Filière : GENIE INDUSTRIEL Département : Génie Mécanique ...

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

Filière : GENIE INDUSTRIEL

Département : Génie Mécanique et Productique

Département : Génie Electrique

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur

Présenté par : RAKOTOARIVONY Herisoa

Encadré par M.ANDRIATSIHOARANA Harlin Samuel

Année universitaire : 2000-2001

Date de soutenance : mardi 15 janvier 2002.

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ALIMENTATION A VITESSE VARIABLE D’UN MOTEUR A COURANT

CONTINU PAR HACHEUR A THYRISTORS

Mémoire de fin d’études

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

Filière : GENIE INDUSTRIEL

Département : Génie Mécanique et Productique

Département : Génie Electrique

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur

Présenté par : RAKOTOARIVONY Herisoa

Membre de jury :

• Président : Monsieur Solofomboahangy ANDRIAMITANJO

• Chef de département Génie Electrique, E.S.P.A

• Rapporteur : Monsieur ANDRIATSIHOARANA Harlin Samuel

• Examinateurs : Monsieur RAVALOMANANA Solofonirina Olivier

Monsieur RAJAONARIVELO Jean André

Monsieur RAKOTONIAINA Solofo Hery

Enseignants à l’E.S.P.A

Date de soutenance : mardi 15 janvier 2002.

Lieu : salle n°23 Bloc Technique Ankatso

Année universitaire : 2000-2001

ALIMENTATION A VITESSE VARIABLE D’UN MOTEUR A COURANT

CONTINU PAR HACHEUR A THYRISTORS


«««« Heureux ceux qui ont le cœur Heureux ceux qui ont le cœur Heureux ceux qui ont le cœur Heureux ceux qui ont le cœur

pur, car ils verront Dieupur, car ils verront Dieupur, car ils verront Dieupur, car ils verront Dieu !!!! » » » »

MatthieuMatthieuMatthieuMatthieu : 5.6: 5.6: 5.6: 5.6


REMERCIEMENTS D’abord, je loue mon Dieu, le Seigneur de tout mon être, de m’avoir donné la

force ; la santé et le courage…pour que je puisse mener à terme ce travail.

J’adresse mes vifs remerciements à :

- Monsieur Benjamin RANDRIANOELINA Directeur de l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo d’avoir accordé ma candidature au sein

de cette formation d’Ingénieurs. Soyez remercié !

- Monsieur Solofomboahangy ANDRIAMITANJO, chef de département

Génie Electrique qui nous a formé ; m’a guidé tout au long de mes cinq années

d’études. Que Monsieur le chef de département soit également remercié pour bien

vouloir présider le jury de ce présent mémoire.

- Monsieur ANDRIATSIHOARANA Harlin Samuel, enseignant à l’E.S.P.A,

qui n’est autre que le rapporteur du présent mémoire. Vous avez consacre une

grande partie de vos précieux temps pour me guider tout au long de l’élaboration

et de la réalisation de ce mémoire. Veuillez accepter ma gratitude !

- Aux membres du jury en personnes de :

• Monsieur RAJAONARIVO Jean André

• Monsieur RAVALOMANANA Solofonirina Olivier

• Monsieur RAKOTONIAINA Solofo Hery

Enseignants à l’E.S.P.A

Qui ont jugé la forme et le fond de cet ouvrage malgré leurs

occupations socioprofessionnelles.

- Enfin , j’ai une pensée pleine de gratitude à mes chers parents ; à tous

les membres de ma famille, ainsi qu’à mes amis et collègues qui m’ont toujours

encouragé dans mes études

QUE DIEU VOUS BENISSE !

Herisoa


PRESENTATION DU SUJET

ETUDE THEORIQUES :

Les équations relatives au MCC

Les variateurs de vitesse d’un MCC

Les différents types de hacheurs

Fonctionnement du hacheur à thyristors

TRAVAUX DEMANDES :

Conception et réalisation d’un circuit de commande

Réalisation du hacheur

Essais et mesures

TITRE : « ALIMENTATION A VITESSE VARIABLE

D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU PAR


SOMMAIRE

PRESENTATION DU SUJET

I.INTRODUCTION ------------------------------------------------------------------------------ 1

II LES EQUATIONS RELATIVES AU MCC ---------------------------------------------- 2

II.1 GENERALITES ............................................................................................................... 2

II.2 EQUATIONS GENERALES ......................................................................................... 4 II.2.1 Expression de la f.é.m : .................................................................................. 4

II.2.2 Equation de tension:....................................................................................... 4

II.2.3 Expression générale du couple : .................................................................... 5

II.2.4 Différents types de MCC ............................................................................... 6

II.2.4.1 Moteur shunt et moteur à excitation séparée ................................. 6

II.2.4.2 Moteur série ................................................................................... 6

II.2.5 La vitesse de rotation : ................................................................................... 7

II.2.6 Conclusion : ................................................................................................... 7

III VARIATION DE LA VITESSE DE ROTATION DES MCC ------------------------ 8

III.1 VARIATION PAR RESISTANCE OU REGLAGE RHEOSTATI QUE : ................ 8

III.2 VARIATION PAR LE FLUX: ...................... ................................................................ 9

III.3 VARIATION PAR LA TENSION D'INDUIT: .......... ................................................ 10

IV LES DIFFERENTS TYPES DE HACHEURS --------------------------------------- 12

IV.1 DEFINITION: ............................................................................................................... 12

IV.2 ETUDE DE QUELQUES MONTAGES: .................................................................... 12

IV.2.1 Les hacheurs directs: .................................................................................. 13

IV.2.1.1 Le hacheur série: ........................................................................ 13

IV.2.1.2 Le hacheur parallèle: ................................................................. 16

IV.2.1.3 Hacheurs réversibles en courant: ............................................... 19

IV.2.1.4 Le hacheur en pont: .................................................................... 20

IV.2.2 Les hacheurs à liaison indirecte ou à accumulation: .................................. 24

IV.2.2.1 Le hacheur à stockage inductif: .................................................. 24

IV.2.2.2.Le hacheur à stockage capacitif: ................................................ 27

IV.3 ONDULATION DU COURANT CONTINU ................ ............................................. 30


IV.4 LES SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE UTILISES .................................... 34

IV.4.1 Diode ; ........................................................................................................ 34

IV.4.2 Thyristor (ou diode commandée) ............................................................... 35

IV.5 CONCLUSION: ............................................................................................................ 37

V FONCTIONNEMENT DU HACHEUR A THYRISTORS -------------------------- 38

V.1 phenomene de commutation forcee (ou commandee): .................................. 38

V.2 schema equivalent d'un abaisseur a commutation forcee periodique: ........ 40

V.3 les divers etats de conduction du contacteur statique .................................... 42

V.3.1 Enclenchement : .......................................................................................... 42

V.3.2 Déclenchement : .......................................................................................... 44

V.3.3 Remarque : charge initiale du condensateur d'extinction ............................ 46

VI DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DE PUISSANCE -------------------- 48

VI.1 Calculs des temps d'enclenchement et de déclenchement [4] ...................... 48

VI.1.1 Le temps d'enclenchement: t"e: .................................................................. 48

VI.1.2 Le temps de déclenchement: t"d ................................................................. 50

VI.2 DIMENSIONNEMENT DU CIRCUIT DE BLOCAGE: ....... ................................... 52

VI.2.1 Temps de protection: .................................................................................. 52

VI.2.2 L’expression de C: ..................................................................................... 53

VI.2.3 L'expression de Lc ...................................................................................... 54

VI.2.4 applications numériques: calcul de Lc et C ................................................ 54

VI.3 DETERMINATION DE LA FREQUENCE D'OPERATION: ... ............................. 58

VII LE CIRCUIT DE COMMANDE ------------------------ ------------------------------- 59

VII.1 PRINCIPE: .................................................................................................................. 59

VII.2. SCHEMA FONCTIONNEL :.................................................................................... 60

VII.3 CHRONOGRAMMES: .............................................................................................. 61

VII.4 ETUDE DE CHAQUE CELLULE ............................................................................ 62

VII.4.1 Obtention du signal rectangulaire: (a) ....................................................... 62

VII.4.2 Le détecteur de flancs montants: ............................................................... 62

VII.4.3 Détecteur des flancs descendants: ............................................................. 63

VII.4.4 Amplification par les transformations d'impulsions: ................................ 64

VIII CONCLUSION ----------------------------------- ---------------------------------------- 65

ANNEXES --------------------------------------------------------------------------------------- 66

BIBLIOGRAPHIE ------------------------------------- ---------------------------------------- 83


LISTES DES ABREVIATIONS

CS :Contacteur Statique

Db :Diode de blocage

f.é.m :force électromotrice

GTO: Gate Turn Off

Ta :Thyristor auxiliaire

Tp :Thyristor principal

PME /PMI : Petites et moyennes Entreprise /Industrie

[ ] ou * : renvoi et référence bibliographique

I INTRODUCTION


1

I.INTRODUCTION

Pendant plusieurs années, on avait utilisé dans certaines applications

industrielles des systèmes mécaniques pour varier ou régler la vitesse des moteurs

électriques. Cette technique est malheureusement difficile, surtout pour le cas des

Moteurs à Courant Continu dont la tension qu’on dispose est continue et fixe.

Vu l’évolution de la technologie actuelle, des meilleures solutions ont été

apportées par ″ l’Electronique de puissance. ″.Grâce à la mise au point des semi-

conducteurs de puissance (transistors, diodes, thyristors….), le convertisseur conçu est

fiable, moins encombrant et insensible aux vibrations mécaniques….

Dans ce projet, il s’agit plus particulièrement d’étudier et de réaliser un hacheur

à thyristors pour l’alimentation à vitesse variable d’un Moteur à Courant Continu.

Pour cela, ce présent mémoire a été subdivisé en plusieurs chapitres

interdépendants dont on peut regrouper encore en trois parties :

-La partie concernant les rappels sur les M.C.C.

-La partie concernant les études théoriques sur les hacheurs

-La partie concernant la conception et la réalisation.

II.LES EQUATIONS RELATIVES AU M.C.C


2

II LES EQUATIONS RELATIVES AU MCC

II.1 GENERALITES

Les moteurs à courant continu" (MCC) sont des machines tournantes

transformant l'énergie électrique en énergie mécanique. C'est alors un "convertisseur

électromécanique.

-Représentation normalisée d'un MCC :

Figure II.1 : Représentation normalisée d'un MCC

-Description:

Un MCC est composé de:

Un circuit magnétique comportant une partie fixe : "le stator"; et une

partie tournante: "le rotor".

Une source de champs magnétiques (inducteur) Cette source peut être :

un courant et le circuit magnétique porte alors deux circuits électriques,

elle peut être aussi constituée d'aimants permanents, dans ce cas le circuit

magnétique porte un bobinage unique (l'induit.

Un collecteur qui, associé aux balais permettant de relier le circuit

électrique rotorique à un circuit extérieur à la machine. L'ensemble balais-

collecteur assure une fonction de redressement.



3

Encoche pour les

conducteurs de

l'induitCollecteur

et balais

Rotor (induit)

Bobinage d'excitation

Stator (inducteur)

Entrefer

Figure.II.2 :Coupe schématique d'un MCC à bobines inductrices

-caractéristiques : les propriétés de tous les moteurs sont déterminées par

l’ensemble de caractéristiques suivantes :

Caractéristiques de démarrage

Caractéristiques de fonctionnement mécanique

Caractéristiques de freinage et inversion du sens du moteur

Caractéristiques de réglage

Ce dernier nous permet d’étudier à la chapitre III les différents modes de

variations de la vitesse d’un MCC



4

II.2 EQUATIONS GENERALES [5]

II.2.1 Expression de la f.é.m :

La force électromotrice développée par un moteur à courant continu peut

s'exprimer comme la formule ci-après :

Φ= nNa

pE

2

2 (II.01)

Avec : 2p : C'est le nombre de pôles de l'inducteur

2a : Nombre de voies en parallèle de l'enroulement de l'induit

n : nombre de conducteurs actifs (au nombre de brins actifs)

N : vitesse de rotation en tour par seconde [tr/s]

φ : le flux utile par pôle exprimé en Weber [Wb]

Ce flux est produit par le courant d'excitation (Ie = (Ve/R)

NB : Ici, la réaction d'induit est compensée, sinon quand le moteur est en charge,

la formule (II.01) devient :

)(2

20 ∆Φ−Φ= nN

a

pE (II.02)

Où ∆φ c'est la réduction due à la réaction d'induit crée par le bobinage de l'induit

parcouru par un courant i.

Φ0 c’est le flux utile dû au seul inducteur

II.2.2 Equation de tension:

Soit U la tension appliquée à l'armature (ou induit) du moteur:

On a d'après la loi d'Ohm:

U = E + ra I (II.03)

Où ra: c'est la résistance totale du circuit parcourue par le courant I.



5

E

I

U

Figure II.3

Remarquons qu'en basse tension, la chute de tension eB aux contacts balais –

collecteurs n'est pas négligeable, et la tension U devient :

U = E + (raI + eB) (II.04)

II.2.3 Expression générale du couple :

En multipliant l'équation (II.3) par I, on obtient :

UI = EI + raI² (II.05)

On en déduit :

P = UI: la puissance absorbée par l'induit.

Pj = ra I2 : les pertes joules.

La différence Pe = P – Pj = EI est la puissance électrique transformée

intégralement en puissance mécanique appelée "puissance électromagnétique". Ce qui

donne naissance au "couple électromagnétique".

a

pnKKI

n

EI

n

PC e

e 22

2où (II.06)

22 πππ=Φ=== (II.07)

Réellement, "le coupe utile" Cm ou "couple moteur" est la différence entre le

couple électromagnétique Ce et le couple de pertes Cp qui sont d'une part les pertes fer

(hystérésis et courant de Foucault), d'autre part, les pertes mécaniques (frottements et

ventilations).

Cm = Ce – Cp (II.08)

Mais pratiquement, le couple Cp dépend de la vitesse et peut être négligeable par

rapport au couple électromagnétique Ce. Ainsi peut-on écrire que:

Cm ≅ Ce = KIφ (II.09)



6

II.2.4 Différents types de MCC

II.2.4.1 Moteur shunt et moteur à excitation séparée

Figure.II.4.a :Moteur à excitation séparée Figure.I I.4.b : Moteur shunt

Pratiquement, ces deux types de moteur sont semblables car l'excitation est

assurée par une même source de tension extérieure à l'induit.

Pour le moteur shunt de la figure II.4.b. on a : I = Ia + Ii avec Ii =(U/R) or la

résistance R de l'inducteur est très élevée, donc Ii << Ia

C'est à dire que : Ia ≅ I (II.10)

II.2.4.2 Moteur série

Figure.II.5 : Moteur série

Pour ce type moteur, le courant de l'induit et le courant de l'excitation sont

identiques : I = Ia = Ii (II.11)

Fig.II.5

M M

RhéostatIInduit

excitation

I Ii

Ia

UU

+

- -

+

Ri



7

II.2.5 La vitesse de rotation :

L'expression de la vitesse de rotation d'un MCC est donnée par la relation:

φC

IarUN

−= (II.12)

Avec:

C: c'est le "couple mécanique" :

na

pC

2

2= (II.13)

U: C'est la tension aux bornes de la machine.

I: est le courant de l'induit.

ra: la résistance totale du circuit parcouru par le courant de l'induit I

II.2.6 Conclusion :

On peut conclure que :

D'après la formule (II.09), le couple utile Cm d'un MCC est proportionnel au

courant de l'induit et au flux de l'inducteur.

D'après la formule (II.13) précédente, on peut régler la vitesse de rotation d'un

MCC

En faisant varier la tension d'induit U

En faisant varier la résistance du circuit d'induit.

En faisant varier le flux d'excitation φ.

III.VARIATION DE LA VITESSE DE ROTATION DES M.C.C


8

Redresseur1 Redresseur2

M

III VARIATION DE LA VITESSE DE ROTATION DES

MCC

Pratiquement, pour la grande majorité des entraînements on considère la

machine entraînée comme travaillant à "couple constant" tandis que le moteur électrique

doit avoir une "caractéristique shunt". Ce qui nous a conduit à étudier les différentes

possibilités courantes de variation de vitesse d'un moteur shunt à courant continu qui

entraîne une machine dont le couple résistant est constant.

III.1 VARIATION PAR RESISTANCE OU REGLAGE RHEOSTATI QUE :

On fixe la tension et le flux à leur valeur nominale, et on peut à l'aide d'un

rhéostat Rh branché en série avec l'induit, varier la résistance de l'induit.

L'équation (II.12) devient:

( )φC

IRrU ha +−=Ν (III.01)

Le "couple moteur" est par la formule (II.09): φKICm =

En particulier:

Pour Cm = 0, I = 0 φC

UN = (III.02)

ham

ha Rr

UKC

Rr

UINPour

+=

+==

φ;;0 (III.03)

On obtient ainsi dans le diagramme représentant les caractéristiques du moteur

(Cm = f(N) ), un faisceau de droites concourantes. (figure III.2)

a. Schéma bloc :

Figure III.1.Variation de la vitesse d'un MCC par f lux d'induction avec un rhéostat

de champ



9

Cm

M2 M1 M

Nn N 0

M Ua Ue

Redresseur1 Redresseur2

Rh

Figure.III.3.a :variation de la vitesse d'un MCC pa r

flux d'induction avec un rhéostat de champ

b. Courbes caractéristiques du moteur: Cm = f(N)

Figure.III.2: caractéristiques mécaniques d'un MCC réglé par un rhéostat [2]

L'inconvénient de ce type de réglage est la consommation d'énergie autant plus

importante dans le rhéostat. Ce système ne convient que pour le démarrage ou le

freinage.

III.2 VARIATION PAR LE FLUX:

D'après la relation (II.09) du couple moteur: Cm = K φ I, on a intérêt de démarrer

à flux maximal, et quand la vitesse nominale Nn sera atteinte, on pourra réduire le flux à

l'aide d'un rhéostat de champ qui était inséré dans le circuit de l'inducteur. Remarquons

que ce rhéostat était en court-circuit pendant le démarrage.

Ainsi, il serait possible aussi de monter un "variateur de courant continu" au lieu

d'un rhéostat pour varier le courant inducteur.

Les schémas blocs et les caractéristiques du moteur sont représentés dans les

figures suivantes:

Schémas blocs :



10

Redresseur1 Redresseur2 Hacheur

M Ua Ue

Cm

Cr

Nn 0

M M1 M2

N

Figure III.3.b.Variation de la vitesse d'un MCC par flux d'induction avec un

hacheur

Courbes caractéristiques du moteur

Figure III.4.Caractéristiques mécaniques d'un MCC ( réglage par flux) [2]

Remarque: le réglage du flux permet seulement d'augmenter la vitesse du moteur

à partir de sa vitesse de base.

III.3 VARIATION PAR LA TENSION D'INDUIT :

Le flux étant fixé à sa valeur maximale, cela corresponde à la caractéristique à

tension maximale ( au point M) figure III.6. Si l'on néglige la chute de tension dans

l'induit par rapport à la tension appliquée (ra I<< U), on obtient à partir de la relation

(II.03) que:

QφKU

N 1= (III.04).



11

M Ua Ue

Redresseur1 Redresseur2 Hacheur

Cm

Cr

M2 M1 M

Nn N 0

Ainsi, pour deux tensions différentes U1 et U2 (U2<U1<Umax), les vitesses à

vide sont respectivement N01 et N02 et l'on peut écrire la relation:

φKU

N

U

N 1

2

02

1

01 == (III.05)

La vitesse du MCC diminue légèrement quand on le charge, c'est pourquoi les

caractéristiques mécaniques AiBi (pour la tension Ui) sont des droites parallèles et

sensiblement verticales dans le plan (Cm, N).

En particulier, il est possible de maintenir la charge immobile (point M3). Cette

propriété est intéressante pour des engins de levage.

Un "Hacheur" nous permet de varier la tension de l'induit

Figure III.5. Variation de la vitesse d'un MCC par la tension d'induit

- Courbes caractéristiques mécaniques du moteur:

Figure III.6 . Caractéristiques mécaniques d'un MCC dont la vites se est variée par

la tension d'induit.[2]

On peut en conclure que la variation de la tension permet seulement de diminuer

la vitesse.

IV LES DIFFERENTS TYPES DE HACHEURS


12

Ue

=

=

Us

+

-


IV.1 DEFINITION:

Un "Hacheur" est un variateur de courant continu qui permet d'alimenter une

charge (souvent une charge ohmique; ou inductive) sous une tension continue réglable à

partir d'une source constante de tension continue. Il est essentiellement utilisé pour

alimenter un MCC dont on peut varier la vitesse.

Il utilise des semi-conducteurs de puissance(Thyristors; Transistors; diodes;

GTO…); des éléments passifs (inductances, condensateur…) dont l'ensemble

fonctionne comme un "interrupteur électronique unidirectionnel" ou "contacteur

statique"

Ce contacteur agit en "hachant" la tension du circuit de charge, par la

commutation ouverture- fermeture périodique de l'interrupteur électronique. (ou C.S)

Symboles :

Figure IV.1.a Hacheur Figure IV. 1.b contacteur statique

Ue: tension d'entrée;

Us: tension de sortie

IV.2 ETUDE DE QUELQUES MONTAGES:

Pour mieux comprendre le principe de chaque montage, on fera d'abord l'étude

du "fonctionnement idéalisé" des variateurs de courant continu en régime permanent où

l'on supposera:

- primo; l'inductance de la charge à courant continu est infinie (L = ∞); c'est à

dire que le courant continu circulant dans la charge est complètement lisse.

- secundo; la durée de la commutation forcée est nulle (tc = 0) d'où dans ce cas,

on a un "contacteur idéal".



13

+

-

Ue

IV.2.1 Les hacheurs directs:

Un hacheur est direct quand il n'y a pas d'élément de stockage de l'énergie

(inductance ou capacité) entre son entrée et sa sortie.

IV.2.1.1 Le hacheur série:

On l'appelle aussi "hacheur dévolteur" ou "abaisseur" car la tension de sortie a

une valeur moyenne inférieure à la tension d'entrée.

a. Fonctionnement:

A l'enclenchement du contacteur statique, la tension ud à la sortie est égale à celle

de l'entrée Ue et le courant ie correspond au courant de charge id. Dans ce cas, la diode D

est bloquée.

Au déclenchement du contacteur statique, le courant de charge Id se décharge

alors à travers la diode D où iD = id, le courant continu ich commute alternativement du

contacteur statique à la diode D et vis versa…

b. Schéma équivalent:

Figure IV.2 : Schéma équivalent d’un abaisseur

Enclenchement

Déclenchement



14

Ud

te td

Tp

ap

aa

ie

iD

Id

Id

Ie

Ip

t

t

t

t

t

c. Chronogrammes

Figure IV.3. Fonctionnement d’un hacheur à thyristo rs (Montage série)



15

Soit te: la durée d'enclenchement

td: celle du déclenchement

et la somme te + td = Tp (IV.01) est la période de commutation

Soit P

e

de

e

T

t

tt

t=

+=α (IV.02) le « rapport cyclique »

On peut alors exprimer la valeur moyenne de :

La tension aux bornes de la charge

ede

ed U

tt

tU ×

+= (IV.03)

le courant d'entrée

dde

ee I

tt

tI ×

+= (IV.04)

le courant de diode

dde

dD I

tt

tI ×

+= (IV.05)

De (IV.02) et (IV.03) on tire Ud Id = Ue Ie (IV.06)

Par conséquent, la puissance absorbée par la charge est la même que celle

fournie à l'entrée du hacheur. En outre, la tension d'entrée est constante; mais le courant

d'entrée I est rectangulaire, quant à la sortie, Ud est rectangulaire et le courant de charge

Id est constant. Notons aussi que 0 ≤ Ud ≤ Ue



16

+

-

Ue CS

Déclenchement

Enclenchement

IV.2.1.2 Le hacheur parallèle:

Souvent on appelle ce montage: "montage à récupération.

Ici le contacteur statique est monté en dérivation avec le générateur.

Schéma équivalent:

Figure IV.4 . Hacheur parallèle

Fonctionnement:

Durant le temps d'enclenchement (te), la charge est court-circuitée, donc ud = 0 et

que la diode D est bloquée et évite un court-circuit à l'entrée, et le courant Id circule à

travers la charge et le contacteur statique (CS).

Pendant le déclenchement (td), la tension d'entrée et la tension aux bornes de la

charge sont égales, et le courant Id traversant la diode D va récupérer l'énergie vers

l'alimentation.

La valeur moyenne de la tension continue Ud est:

ede

ee

de

dd U

tt

t1U

tt

tU

+−=

+= (IV.07)

De même, celle du courant d'entrée est:

dde

de I

tt

tI

+= (IV.08)



17

Et enfin la valeur moyenne du courant dans le contacteur statique est:

dde

eCS I

tt

tI

+= (IV.09)

Comme dans le cas du hacheur série précédent, on peut écrire aussi à l'aide des

formules (IV.06) et (IV.07) que: Ud. Id = Ue . Ie (IV.10)

C'est à dire qu'on a toujours égalité de puissance des deux côtés entrée et sortie.

Cependant, dans ce montage, c'est la charge qui va fournir l'énergie vers l'alimentation.

Ce montage est souvent utilisé pour freiner un moteur à courant continu d'un

engin de traction.



18

Ud

te td

Tp

ap

aa

iCS

ie

Id

Id

ICS

Ie

t

t

t

t

t

Chronogrammes

s

Figure IV.5. Fonctionnement d’un hacheur à thyristo rs (montage parallèle)



19

- Hacheur série :

formé par CS1 et D2

- Hacheur parallèle :

formé par CS2 et D1

U e

Id

U d

CS

1D

1

D 2 C S 2

ie

D1

CS1

IV.2.1.3 Hacheurs réversibles en courant:

C'est l'association d'un hacheur série et d'un hacheur parallèle. Avec ce montage,

on peut commander le transfert de l'énergie dans les deux sens entre "une source de

tension" et "une source de courant".

Schéma équivalent:

Figure IV.6.

Hacheur réversible.

Figure IV.6 Hacheur réversible

Fonctionnement:

Pour Id >0; on a le cas d'un hacheur série:

Soit α1T la durée de fermeture du contacteur statique CS1 durant chaque période

T, ainsi, la valeur moyenne de

Ud = α1 Ue (tension de sortie) (IV .11)

et Ie = α1 Id > 0 (courant d'entrée) (IV.12)

Le courant Id commute à CS1 et D2

pour Id < 0; il fonctionne en hacheur parallèle, et si on désigne par α2 T la

durée de la fermeture de CS2 durant chaque période T, on a:

Ud = (1- α2 ) Ue (IV.13)



20

CS1

CS'1

D1

D'1

UeId

Ud

D2

D'2

CS2

CS'2

Ie = (1- α2 )Id < 0 (IV.14)

le courant passe alors dans le deuxième contacteur statique CS2 et dans la diode

D1.

Ce montage impose ce que l'on appelle "commande complémentaire" :

α1 + α2 = 1 (IV.15)

IV.2.1.4 Le hacheur en pont:

Le hacheur en pont permettant de commander le transfert entre sources de

réversibilité différentes; et que parmi les nombreuses possibilités offertes par cette

structure, l'une de plus utilisées est celle d'un hacheur reliant:

Une source de tension réversible en courant

(Ue > 0 ; ie > 0 ou ie < 0)

et une source de courant réversible en courant et en tension.

(Id > 0 ou Id < 0 ; ud >0 ou ud < 0)

a. Schéma équivalent :

Figure IV.7. Hacheur en pont

Pour ce type montage, nous avons deux sortes de commande:

La commande séquentielle

La commande continue.



21

d. La commande séquentielle:

Le but de cette commande c'est de réduire le nombre de commutations. Ainsi, on

utilise deux interrupteurs : l'un, fermé en permanence (appelé»: interrupteur

d'aiguillage") et l'autre fermé et ouvert assurant le hachage.



22

Les quatre modes de fonctionnement d'un hacheur en pont sont résumés dans le

tableau ci-après:

.Signe de ud ud > 0 ud>0 ud < 0 ud < 0

Signe de Id Id > 0 Id < 0 Id > 0 Id < 0

Interrupteur d’aiguillage CS'2 CS'2 CS2 CS2

Interrupteur pour le Hachage CS1 CS'1 CS1 CS'1

Eléments conducteurs

pendant la fermeture de

l’interrupteur de Hachage

CS1 et CS'2 CS'1 et D'2 D2 et CS1 CS'1 et CS2

Eléments conducteurs

pendant l’ouverture de

l’interrupteur de Hachage.

CS'2 et D'1 D1 et D'2 D2 et D'1 D1 et CS2

Durée de fermeture. α1T α'1T α1T α1'T

Rapport d

e

e

d

I

I

U

U=

= α1 = 1 - α1’ = 1 - α1 = α'1

Courant ie à la fermeture iCS'2 = ie = Id =

iCS1

iD'2 = -Id =

iCS'1 ie = 0

id = 0 ie = -Id

Tension ud à la fermeture ud = Ue ud = 0 ud = 0 ud = -Ue

Courant ie à l’ouverture ie = 0, Id = ID'1 =

iCS2

-Id = iD1 =-ie

= ID'2

ie = -Id ie = 0

Tension ud à l’ouverture ud = 0 ud = Ue ud = -Ue ud = 0

Tableau IV.1. : Fonctionnement d’un hacheur en pont (commande séquentielle.



23

On peut en conclure pour la commande séquentielle qu’on a deux cas de

fonctionnement :

-1er Cas : Ud Id = Ue Ie > 0, on retrouve le fonctionnement du hacheur série.

-2ème Cas Ud Id = Ue Ie <0, on retrouve celui du hacheur parallèle.

c. Commande continue:

Le but c’est d’avoir une loi de commande unique au lieu de quatre comme

précédente, on procède alors comme suit :

Pour 0 < t < α1T : on commande la fermeture de CS1 et CS'2.

Si : Id > 0 alors ie = ICS1 = Id = ICS'1 et

Si : Id < 0, iD2 = -Id = iD1 = -ie

Pour les deux cas, la tension de sortie ud est toujours égale la tension d’entrée Ue

et elles on les mêmes signes (ud = Ue)

Pour α1T < t < T : On commande la fermeture des deux autres

contacteurs statistiques CS2 et CS'1, ainsi

Si : Id > 0 ; iD'1 = Id = iD2 = -ie

Si : Id < 0 ; i = iCS2 = -Id = iCS'1

Dans ce deuxième cas : ud = -Ue

On a toujours la même expression de la valeur moyenne de la tension de sortie :

( )[ ]eeed TUTUT

U αα −−= 11

1 (IV.16)

D’où la loi de commande :

12 −== αd

e

e

d

I

I

U

U

(IV.17)

C’est à dire que : quand α1 va de un à zéro, ud va de +Ue à –Ue.



24

C Sie= iC S

V cs

U eV d

U d

d. Exemple d’utilisation du hacheur en pont :

Le hacheur en pont est souvent utile pour la commande à quatre quadrants

d’une machine à courant continu, à partir d’une batterie d’accumulateur,

IV.2.2 Les hacheurs à liaison indirecte ou à accumulation:

Comme son nom l’indique, les hacheurs à liaisons indirectes comportent un

élément de stockage de l’énergie (inductance ou capacité) donc, l’entrée et sortie ne sont

jamais reliées directement. Ils sont nécessaires pour commander le transfert d’énergie

entre deux sources de même nature sans changer la nature de l’une d’elles.

IV.2.2.1 Le hacheur à stockage inductif:

Le hacheur à stockage inductif permet de relier un générateur et un récepteur de

tension. Ainsi, l’élément de stockage doit être une inductance qui joue le rôle d’une

source de courant reliée à l'entrée (phase de charge) ou à la sortie (phase de décharge).

a. Schéma équivalent:

Figure.IV.8: Hacheur à stockage inductif

b. Fonctionnement:

- pour 0 < t < αT : le contacteur statique conduit, l’inductance L emmagasine

l’énergie provenant de la source de tension (générateur tension) on a alors :

ie = iCS = iL , Id = 0 ; VD = (-Ue + Ud)

Puisque eL U

dt

diL = ; iL croît linéairement.



25

c- pour αT < t < T : C’est la diode D qui conduit, l'énergie stockée dans

l’inductance est maintenant transférée au récepteur de tension et le courant iL décroît

d’une façon linéaire.

On a : iL = id = iD ; ie = 0 ; vCS = +(Ue + Ud)

En régime permanent, le courant iL a la même valeur moyenne IL pendant les

deux intervalles d’où les valeurs moyennes des courants d’entrée Ie et de sortie Id.

Ie = α IL; Id = (1-α) IL (IV.18)

Si les pertes à l'intérieur du hacheur sont négligeables, la puissance moyenne est

la même à l’entrée qu'à la sortie.

αα−

==1d

e

e

d

I

I

U

U (IV.19).



26

0T

t

Ie = iCS

0

Ue+Ud

0

0

-(Ue+ud)

D

iD=id

iL

IL

T

t

t

vCS

t

0

vD

t

CS D CS

c. Diagrammes:

Figure IV.9. Formes d’ondes pour un hacheur à stoc kage Inductif.



27

Ie

Ue VcsCS Vd

Uc

Ud

IdC

IV.2.2.2.Le hacheur à stockage capacitif:

Dans ce montage, on utilise comme source de tension intermédiaire un

condensateur. Le système consiste à relier deux sources de courant.

a. Schéma équivalent:

Figure IV.10. : Hacheur à stockage capacitif

b. Fonctionnement :

A 0 < t < αT : la diode D est bloquée, le contacteur statique CS conduit et le

condensateur C alimente le récepteur à courant constant Id, la tension uc aux bornes du

condensateur va diminuer alors linéairement :

Ue = 0 ; ud = uc

iC = -Id ; C

I

dt

du dc −=

iCS = Ie + Id ; vCS = 0 ; iD = 0 ; vD = -ud

pour αT < t < 0 : la diode n’est plus bloquée et le générateur va charger le

condensateur à courant Ie constant, la tension Uc croît linéairement de nouveau et l’on

a :



28

Ue = uc ; ud =0

ic = ie ; C

I

dt

du ec =

iCS = 0 ; uCS = uC iD = Ie +Id vD =0

Comme dans le cas du hacheur à stockage inductif, la tension aux bornes de C a

la même valeur moyenne uc pendant la décharge et pendant sa charge en régime établi.

D’où les valeurs moyennes Ue et Ud des tensions d’entrée et de sortie:

Ud = α Uc Ue = (1-α) Uc (IV 20)

De même, si on néglige les pertes dans le hacheur, on retrouve les mêmes

valeurs moyennes de puissances à l’entrée et à la sortie :

αα−

==1d

e

e

d

I

I

U

U (IV.21).



29

uc

Uc

0 t ααααT T

0 t

0 t

0 t

0 t

ics

Ie+Id

Ue vcs

Ie+Id

iD

vD -Ud

ααααT T

CS CS D D

c diagrammes:

Figure.IV.11. Forme d’ondes pour un hacheur à stock age capacitif



30

id

R

L

Ui

Ud

+

_

IV.3 ONDULATION DU COURANT CONTINU

En réalité, l’inductance L de la charge à courant continu est finie. Ainsi à cause

de la tension rectangulaire fournie à la charge par le hacheur, le courant continu possède

une certaine ondulation.

Considérons la charge à courant continu de la figure IV.12 :

Figure IV.12

On a l’équation différentielle :

iddd uuRi

dt

diL −=+ (IV.22)

- Pendant la durée d’enclenchement te : ud =Ue

La valeur initiale du courant continu est 0di

on obtient la solution de l’équation différentielle :

Td

Tied eie

R

UUi

ττ −−+−−=

0)1( (IV.23)

où R

LT = (IV.24) est la constante de temps de la charge

τ: la variable de temps mesurée à partir de l’instant d’enclenchement



31

- pendant la durée de déclenchement td

ud=0

la valeur initiale du courant vaut 1di

Td

Tid eie

R

Ui

''

1)1(

ττ −−+−−= (IV.25)

- Détermination des conditions initiales id0 et id1 :

Pour et=τ , on a id=id1 et on tire de (IV.23)

T

t

dT

tie

d

ee

eieR

UUi

−−+−−=

01)1( (IV.26)

Pour un régime permanent , il faut qu’à l’instant τ’=td, le courant soit de

nouveau égal à ido .De (IV.25) on tire, en substituant id1 par son expression trouvée

précédemment :

R

U

R

Ui i

e

eeed

TpT

Tdt

Tet

−=−

−−

−

−

1

)1(

0 (IV.27)

où dep ttT += c’est la période de pulsation.



32

id

Îd

id0 id1 Id

t

t

ie

id1

id0 t

iD

id1 id0

t

Ud TP

te td

τ τ’

Ui

Ue

Les diagrammes suivants nous montre l’allure de la tension et des courants :

figure IV.13



33

- L’ondulation :

Elle est donnée par :

01 ddd iiÎ −= (IV.28)

à l’aide des relations (IV.26) et (IV.27), on obtient après quelques

transformations :

TpT

Tdt

Tet

e

eeed R

UÎ

−

−−

−

−−=1

)1)(1( (IV.29)

l’ondulation du courant continu ne dépend que de la période de pulsation Tp et

de la durée d’enclenchement ,à condition que id0>=0

la valeur moyenne du courant continu :

ττ∫ ∫+=e dt t

ddp

d didiT

I0 0

(1 (IV.30)

où il faut introduire pour id dans la première intégrale l’expression (IV.23) et la

deuxième intégrale son expression dans (IV.25) ;et on obtient après calculs :

)(1

i

p

eed UT

tU

RI −= (IV.31)

)(1

ied UUR

I −= α (IV.32)

→ R

UUI id

d

−= (IV.33)

On voit que l’inductance de charge n’a d’influence sue la valeur moyenne du

courant continu.



34

Ue

t

Ur

t

VAK

A K

1A

iAK

1V vAK

Caractéristique réelle

Caractéristique idéalisée

IV.4 LES SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE UTILISES

IV.4.1 Diode ;

Symbole :

Figure IV.14.a. Diode de redressement Figure IV.14.b.

Le semi-conducteur de base élémentaire est la diode c’est une jonction semi-

conductrice simple qui se bloque(en circuit ouvert) lorsqu’on inverse le courant à ses

bornes et elle est conductrice (en court-circuit) lorsque le courant circule dans le sens

anode-cathode (VAK faible ou nulle) Ainsi, elle est utilisée pour le redressement.

FigureIV.15.a. Oscillogrammes de tensions



35

ue UR

i

V

VAK

A K

g B

A O

C

i

Figure IV.15.b . Redressement monophasé, mono alternance à diode

- Etat passant : > Seuil (Seuil ~ 0.7 à 1Volts)

- Etat bloqué : VK > VA

En réalité il existe toujours des courants inverses mais faibles.

IV.4.2 Thyristor (ou diode commandée)

Un thyristor est un dispositif à trois jonctions dont on peut déclencher la

conduction. Il conduit lorsqu’on injecte une impulsion positive suffisante et que son

anode est positive. Il se comporte comme une diode à l’état conducteur.

Symbole :

Figure IV.16

Caractéristique du thyristor :

OC :tension négative ↔ thyristor bloqué

OA :tension positive, pas d’impulsion de gâchette ↔ thyristor bloqué



36

K

G

ue DRL UR

UR

0 ππππ 2ππππ t

α α α α (angle de retard)

OB :tension positive + impulsion de gâchette ↔ thyristor conducteur

Le thyristor travaille de 500 à 7000 Volts avec des puissances pouvant atteindre

ou dépasser largement les mégawatts.

Il remplit plusieurs fonctions :

- fonction de redressement : Analogue à celui de la diode

- fonction « interrupteur »: Permettant de remplacer des contacteurs

mécaniques

- fonction de régulation : La possibilité de varier de façon précise le temps

d’amorçage du thyristor permet de commander la puissance ou le courant

moyen de sortie

- fonction amplification : Comme le courant de commande est très faible par

rapport au courant principal, on a alors un gain en courant et en puissance

Figure IV.17. Redressement mono alternance à thyris tor



37

IV.5 CONCLUSION:

Nous avions étudié dans le cas général ; les principes des différents types de

hacheur, et l’on arrive aux conclusions suivantes :

- Les composantes de puissance travaillant toujours en deux états distincts, qu’ils

soient «fermés » ou qu’ils soient «ouverts », on peut dire alors qu’ils jouent le rôle de

«l’ interrupteur »

Il n’y a pas de dissipation d'énergie au niveau interrupteur, en effet, la puissance

dissipé au niveau composant se calcule comme :

∫=T

kk dtivT

P0

1 (IV.34)

et comme on a 2 états de conduction de l’interrupteur

[0,t1] : l’interrupteur est fermé vk = 0 ; ik ≠ 0

[t1,T] : l’interrupteur est ouvert vk ≠ 0 ; ik = 0

Donc P = 0.

V FONCTIONNEMENT DU HACHEUR A THYRISTORS


38

Ue ud

iTp Tp

Ta uc C +

ic D

iD

L

R

I d


Le hacheur à thyristors est l'un des plus utilisés comme convertisseurs continu-

continu dans l'électronique industriel, surtout en puissance élevée. Cependant, le

blocage du thyristor et la mise en marche du contacteur statique sont un peu

compliquées pour ce type de hacheur. D'autre part, en électronique de puissance, il est

très difficile de commuter en courant avec une très courte durée

t

i

d

d.

D'où, dans ce chapitre, il est nécessaire de traiter brièvement le phénomène "de

commutation forcée" avant d'étudier le fonctionnement du hacheur à thyristors.

V.1 PHENOMENE DE COMMUTATION FORCEE (OU COMMANDEE):

Un convertisseur est "à commutation forcée" si le transfert des courants d'une

voie à une autre est entièrement au partiellement commandé. Dans le cas du thyristor, ce

transfert est provoqué par la décharge d'un condensateur faisant partie intégrante du

convertisseur statique. Il y a lieu de noter aussi que la durée tc de la commutation doit

être faible par rapport à la période de fonctionnement (tc<< T).

Les schémas suivants nous permettrons de comprendre le principe de la

commutation forcée:

Figure V.01.a. Principe de la Commutation forcée



39

i

IdiT ic iD

tc

u

Ue

ud

Figure V.01.b. Allure des courants et des tensions pendant la commutation forcée

Sur les figures V.1.a. et V.1.b., le contacteur statique est composé d'un "thyristor

principal" Tp; d'un condensateur C et d'un "thyristor auxiliaire" Ta.

Le courant iT du thyristor principal Tp commute d'abord sur le thyristor auxiliaire

Ta et puis sur la diode D. Le principe sera résumé par le tableau qui suit:

TEMPS Etat du

condensateur C

Eléments

conducteur

Tension Ud et courant Id Observations

à t0 C est déjà

chargé à vC

Tp ud = Ue

Id = iT= cte

D est bloqué

iD = 0

à t1 C se décharge

vC

Tp et Ta Id = iT U iC Ta est allumé C se

décharge à travers Tp et Ta

iT décroît jusqu'à zéro

à t2 Ta ud varie de Ue à

Ue + vc

Id = iC

Tp est bloqué

à t3 Ta et D ud = 0

Id = iC U iD

ud ne peut pas être

négative car D conduit et

impose ud=o

iC diminue jusqu'à zéro

à t4 D ud = 0

Id = iD

Fin de

commutation forcée



40

-

+

id

iD R

L

ui

D

uc C

Dc Lc

Tp

uTp ie

Lσ1

Lσ2 Db

ud Ue

iTp

iL

vTa

Ta

Tableau V.1. Principe de la commutation forcée

La durée de la commutation forcée est environ: tc ≅ 50 à 200 µs

Remarque: Ce montage ne permet qu'une seule commutation forcée. Donc, si

on veut obtenir de façon périodique le même phénomène, la charge du condensateur

doit être convenable et suffisante pour l'extinction des deux thyristors.

V.2 SCHEMA EQUIVALENT D'UN ABAISSEUR A COMMUTATION

FORCEE PERIODIQUE:

Pour simplifier le calcul du phénomène transitoire lors de la commutation

forcée, on supposera encore que le courant circulant dans la charge est complètement

lisse (L = ∞). En outre, des éléments passifs (inductances) et une diode D sont ajoutés

au contacteur statique de la figure V.01.a. D'où le schéma équivalent d'un abaisseur:

Figure V.2. Schéma équivalent d'un abaisseur de te nsion.

Tp: thyristor principal

Ta: thyristor auxiliaire

C: condensateur du circuit d'extinction C.S

Dc: diode du circuit d'extinction

Lc: inductance du circuit d'extinction

uH



41

Lσ1 et Lσ2 sont des petites inductances dues aux connexions, elles limitent la

vitesse de variation de courant t

i

d

d dans les deux thyristors Tp et Ta

Db: diode de blocage: elle empêche la décharge partielle du condensateur C à

travers les inductances de fuites(Lσ1 et Lσ2); l'inductance Lc et l'alimentation.

D: diode de roue libre.

R, L, Ui sont des charges.



42

V.3 LES DIVERS ETATS DE CONDUCTION DU CONTACTEUR

STATIQUE:[4]

V.3.1 Enclenchement :

Nous allons admettre que le contacteur statique soit déclenché, le courant Id

circule alors à travers la charge et la diode D. Suite à un phénomène de déclenchement

précédent, le condensateur C est chargé à la polarité indiquée par la figure V.3.a.

Figure V.3.a

Quand le thyristor principal Tp est allumé, le condensateur C se décharge à

travers l'inductance Lc et la diode Dc d'extinction; de plus, la diode D se bloque

rapidement. (figure V.3.b)

Figure V.3.b .



43

Le condensateur C continue à se décharger sous une forme oscillatoire (circuit

Lc) jusqu'au changement de sa polarité (signe entre parenthèse figure V.3.c.)

Figure V.3.c.

C'est au tour de la diode Dc de passer à l'état bloqué pour éviter la décharge du

condensateur C dans le sens contraire, il ne circule plus qu'un courant de l'alimentation à

travers la charge et c'est la fin de l'enclenchement du contacteur statique.

Figure V.3.d.

Figur



44

V.3.2 Déclenchement :

L'allumage du thyristor auxiliaire provoque le déclenchement du contacteur

statique. Le condensateur va se décharger à travers le thyristor auxiliaire Ta et le

thyristor principal Tp. Ce qui provoque le blocage de ce dernier.

Figure V.4.a.

Le courant circule maintenant à travers le condensateur C et le thyristor Ta, ce

courant est maintenu constant par l'inductance de la charge. Le condensateur se

décharge et se recharge à la polarité inverse (signe entre parenthèse de la figure qui

suit).

Figure V.4.b.



45

La tension aux bornes de la charge diminue jusqu'à zéro où la diode D deviendra

de nouveau conductrice.

Figure V.4.c.

Enfin, la charge du condensateur C est arrêtée ce qui entraîne le blocage du

thyristor auxiliaire Ta, nous avons alors la même situation qu'à celle trouvée au début de

l'enclenchement du contacteur statique (figure V.3.a.); et le cycle peut recommencer de

nouveau…

Figure V.4.d.



46

-+

-

+

Ue

id

iDR

L

ui

D

uc

L

C

Dc Lc

Ta

Tp

uTpLie

RC

V.3.3 Remarque : charge initiale du condensateur d'extinction

Au premier enclenchement du contacteur statique, on doit avoir chargé le

condensateur d'extinction C à la polarité indiquée à la figure V.3.a, on peut citer 3

solutions:

On allume le thyristor auxiliaire Ta, le condensateur C se charge alors à travers

la charge à courant continu par la tension d'entrée Ue, quand la charge est terminée, le

courant s'annule et le thyristor Ta s'éteint.

Dans le cas d'un MCC dont la tension interne Ui est élevée, la méthode

précédente n'est pas suffisante pour la charge du condensateur C, ainsi, doit-on effectuer

la charge de C à travers une résistance Rc élevée comme l'indique la figure V.5.

La troisième solution consiste à modifier la structure du contacteur statique: on

dérive le circuit auxiliaire de commutation aux bornes de la charge au lieu de le dériver

aux bornes du thyristor principal, et on relie la borne du condensateur C à la borne (-) de

la source de tension Ue. Avec cette modification, il n'est plus nécessaire de pré charger

le condensateur C.

(Figure V.6)

Figure V.5. Charge du condensateur à travers une ré sistance R c.



47

Ta

Db

Ue

R

L

D

u

C

L

UC

Dc

Lc

Tp

Ui

iC

Figure V.6. Modification de la structure du contact eur statique.

VI DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DE PUISSANCE


48

VI DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DE

PUISSANCE

VI.1 CALCULS DES TEMPS D'ENCLENCHEMENT ET DE

DECLENCHEMENT [4]

Pour le calcul des éléments du hacheur, il est nécessaire de connaître le temps

d'enclenchement minimal t''e et le temps de déclenchement minimal t"d du contacteur

statique.

VI.1.1 Le temps d'enclenchement: t"e:

Comme l'indique la figure V.3.c, à l'instant d'allumage du thyristor principal Tp,

le condensateur d'extinction C se décharge et se recharge au travers Tp ; de l'inductance

Lc et de la diode Dc sous forme d'une demi-oscillation dont la pulsation est donnée par:

CLc

c

1=ω (IV.01)

(Ici l'inductance de connexion Lσ2 peut être négligée devant Lc).

Cette demi-oscillation dure jusqu'à ωct = π d'où le temps d'enclenchement du

contacteur statique:

CLt cc

e πωπ ==" (VI.02)



49

FigureVI.1.b Allure des courant et

tension pendant le déclenchement du

contacteur statique



50

VI.1.2 Le temps de déclenchement: t"d

Le temps de descente: t'd

A l'allumage du thyristor auxiliaire Ta, le condensateur d'extinction C se

décharge à travers les deux thyristors Ta et Tp (figure V.4.a). Pour éviter le court-

circuit, l'inductance Lσ2 va entrer en action pour limiter la croissance du courant ic. En

négligeant la variation de la tension Uc causée par la décharge partielle du condensateur

C, on a:

02 Ccc UU

dt

diL =−=σ (VI.03)

Ce qui donne après avoir fait l'intégration l'expression du courant ic telle que:

tL

Ui cc ×=

2

0

σ

(VI.04)

Le temps de descente correspond au temps où le thyristor principal s'éteint,

c'est à dire que iTP = 0 et ic = Id.

D'où co

dd U

ILt

×= 2' σ (VI.05).

Le temps tc où la tension aux bornes de la charge s’annule (ud = 0) :

Au moment de blocage du thyristor principal Tp, le condensateur (s’est déchargé

partiellement. Désormais, appelons uc1 sa tension à ses bornes telle que :

22201 dCC I

C

LUu σ−−= (VI.06)

Cette expression était obtenue après avoir fait le bilan des variations d'énergie

entre td° et t'd: (voir figure VI.1.b).



51

21

20

22 2

1

2

1

2

1CCd CuCUIL −=σ (VI.07)

En général, le terme 22dI

C

Lσ est très petit devant U2C0.

Par conséquent, on a :

−−=

20

22

01 2

11

C

dcc

U

ILUu

τσ (VI.08).

(Développement en série d’ordre 2).

Juste après la descente ou 0=τ (figure VI.1.b), comme l’indiquait la figure

V.4.b, le courant Id traverse le condensateur d’extinction C et le thyristor auxiliaire Ta.

Sa valeur est constante et est égale à Ic.

C

Iuu d

cc

τ+= 1 (IV.09).

La tension aux bornes de la charge est alors égale à :

C

IuUuUu d

ccced

τ−−=−= 1 (VI.10)

Cette tension s'annule à l’instant où ι = tc, c’est à dire que :

d

cec I

uUCt

)( 1−= (VI.11)

A ce moment là, la diode D commence à conduire et impose ud = 0.



52

Le temps tσ où le thyristor auxiliaire s'éteint : Le courant ic = iTa circule à

travers le thyristor Ta et les inductances de connexion Lσ1 et Lσ2 telles

que :

Lσ = Lσ1 + Lσ2 (IV.12)

Ces inductances forment avec le condensateur d’extinction C un circuit oscillant

dont la pulsation propre est donnée par :

CLσσω 1= (IV.13).

Le thyristor auxiliaire Ta est bloqué (ic = iTa = 0) au quart de la période de

l’oscillation. Le temps tσ est donc :

CLt σσ

σπ

ωπ

22== (VI.14).

- Enfin, le temps total de déclenchement du contacteur statique est la somme :

σtttt cdd ++= '" (VI.15)

C’est le temps de déclenchement minimal pour que le condensateur d’extinction

C puisse se charger suffisamment.

VI.2 DIMENSIONNEMENT DU CIRCUIT DE BLOCAGE:

VI.2.1 Temps de protection:

Pour assurer le blocage du thyristor principal Tp, il faut que la tension entre ces

bornes (anode et cathode) soit négative pendant un laps de temps suffisant. On appelle

« temps de protection » tf ce temps, et on peu le déterminer à partir de l’équation

(VI.09) en posant uc = 0.



53

d

cf I

uCt

)( 1−= (VI.16)

Ce temps tf doit être plus long que «le temps de désamorçage tq » du thyristor

(tf >tq).

Ainsi, pour le hacheur, on doit utiliser des thyristors rapides en choisissant un

temps de protection tf : 20 à 50% plus élevé que le temps de désamorçage tq.

VI.2.2 L’expression de C:

D’après l’équation (VI.16) précédente, le temps de protection minimale tfmin est

inversement proportionnel au courant continu Idmax et l’on tire :

( )1

minmax

C

hd

u

tIC

−×

= (VI.17)

La chute de tension pendant l’extinction du thyristor principal Tp étant faible

( 20

22

2

1Cd UI

C

L<<σ ), on peut alors substituer uc1 par -UC0.

D’où deC IC

LUU σ+=0 (VI.18)

*

D’où l’équation quadratique pour C :

022

minmax

2

maxminmax2 =

+

+−

e

fd

e

d

e

fd

U

tICL

U

I

U

tIC σ (VI.19)

et l'on tire l'expression de C:

* on trouvera la démonstration de cette formule en annexe1



54

−+±−= 141

2 max

minmaxmin

max

σ

σ

LI

tU

U

ILt

U

IC

d

fe

e

df

e

d (VI.20)

en présence de la diode de blocage Db , on ne retient que le signe (-) de la racine

VI.2.3 L'expression de Lc

Au moment de l'enclenchement du contacteur statique, c'est l'inductance Lc qui

détermine le temps t''e de la demi-oscillation nécessaire au chargement de polarité de la

tension uc aux bornes du condensateur d'extinction C.

Pendant ce temps le courant ic atteint la valeur crête.

CCOc L

CUÎ ×= (VI.21)

(Cette équation est obtenue par le bilan d'énergie).

D'où l'expression de Lc, en prenant une valeur maximale admissible de Îc et une

valeur maximale (correspondant à Id = Idmax) de Uco:

2

max

=

admc

coc Î

UCL (VI.22)

VI.2.4 applications numériques: calcul de Lc et C

Données pratiques :

Idmax =25 [A]

Ue=50 [V] ;∆Ue=1%Ue

Udmin =5 [V]

Lσ=20µH où Lσ2 = σL3

1

Thyristors BTW 49-400 :



55

tq=20µs on a pris tfmin=27.5µs

on a trouvé tous calculs faits :

LC = 25 µΗ

C = 14.56 µF



56

VI.2.5. Dimensionnement de l'inductance Lc:

La valeur de Lc étant connue, il reste à savoir le nombre de spires N

nécessaires, on a:

L = N2 x AL x 10-6 [mH] (VI.23)

Avec: e

eL l

AA

××Π×=

µ4,0 [mH] pour 1000 enroulements (VI.24)

: perméabilité effective nu noyau

le: longueur effective du circuit magnétique[mm]

Ae: section effective du circuit magnétique.[mm2]

Ce qui nous donne :

610−=LA

LN (VI.25)

Cependant:

On doit tenir compte de la limite de saturation du noyau par la relation:

( )L

esatsat A

ABLI

4222 10−××

= (VI.26)

Pour des valeurs limites du courant I, on trouve la plage de variation de AL.

( )sat

esatL

LI

ABA

2

422 10−××= (VI.27)



57

Le nombre admissible de sphère devra correspondre à la largeur d'entrefer, à

savoir:

g

g

re

e

e

e

A

l

A

l

A

l

+×=

µ

µ1

(VI.28)

lg: largeur d'entrefer

Ag: section d'entrefer.

Nota: Les caractéristiques des noyaux et tous les calculs numériques sont donnés

en annexe 1

Choisissons le nombre de spire N à partir du tableau suivant dont on voit les

variations de AL et la largeur d’entrefer lg.

Imax est déduit de la relation : (VI. 27)

LA

AsatBI

L

e422

max

10* −

= (VI.29)

N AL µ lg[mm] Imax [A]

18 77.16 78.00 09.00 17.00

19 69.25 69.70 10.00 18.00

20 62.50 62.90 10.00 19.00

25 40.00 40.00 18.00 23.80

30 27.77 28.00 77.00 28.50

Tableau VI.1

d’où le choix : N= 25 spires

lg= 18.00 mm



58

VI.3 DETERMINATION DE LA FREQUENCE D'OPERATION:

En générale, cette fréquence est comprise entre 500Hz et 1kHz,à partir de

laquelle les pertes de commutation sont accentuées.

- La fréquence maximale :fpmax

le temps nécessaire pour recharger la condensateur d’extinction lors

de l’enclenchement et du déclenchement du contacteur statique détermine la:

fréquence de pulsation maximale du hacheur.

Application numérique :

t"e=59.58µs

t"d=2.78 µs +61.94 µs +26.64 µs =91.36 µs

la somme Tpmin = t"e + t"d donne :

Tpmin =150.94 µs c’est à dire que :

La fréquence maximale est égale à fpmax=6.63kHz

- La fréquence d’opération :fp

A un fréquence fixe nous avons

p

ed

T

t

U

U

e

minmin = ces deux rapports doivent être supérieurs à p

e

T

t"

où et" c’est le « temps d’enclenchement minimal du

C.S ».(e

U

Ud min >p

e

T

t")

Application numérique : pT

610.58.59

50

5 −

>

→fp<1.63 kHz

d’où le choix: fp= 1KHz

VII LE CIRCUIT DE COMMANDE


59


Pour allumer un thyristor, on doit remplir les 2 conditions suivantes:

On doit avoir une tension positive entre anode et cathode

Le courant de gâchette doit être suffisant.

Ainsi, notre travail c'est de concevoir un circuit pouvant générer des

impulsions pour l'amorçage des deux thyristors Tp et Ta.

VII.1 PRINCIPE:

- En faisant varier la tension d'alimentation Vcc (de -15 à +15 Volt) à l'aide d'un

potentiomètre, on a un autre signal Ucm.

- Ce dernier est comparé avec un signal triangulaire Vr (ou en dent de scie) de

fréquence égale à 1kHz.

- A la sortie du comparateur, on obtient un signal rectangulaire d'amplitude

± Vcc.

- Le signal passe ensuite d'une part par le détecteur des flancs montants pour le

thyristor principal Tp ; et d'autre part, par le détecteur des flancs descendants pour le

thyristor auxiliaire Ta.

- Les dernières cellules consistent à amplifier et transformer les signaux en

impulsions pour amorcer par la suite les thyristors.



60

RC

RC

Ucm a

b c d e

f g hVr

VII.2. SCHEMA FONCTIONNEL :

FigureVII.1. Schéma bloc d'un circuit de commande d 'un hacheur à thyristors.



61

a

t

+ V c c

0

0

b

t

0

d

0

c

t

t

h

0

g

0

f

0

e

t

t

t

t

U c m

0t

- V c c

+ V c c

- V c c

V 1V 2

S e u i l d u T r ig g e r d e S c m i t t

V 1

V 2

VII.3 CHRONOGRAMMES:

Figure.VII.2. Diagrammes de fonctionnement pour le circuit de commande d’un

hacheur à thyristors



62

7

44

667

3 3

22

LM 741LM 741

VrR14

R15R13

R12

R11

R10

a

RESISTOR

+V

LM339LM339

P3

RESISTORRESISTORRESISTORRESISTORRESISTOR

triggers de Schmittfiltre dérivateur RC

b1/4 MC 40931/4 MC 4093

R18

R16

dcC3

RESISTORRESISTOR1uF

Figure.VII.4

VII.4 ETUDE DE CHAQUE CELLULE

VII.4.1 Obtention du signal rectangulaire: (a)

Schéma :

Figure VII.3

Les résistances R10 et R11 servent à limiter la tension de consigne Ucm entre les

valeurs maximale et minimale du signal triangulaire Vr. Le basculement se fait entre

+Vcc et -Vcc tel que:

Ucm > Vr on aura a = +Vcc

Ucm < Vr on aura a = -Vcc

NB: le générateur de fonction (signal triangulaire) sera donné en annexe 4.

VII.4.2 Le détecteur de flancs montants:

Schéma:



63

g

2

a C4

R17

1/4 MC 4093

+V

A la mise sous tension, la capacité C3 se comportant comme un court-circuit, la

tension d'entrée du trigger est nulle, la sortie est alors au niveau haut. La capacité C3 se

charge à travers R16 sous la tension +Vcc et lorsque le niveau V2 est atteint lorsque la

sortie retombe à zéro.

VII.4.3 Détecteur des flancs descendants:

Schéma:

Figure.VII.5

Le front descendant qui se produit à l'entrée du circuit RC est couplé au point 2

par le biais de condensateur C4 et que le trigger de Schmitt bascule au niveau zéro et un

lorsque les tensions de seuil sont franchises.



64

R20

Dz

D1

D3

R18T1

R22 Tp

d

RESISTOR

+V

SCRRESISTORRESISTORRESISTORNPNZENERDIODEDIODE

10TO1

VII.4.4 Amplification par les transformations d'imp ulsions:

Schéma:

Figure VII.6

Le signal logique d est injecté à la base du transistor T1, quand le signal est au

niveau haut (d = 1), le transistor T1 est saturé, il est bloqué dans le cas contraire (d = 0).

Les diodes D1 et Dz limitent la surtension lors du blocage de T1 et la diode D3

empêche les impulsions négatives.

La résistance R22 a pour rôle de limiter le courant de gâchette.

Il est important de noter que la séparation entre faible puissance et la partie

puissance (isolation galvanique) est assurée par les transformateurs d'impulsions.

CONCLUSION


65

VIII CONCLUSION

Au terme de cette étude, nous pouvons conclure que :

La variation de la vitesse d’un moteur à courant continu par résistance présente

beaucoup d’inconvénients tels, le déplacement des caractéristiques parallèlement à la

caractéristique d’origine et la grande consommation d’énergie au niveau du rhéostat. De

même, pour la variation par le flux : la puissance dissipée dans l’inducteur est faible

mais avec ce procédé, on ne peut qu’augmenter la vitesse de rotation du moteur par

rapport à sa vitesse nominale (Nn). Ces inconvénients qui nous poussent à choisir le

mode de variation par tension car il présente sur le système mécanique de nombreux

avantages : moins coûteux, moins bruyant, meilleur rendement, …

D’autre part, pour obtenir les différents montages de hacheurs, nous n’avons

qu’à mettre le(s) contacteur(s) statique(s) en parallèle et/ou en série avec la charge à

courant continu c’est à dire que les principes peuvent se résumer être semblable à ceux

du hacheur série ou ceux du hacheur parallèle.

Plus particulièrement, nous voulons des thyristors comme semi-conducteurs de

base car en dépit de ces inconvénients (difficulté de l’extinction) ils sont faciles à

commander et peuvent être utiles en puissance élevée.

Enfin, vu la nécessité des grandes usines même des P.M.E./P.M.I. à Madagascar,

ce dispositif est un des équipements très utiles au fonctionnement des différentes

machines.

ANNEXES


66

ANNEXES

ANNEXE 1 DEMONSTRATION DE LA FORMULE (VI.18) .................................... 67

ANNEXE 2 CARACTERISTIQUES DES NOYAUX .................................................. 68

ANNEXE 3 SCHEMA DE L’AMPLIFICATION ......................................................... 70

ANNEXE 4 LE GENERATEUR DES FONCTION : ICL 8038 ................................... 72

ANNEXE 5 CONCEPTION D’UN BOITIER DIDACTIQUE...................................... 73

ANNEXE 6 LISTES DES COMPOSANTS ................................................................... 75

ESSAIS ET MESURES .................................................................................................. 79

ANNEXES


67

ANNEXE 1

DEMONSTRATION DE LA FORMULE (VI.18) :[4]

dec IC

LUU σ+=

0

- D’après la figure V.7, à partir de l’instant où la tension Ud =0 ;le courant ic

circulant dans l’inductance Lσ diminue de Id à zéro. Ceci correspond à une

diminution de l’énergie magnétique de 2

2

1dILσ . Cette énergie est emmagasinée

dans le condensateur C.

- Au début où la diode D commence à conduire, on avait uc=Ue ,et l’énergie

capacitive initiale est donc égale à 2

2

1eCU

- Pendant u laps de temps t σ , l’alimentation fournit par la tension Ue une énergie

supplémentaire, augmente aussi la charge Q du condensateur :

)('0

0

ecee

t

ce UUCUQUdiU −=∆=∫σ

τ

- Le bilan d’énergie nous donne la relation

)(222

222

0

0

eecdec UUUC

IL

UC

UC −++= σ

Ce qui donne finalement :

dec IC

LUU σ+=

0

ANNEXES


68

ANNEXE 2

CARACTERISTIQUES DES NOYAUX

• µr = 2000 +- 25% à B = 3500 Gauss

• Ae = 80mm2

• Le = 86 mm

NB : Les calculs ont été programmés.

1) Valeur limite de AL

I max = 25 A

La relation (VI.27) donne A L min

HAL 25.3625*10.25

10*68.0*350023

422

min== −

−

2) Processus de calculs pour compléter le tableau V I.1

• On se donne le nombre de spire N

• La relation (VI.23) donne AL

2

3

62

3 10.25

10.

10.25

NNAL == −

−

• µ se calcule à partir de (VI.24)

LL AA 55.8

6.88.0

4.0

1 ==π

µ

ANNEXES


69

• La longueur d’entrefer :

(VI.28) ]11

[re

egg A

lAl

µµ−=

Comme Ag = Ae

]11

[r

eg llµµ

−= avec µr = 2500

]2500

11[86 −=µgl [ mm ]

La relation (VI.29) donne I max :

LL AAI

177

*10*25

10*8.0*35003

422

max == −

−

ANNEXES


70

ANNEXE 3

- Schéma de l’amplification :

- Caractéristiques des thyristors : BTW 49-400

IG=40 à75 mA IH=35 à 40mA

tm max=2µs I=25A

teff=15 à 35µs U<400V

- Choix de l’IT

Un transformateur d’impulsion est caractérisé par :

R19 (ou R18)

R21 (ou R20)

R23 (ou R22)

NPN

R

ANNEXES


71

• Le rapport de transformation

• Le produit Vs x τo en [ V . µS ]

τo = durée de l’impulsion

VS = tension d’alimentation

- Le courant maximal admissible : I max

− La durée minimale de l’impulsion : cette durée dépend de l’inductance du

circuit.

dt

diLU L =

Ldt

Udi L= t

L

Ui L ∆=∆

D’où LU

iLt

∆=∆

∆i = i accrochage = 35 mA

L = 1mH

UL = Ue

∆t devient la durée minimale de l’impulsion.

Si on utilise l’IT 245

12

1 =N

N

Imax = 100mA > IG

Dans notre cas VS = 15 V , VSx τo = 500 µS

Donc sVs µτ 3315

5000 ===

L’IT 245 convient pour allumer les thyristors.

ANNEXES


72

ANNEXE 4

1°)Générateur de fonctions : ICL 8038

Oscillateur variable de 20Hz à 20kHz :

2°)Amplification et adaptation ‘impédance : LM 741

-15v

+15v1N457

2

12

Fréquency

Duty cycle

Distorsion

8

10 11

3

2

9645

P1100k 1k1k

1k

C23n4

C1

1uF

P2

2kR5

15k

R118k

R218k

Rv2100k

Rv12M

R34k7

R44k7

Vs

77 6 6

4 433

22

R7

1k

R282k

Rv3

100k

R6

56k

R8

4k7

ANNEXES


73

IN 1 2 3 5 OUT

+

- -

+

4 6

Gp

Ga

Kp

Ka

ANNEXE 5

CONCEPTION D'UN BOITIER DIDACTIQUE

Deux montages sont possibles avec ce boîtier:

Montage abaisseur (hacheur série)

Montage élévateur (ou hacheur parallèle)

- Notice d'utilisation du boîtier

Pour le montage série, on n'a qu'à relier les bornes

+IN et 1

-2 et 3

4 ; 5 et + out

6 et - OUT en - IN

Pour le montage parallèle, il suffit de relier les bornes

+IN et 5

-IN ou -OUT et 2

1 et 4

3 ; 6 et +OUT

- Les 4 bornes Gp ;Kp ;Ga et Ka servent à vérifier les courants de gâchette issus

de la « carte commande »

Schémas:

Montage série

Rapport cyclique α

ANNEXES


74

Montage série

Montage parallèle

NB: - Les tensions d'alimentation (+15,0 ; -15 Volt) du circuit de commande

seront branchées en face arrière du boîtier

- La tension continue à varier sera branchée à l’entrée ±IN tandis que la charge à

courant continu sera branchée à la sortie du hacheur (±OUT).

Face arrière

IN

+

-

1 2 3 5 OUT

4 6 Ka

Ga

Gp

Kp +

-

Le rapport

cyclique α

+15v

-15v

GND

Commande extérieure

ANNEXES


75

ANNEXE 6

LISTE DES COMPOSANTS

I. Circuit de commande

A.1. Résistance

Résistance Valeurs Couleurs

R1 = R2 18 K Marron Gris Orange

R3= R4=R8 = R15 = R18 = R19 4 K7 Jaune Violet Rouge

R5 15 K Marron Vert Orange

R6 56 K Vert Bleu Orange

R7 1 K Marron Noir Rouge

R9 82 K Gris Rouge Orange

R10 = R11 = R20= R21 10 K Marron Noir Orange

R13 = R14 12 K Marron Rouge Orange

R16 = R17 39 K Orange Blanc Orange

R22 = R23 100 K Marron Noir Noir.

RV1 = 2 M RV2 = 100 K = RV3 (Résistances ajustables)

A.2. Potentiomètres

P1 = 100 K

P2 = 2 K

P3 = 10K

A.3. Diodes

D: 1NH00S = D1 = D2 = D3 = D4

A.4. Condensateurs

C1 = 1µF C2 = 3nF C3 = C4 = 0,0013 nF

ANNEXES


76

A.5. Transistors

T1 = T2 : BC547

A.6. Transformateurs d'impulsions

IT: 245 (nombre: 2)

A.7. Circuits intégrés

Générateur des fonctions: ICL 8038

Comparateurs et adaptation d'impédance: LM741

Triggers de SCHMITT: 4093

II. Circuit de puissance (Hacheur) :

- 2 Thyristors BTW 49-400

- 3 diodes de puissance BYX 98

- condensateur C=15µH

- Inductance Lc=25µF

ANNEXES


77

Annexe 7 : ETUDE D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX

1.Introduction :

« La protection et le respect de l’environnement sont d’intérêt général.

Il est du devoir de chacun de protéger ; et de conserver et de valoriser son

environnement.

A cet effet, le présent Mémoire doit tenir compte les impacts environnementaux

afin de pouvoir donner des sérieuses solutions, pour assurer la protection de

l’environnement.

Dans notre cas : « ALIMENTATION A VITESSE VARIABLE D’UN

MOTEUR A COURANT CONTINU PAR HACHEUR A THYRISTORS », nous

devrons faire l’étude d’impacts environnementaux avec les deus convertisseurs.

Les MCC qui est un convertisseur électromagnétique

Le Hacheur, Un convertisseur statique

2.Etude d’impacts environnementaux :

Le Moteur à Courant Continu. :

Le M C C est l’un des plus utilisés dans les industries ; les transports (trains

électriques ; tapis roulants ; ascenseurs…) ; ainsi que dans les petits ateliers et dans les

équipements électroménagères …dans ses différents domaines, il est nécessaire de bien

maîtriser ce type de moteur, pour éviter les accidents. Par exemple, un mauvais réglage

de vitesse d’un train électrique pourrait provoquer un grand accident et de circulation ;

et risque d’endommager par la suite l’environnement. Ainsi, un autre dispositif

électrique et\ou électronique de réglage est nécessaire pour assurer la sécurité des

utilisateurs.

En outre, le courant électrique dans l’installation renvoie des ondes

électromagnétiques dans l’espace : Ces ondes perturbent les ondes F M (Modulation de

fréquence) ; B L U(Bande latérale Unique) U H F, les réseaux téléphonique ; et même

les humains…

Le hacheur

Le hacheur est un dispositif permettant de gérer l’alimentation et la vitesse de

rotation du M C C.Le seul effet néfaste à l’environnement que nous avions trouvé est,

ANNEXES


78

l’irradiation des ondes électromagnétiques comme précédemment. Ces ondes sont

proportionnelles à la puissance disponible d’installation. Cependant, la perturbation

qu’elles provoquent n’est pas assez importante.

3.Conclusion : PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT :

Nous pouvons conclure que, les risques des pollutions ou des destructions de

l’environnement sont minimes avec l’emploie d’un « variateur de courant continu. En

effet, par rapport aux courants alternatifs, l’utilisation de courant continu diminue

beaucoup la consommation d’énergie électrique ; ainsi que les risques d’accidents

éventuels des utilisateurs et leurs entourages

Enfin, nos solutions sont les suivantes :

Pour atténuer ou éliminer les effets de l’irradiation des ondes

électromagnétiques, les constructeurs doivent bien dimensionner les moteurs

conformément aux normes. Pour les cas du hacheur, tous les circuits et les composants

électroniques sont renfermés dans un boîtier en bois ou en tôle d’acier.

En ce qui concerne la source d’énergie pour alimenter le M C C, l’emploi de

l’énergie solaire est l’une des meilleures solutions pour préserver la nature contre les

pollutions de l’air ; et pour la gestion d’énergie.

ANNEXES


79

ESSAIS ET MESURES

Charges

Tensio

n

d’entré

e

Ue

[Volt]

Ucma

x

[Volt]

Tension

de charge

Ud

[Volt]

Courant

de charge

Id

[Ampère]

te"mi

n

[ms]

te"mi

n

[ms]

Période

T

[ms]

Rapport

Cyclique

α

Résistance pure

R=22Ω

10

14

5 à 9

0.40

2

3.60

4

0.50 à 0.90

R, L

R=22Ω

L=1.85mH

10

12

4.5 à 7.50

0.40

1.80

3

4

0.45 à 0.75

M.C.C :

Un=12V

Imax=15A

nmax=25000UPM

ra=0.3Ω

(résistance d’induit)

La=92µH

(inductance interne)

R=22Ω

L=1.875mH

16

20

4 à 12

0.40

1

3

4

0.25 à 0.75

Circuit d’extinction :

Lσ1 =333µH Lσ =1mH

Lσ2 =666µH Lc=1.85mH

C=10 µF

REMARQUE :

Nous tenons à remarquer que faute de moyen lors de la réalisation, nous n’avons

pas pu trouver l’inductance d’extinction Lc prévue dans le calcul. De plus, à cause de

l’imperfection des matériels de soudage, la valeur de l’inductance Lσ de connexion

s’élève à 1mH (50 fois plus grand que sa valeur normale prévue)

Par conséquent, nous étions obligés de réduire la « fréquence d’opération » au

quart de sa valeur théorique (f =250Hz), pour assurer les charges et les décharges du

condensateur d’extinction.

ANNEXES


80

Tension

courant

Tension

courant

GRAPHIQUES :

Charge R :

Charge R,L :

* CALIBRE :

Tension ⇔ 5 Volts / division

Courant ⇔ 200mA / division

Temps ⇔ 1ms/division

ANNEXES


81

Tension

Charge :MCC+R+L

* CALIBRE :

Tension ⇔ 10 Volts / division

Courant ⇔ 200mA / division

Temps ⇔ 1ms/division

ANNEXES


82

INTERPRETATION DES GRAPHIQUES :

On voit clairement sur la première courbe des trois graphiques, les deux états,

enclenchement et déclenchement du contacteur statique. L’allure de la tension ud aux

bornes de la charge est parfaitement identique à celle trouvée dans l’étude théorique.

Pour le déclenchement, on voit que la tension de charge à courant continu

présente une grande pointe. Cette « surtension » est due à la « commutation forcée »,

d’où la valeur de ud augmente de Ue + Uco. La tension de charge ud diminue ensuite

presque linéairement en fonction du temps. Puis, on constate que ud a tendance à

devenir négative mais, la présence de la « diode de roue libre » D empêche et impose

ud=0.

Enfin, dans la deuxième courbe, on a remarqué des ondulations en courant

continu. On constate aussi une légère surintensité due à commutation forcée. La

présence de l’inductance dans la charge (charge R, L) a atténué la grande pointe de la

tension de charge ; la surintensité ; et surtout l’ondulation en courant.

CONCLUSION :

Dans la réalisation de ce dispositif, nous avons rencontré beaucoup de problèmes

dont la majeure partie est du au point de vu composants et matériels. Heureusement que

cela n’entraînait aucun changement ou modification de montage, ni dans la partie

commande ; ni dans le circuit de puissance. En plus, on constate lors de l’essai et des

mesures que les résultats obtenus correspondent bien aux études théoriques…

D’autre part, pour le montage parallèle. Il nous faudra un gros M.C.C d’un engin

de traction pour l’essai…,et il se peut que nous devions recalculer et régler la fréquence

de l’opération.

Enfin, ce dispositif est très utile pour les travaux pratique et à l’enseignement,

grâce à sa facilité d’emploi( il suffit de voir la notice d’utilisation du boîtier didactique

en annexe 5) et aussi pour les Industries.

BIBLIOGRAPHIE


83

BIBLIOGRAPHIE [1]. Merat, Moreau, Dubois Génie Electronique

Lafargue, Le Goff Nathan Paris 1995-432 p

[2]. Robert Chauprade Commande Electronique des MCC

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[8].H.Bühler Traité d’électricité Volume XVI

Electronique de réglage et de

commande

[9].R.V Honorat Thyristors, Triacs, et GTO

Edition RADIO

[10].Rajaonarivelo jean André Cours d’Electronique de puissance I

4ème Année

[11].Andrianaharison Yvon Cours d’Electrotechnique :MCC

3ème Année

Cours d’Electronique analogique

4ème Année

[12].Andriatsihoarana Harlin S. Cours d’Electronique de puissance II

5ème Année

Nom : RAKOTOARIVONY

Prénom : Herisoa

Titre : « ALIMENTATION A VITESSE VARIABLE D’UN

MOTEUR A COURANT CONTINU PAR HACHEUR A

THYRISTORS »

Encadreur : ANDRIATSIHOARANA Harlin Samuel

Nombre de pages : 90

Nombre de figures : 55

Nombre de formules : 80

Nombre de tableaux : 03

Résumé :

Mots clés : Electronique de puissance ; Electronique de commande ; Hacheurs ;

Thyristor ; Commutation forcée ; Moteur à courant continu ;…

Adresse de l’auteur : cité de 67 Ha sud, logement 127 Antananarivo (101)

Téléphone : 22.298.37

Grâce à l’apparition de l’Electronique de puissance, la

conception et la réalisation d’un « variateur de vitesse des

moteurs à courant continu ne pose plus de problèmes

d’encombrement mécanique, bien que les calculs soient assez

compliqués…

A l’aide d’un potentiomètre, un opérateur peut varier le

« rapport cyclique du Hacheur qui règle à son tour, à une

fréquence fixe « f », la tension d’alimentation de la machine.

Cette plage de variation de la tension d’induit est gérée

par un système électronique.

Pour une utilisation future, la conception du circuit de

commande permet l’introduction d’un circuit de réglage.

Filière : GENIE INDUSTRIEL Département : Génie Mécanique ...

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