Les montages Hacheur
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Études des montages HACHEUR
Sébastien GERGADIERLycée Richelieu
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TSI 1
Plan de la présentation
Introduction et généralités
Présentation application support
Objectifs des montages Hacheurs
Structure d’un variateur de vitesse pour MCC
Le montage hacheur série à conversion directe
Principe
Valeurs moyenne et efficace de sortie
Le montage hacheur parallèle à conversion directe
Principe
Valeurs moyenne et efficace de sortie
Les montages hacheur à conversion indirecte
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AGIR
ÉnergieÉlectriqueContinue
ÉnergieÉlectrique Continue
Montage Hacheur
Introduction et généralités
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PRESENTATION DU SUPPORT
MACHINE DE CONDITIONNEMENT DE COMPRIMES
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PRESENTATION DU SUPPORT
ALIMENTER CONVERTIR TRANSMETTREDISTRIBUERAlimentations électrique et pneumatique
Remplir le flacon de
comprimés
ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER
Chaîne d’information
Signalisation lumineuse : Balise
Commandes utilisateur
Chaîne d’énergie
APICapteurs TORCapteurs ultra son
Boîtier de commande
Moteurs CC
VérinsRéducteursVibreurConvoyeur…
Prise réseau
+ Prise pneumatique
Flacon rempli du nombre de comprimés
désiré et bouché
Flacon vide sur palette avec un bouchon
Contacteurs
Variateur de vitesse
Niveau trémie
Présence palette
Affichage production
Ordres
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Objectif : Obtenir une tension continue variable à partir d’une source continue fixe.
Introduction et généralités
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Introduction et généralités
MCC
CVS
STRUCTURE INTERNE D’UN VARIATEUR POUR MCC
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Introduction et généralités
STRUCTURE ELECTRONIQUE D’UN VARIATEUR POUR MCC
Montage
Redresseur
PD3
Filtre LC Montage Hacheur
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Introduction et généralités
Première possibilité :
Montage diviseur de tension
Si Id = 0, alors : 2
1 2
.d s
RU U
R R
Si Id ≠ 0, alors : 2
1 2 2
..
.c
d sc c
R RU U
R R R R R
Relation qui dépend de Rc.
Rendement très faible.
Inconvénients :
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Introduction et généralités
e
. ²
R . ²d c d
s q s
P R I
P I
3
. 1 ²
² ² ². 2 ² ²c
c c c
RR
R R R R R RR R
si R1= R et R2= 1- R
Le rendement est maximal pour : 2 1cR R R
Soit pour α=0.5, on a : 16%
Donc 84% de la puissance fournie par la source est perdue par effet Joule, et n’est donc pas transmise à la charge.
Montage jamais utilisé en électronique de puissance.
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Seconde possibilité :
Utilisation d’un convertisseur statique CVS
On utilise un interrupteur à la place des résistances R1 et R2.
Conséquences :
Plus de puissance perdue par effet Joule (si K parfait)
Circuit supplémentaire pour la commande de l’interrupteur
Introduction et généralités
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La commande de l’interrupteur K est périodique de période T.
ont
T
État de K
1
00 ton T
temps
On note α le rapport entre le temps de conduction ton par rapport à la période T.
Introduction et généralités
Deux possibilités :
faire varier ton avec T constant
faire varier T à ton constant.
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Montage hacheur série
Schéma de principe d’un hacheur série
3 Phases possibles :
K est fermé, donc ud = +U
K est ouvert et id ≠ 0, donc ud = 0
K est ouvert et id = 0, donc ud = +Ec
Conduction continue
Conduction discontinue
On suppose les interrupteurs parfaits.
Charge homogène à une source de courant
Machine à courant continu par exemple.
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Montage hacheur série
En conduction continue (courant de charge ininterrompue) :
Phase 1 : 0 t T
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants qui a pour solution :
Conditions initiales :
d min
cd
c
en t = 0; i (t) = I
U-Een t = + ; i (t) =
R
soit
Donc :
( )( )d
c c d c
di tU l R i t E
dt
/( ) tdi t Ae B
minI c
c
c
c
c
c
U EA
R
U EB
R
l
R
min( ) It
c cd
c c
U E U Ei t e
R R
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Montage hacheur série
Phase 2 : T t T
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants qui a pour solution :
Conditions initiales :
d max
cd
c
en t = T; i (t) = I
Een t = + ; i (t) = -
R
soit
Donc :
( )0 ( )d
c c d c
di tl R i t E
dt
/( ) t Tdi t De E
maxI c
c
c
c
ED
R
EE
R
max( ) It T
c cd
c c
E Ei t e
R R
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Montage hacheur série
Tension aux bornes de la charge
Courant dans la charge
Courant dans l’interrupteur
Courant dans la diode
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Montage hacheur série
max( ) It T
c cd
c c
E Ei t e
R R
min( ) It
c cd
c c
U E U Ei t e
R R
min
.
I
1
T T T
c cT
c
Ue e
R E
Re
Phase 1 :
Phase 2 :
En t = αT : max minI I . . 1T T
c
c
U Ee e
R
En t = T :
min maxI I . . 1T T T T
c
c
Ee e
R
Expression des courants min et max :
Ondulation du courant dans la charge :
max minI II
1 1
.
1
T TT
T
e eU
IRc
e
max
. 1
I
1
T
c cT
c
Ue
R E
Re
Si T<<τ, on utilise un développement limité à l’ordre 1 de l’exponentielle en 0 :
. . 1
c
UI
l f
Cela revient à négliger la résistance Rc.
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Montage hacheur série
1
c
UI
l f
Ondulation maximale du courant dans la charge :
Ondulation maximale pour : 0d I
d
Soit pour : 1
2
maxI
4 c
U
l f
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Montage hacheur série
Formes d’ondes de la tension et du courant en sortie :
Valeur moyenne de la tension de sortie :
Donc :
On a aussi : 0
( ). ( ) . d
d c c d c
di tU E R i t l
dt
Si on néglige la résistance Rc, on a de même : 0d cU E U
0
0
1( )
T
d dU u t dtT
0
0
1 1. 0.
T T
d
T
U U dt dtT T
0dU U
Comme la vitesse de rotation est proportionnelle à Ec, on peut régler celle-ci en agissant sur α.
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U
K
D
CHARGE
C
Filtre passe-bas
Montage hacheur série
Si on désire disposer d’une alimentation continue réglable, la source de sortie doit être considérée, vu de la charge, comme une source de tension.
Or, en vertu des règles d’association des sources, il faut placer une inductance.
On peut placer un condensateur pour changer la nature de la source de sortie.
On parle alors d’alimentation à découpage.
L
On rappelle que tout signal x(t) est décomposable comme :
( ) ( ) ( )x t x t x t
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Montage hacheur série
Dimensionnement du filtre LC :
Conventions :
L’impédance d’un condensateur de capacité C notée Zc s’exprime par :
1cZ jC
Donc, la composante continue (ω=0) du courant ne circule pas dans le condensateur.
( ) ( )C Li t i t
L’inductance L se détermine comme pour une charge du type source de courant. 1U
ILf
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Montage hacheur série
Donc :
( )( ) . C
C
dv ti t C
dtOr :
1 1( ) . ( ). . ( ).C C Lv t i t dt i t dt
C C
1
2
2
1. ( ) ( )
TT
L LT T
Vs i t dt i t dtC
1
8 8 ²
UIVs
Cf LCf
max 32 ²
UVs
LCf
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Montage hacheur parallèle
Schéma de principe d’un hacheur parallèle
3 Phases possibles :
K est fermé, donc uK = 0
K est ouvert et il ≠ 0, donc uK = uD
K est commandé et il =0, donc uK = U
Conduction continue
On suppose les interrupteurs parfaits.
On suppose aussi que la capacité C est suffisamment élevée pour que uD(t)=constante=uD0
Conduction discontinue
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Montage hacheur parallèle
Phase 1 : 0 t T
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants.
Condition initiale :
l minen t = 0; i (t) = I
Donc :
( )ldi tU ldt
min( ) Il
Ui t t
l
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Montage hacheur parallèle
Phase 2 : T t T
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants.
Condition initiale :
l maxen t = T; i (t) = I
Donc :
Il faut que le courant diminue, il faut donc que :
0
( )lD
di tU l U
dt
0max( ) . ID
l
U Ui t t T
l
0DU U
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Montage hacheur parallèleFormes d’ondes des signaux :
Expression de la tension moyenne de sortie Ud0 :
( )1 1 1( ) . . . ( ) . ( ) ( 0) 0
car signal périodique en régime permanent
ll l l l
T T
di tv t l dt l di t i t T i t
T dt T T
Soit :
0 . 1( ) 0 dl
U T U U Tv t
T
Donc : 0 1
1dU
U
Si pas de pertes dans le CVS :
0
0
1d
l
I
I
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Montage hacheur parallèle
En théorie, la valeur moyenne de la tension de sortie est infinie pour α=1,
Mais en pratique elle est limitée, car l’étude à été menée avec des composants supposés parfaits. (voir TD)
Dimensionnement de l’inductance l :
min
0max
( ) . I
( ) . I
l
dl
Ui t t
lU U
i t t Tl
Phase 1 : 0 t T Phase 2 : T t T
Donc : 0 1d
l
UUI
lf lf
Ondulation du courant dans la source ∆Il :
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Montage hacheur parallèle
Dimensionnement de la capacité du condensateur C :
On tient compte désormais de l’ondulation de la tension ud(t). Cette ondulation est due à la composante alternative du courant dans la charge.
Pour , on a :0 t T max
0( ) .S
Idv t V t
C
Donc, en t=αT, on a : max
0( ) .S
Idv t T V T
C
Soit, en fait : 0max min
dS
IV V V
Cf
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Montage à conversion indirecte
VOIR TD
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