) V
0V U
t(s) V
0V U
K1 fermé
K1 ouvert K1 fermé
K1 ouvert
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Cas d’une valeur moyenne de V négative :
Pour obtenir une valeur moyenne de V négative il faut : -K1et K4ouverts,
-K3fermé.
-K2 alternativement ouvert puis fermé de manière à faire évoluer la valeur moyenne de V.
<V>=-αααα××××U ; avec αααα rapport cyclique du signal de commande de l’interrupteur K2.
III Applications –critères de choix :
Ces hacheurs sont utilisés pour faire varier la vitesse de rotation des moteurs à courant continu.
Les interrupteurs sont réalisés par des transistors bipolaires, transistors MOS, thyristor, triac,…
Le modèle équivalent d’un moteur étant une résistance Rm, une inductance Lm et une force électromotrice E il faudra rajouter des éléments de protections (diodes de roue libre).
III.1 Variation de la vitesse d’un moteur à courant continu :
t(s)
-U 0V
t(s) V
-U 0V
K2 fermé
K2 ouvert K2 fermé
K2 ouvert
V
U
Vm
Rm
Lm
E D
Q1
Schéma équivalent du moteur à courant continu
•••• La diode D est une diode de roue libre qui protège le transistor Q1 au blocage de la surtension produite par l’inductance interne du moteur.
• Le transistor Q1 doit avoir un courant ICMAX>ImMAX.
••••Le transistor Q1 doit pouvoir supporter une tension VCEMAX>U.
• Pour obtenir un courant Im constant on peut rajouter en série une inductance de lissage.
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III.2 Changement de sens et variation de vitesse d’un moteur à courant continu :
Les diodes D1à D4 permettent de protéger les transistors ou de réaliser des phases de roues libres lors de la commande par rapport cyclique variable.
L’inductance en série Ll au moteur permet de lisser le courant circulant dans le moteur.
Les critères de choix des transistors doivent tenir compte :
-du courant ICMAX qui doit être supérieur au courant max qui circule dans le moteur.
-de la tension VCEMAX que peut supporter le transistor qui doit être supérieure à 2××××U.
Remarque : il existe des circuits intégrés dont le pont en H est intégré, on vient simplement commander le sens de rotation du moteur et la vitesse grâce à des entrées
logiques. Pour choisir ce type de circuit intégré on prendra en compte le courant maximal et la tension maximale qu’il peut commander. Il faudra également vérifier sir les diodes de
protection sont internes ou non.
Critère de choix de la période de hachage :
Ila faut que THAC<<ττττ=
L L
R L
LL : inductance interne du moteur RL : inductance interne du moteur
Rm Lm E
Ll U
Q1 Q2
Q3
Q4
D1 D2
D3
D4
Vm
