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S3_ET3_CM1_Hacheurs Page 1 Département de Génie Electrique & Informatique Industrielle Electrotechnique & Electronique de Puissance Chapitre 1: Les Hacheurs 1. Introduction. Les hacheurs sont des convertisseurs statiques qui permettent le transfert de l’énergie électrique d’une source continue vers une autre source continue. V1 I1 I1 V2 Hacheur Il convient de ne pas confondre grandeur continue et grandeur constante. Le théorème de superposition permet d'écrire par exemple pour V 2 : ) ( ~ ) ( 2 2 2 t V V t V ) ( 2 t V est la valeur instantanée, 2 V est la valeur moyenne ou composante continue et ) ( ~ 2 t V est la composante alternative. Une grandeur constante est une constante (sa composante alternative est nulle) tandis qu'une grandeur continue peut avoir une composante alternative non nulle (par exemple une tension ondulée avec une valeur moyenne non nulle). Le rôle des hacheurs est de permettre de modifier les composantes continues des signaux d'entrée et de sortie, et ce, avec un rendement voisin de l'unité. 2. Topologie des Hacheurs Elémentaires Un hacheur élémentaire possède la topologie suivante: E 1 E 2 ? ? ? Aux trois emplacements marqués (?), on distribue: une inductance, une diode et une soupape. On montre que, parmi tous les schémas valides possibles, on est ramené à trois schémas différents et donc trois comportements de base qu'il convient de connaître: E1 E2 T L D E1 E2 T L D E1 E2 T L D Hacheur série (Buck) Hacheur parallèle (Boost) Hacheur à accumulation inductive

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Département de Génie Electrique & Informatique Industrielle

Electrotechnique & Electronique de Puissance

Chapitre 1: Les Hacheurs

1. Introduction.

Les hacheurs sont des convertisseurs statiques qui permettent le transfert de l’énergie électrique d’une source continue vers une autre source continue.

V1

I1 I1

V2 Hacheur

Il convient de ne pas confondre grandeur continue et grandeur constante. Le théorème de superposition permet d'écrire par exemple pour V2: )(~)( 222 tVVtV où )(2 tV est la valeur instantanée, 2V est la valeur moyenne ou composante continue et )(~

2 tV est la composante alternative. Une grandeur constante est une constante (sa composante alternative est nulle) tandis qu'une grandeur continue peut avoir une composante alternative non nulle (par exemple une tension ondulée avec une valeur moyenne non nulle). Le rôle des hacheurs est de permettre de modifier les composantes continues des signaux d'entrée et de sortie, et ce, avec un rendement voisin de l'unité.

2. Topologie des Hacheurs Elémentaires

Un hacheur élémentaire possède la topologie suivante:

E1 E2

?

?

?

Aux trois emplacements marqués (?), on distribue: une inductance, une diode et une soupape. On montre que, parmi tous les schémas valides possibles, on est ramené à trois schémas différents et donc trois comportements de base qu'il convient de connaître:

E1 E2

T L

D

E1 E2 T

L D

E1 E2

T

L

D

Hacheur série (Buck) Hacheur parallèle (Boost) Hacheur à accumulation inductive

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Une soupape consiste essentiellement dans la mise en série d'une diode et d'un interrupteur qui est généralement un transistor:

Fonctionnement Avec un transistor MOS de puissance Avec un transistor IGBT

Un schéma de réalisation de hacheur peut très souvent se ramener en une combinaison de un ou plusieurs hacheurs élémentaires. Ainsi, le schéma ci contre: un montage émetteur commun fonctionnant en commutation sur charge inductive est en fait un hacheur série. On peut le montrer sans difficulté en remarquant que Vcc est une source et que le transistor ne peut pas être traversé par des courants inverses et est donc assimilable à une soupape.

3. Hacheur série (Buck)

Le Schéma est donné ci-dessous. Il permet de relier une entrée de type « Tension » (qui n’a pas de discontinuité de tension) à une sortie de type « Courant » (qui n’a pas de discontinuité de courant).

L

DE1

iL

v E2

F, vL

K

i1

iD iK1

Nous allons utiliser une méthode d'étude qui peut se généraliser à tous les hacheurs. Cette méthode se décompose en 5 parties qu'il est bon de connaître: 1°)- Etude de la mise sous tension:

On active les sources (donc E1 et E2 sont sous tension), on bloque les soupapes (donc K est bloqué), l'inductance L est déchargée (donc 02

1 2 LL LiW ) et on doit montrer que, dans ces conditions, tous les

courants restent nuls. Si ce n'est pas le cas, alors le schéma du hacheur n'est pas valide. On montre sans difficulté qu'il faut que E1 et E2 doivent être tous deux positifs ou nuls. C'est donc un hacheur non inverseur. 2°)- Etude de l'accumulation:

On active une des soupapes (donc K est assimilable à un interrupteur fermé en série avec une diode) et on doit montrer que l'énergie dans l'inductance augmente. Si ce n'est pas le cas, alors le hacheur ne peut pas valablement fonctionner.

VCC

Vcc

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La tension E1, positive, est appliquée à la diode D. Elle est donc bloquée. Le schéma devient:

L

DE1

iL

v E2

vL K i1

iK1

Phase d'accumulation

Vu le sens de la diode, on voit que E2 doit être inférieur à E1 pour que le courant iL puisse s'établir. C'est donc un hacheur abaisseur de tension. On voit également que les courants d'entrée et de sortie ne peuvent pas être négatifs. C'est donc un hacheur un quadrant qui n’a aucune réversibilité. L’énergie ne peut circuler que de l’entrée vers la sortie. L'équation de la maille s'écrit: 21 EEdt

diLv LL et le courant dans l'inductance: cstetLEEiL 21

C'est une droite de pente positive car E1 est supérieur à E2 et iL est positif. Il s'ensuit que l'énergie stockée dans l'inductance augmente. Il s'agit donc bien d'une phase d'accumulation. 3°)- Etude de la restitution:

Au cours de la phase d'accumulation, on bloque la soupape active et on doit montrer que le courant peut continuer à circuler en empruntant un autre chemin. Si ce n'est pas le cas, alors l'inductance produira une surtension qui détruira instantanément le hacheur. On doit montrer également que l'énergie dans l'inductance diminue. Si ce n'est pas le cas, alors le hacheur ne peut pas valablement fonctionner. Lors du blocage de K, il est facile de voir que iL va se mettre à diminuer. La dérivée du courant, et par suite, la tension vL, deviendront négatives. La tension aux bornes de la diode LD vEv 2 va décroître jusqu'à l'amorçage de la diode D. Le schéma devient:

L

DE1

iL

v E2

vL K i1

iK1

Phase de restitution

L'équation de la maille s'écrit: 2EdtdiLv LL et le courant dans l'inductance: cstetL

EiL 2

C'est une droite de pente négative et iL est positif à cause du sens de la diode D. Il s'ensuit que l'énergie stockée dans l'inductance diminue. Il s'agit donc bien d'une phase de restitution. 4°)- Etude du régime critique ou de conduction continue:

On doit pouvoir enchaîner les phases d'accumulation et de restitution avec un régime de conduction continue périodique pour le courant dans l'inductance. Ceci permet de déterminer l'équation de raccordement et le rapport cyclique critique.

La soupape K est commandée par un signal de commande dit de synchronisation . La période de hachage est notée T et f la fréquence correspondante. La soupape est fermée de t = 0 à αT et ouverte de αT à T. (α est le rapport cyclique). Pour une valeur particulière C du rapport cyclique , la condition ci dessus est remplie. On obtient alors le chronogramme ci-contre

S

0 CT T

LEE 21

LE2iL

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Pour écrire l'équation de raccordement, il suffit d'écrire que le courant dans l'inductance est périodique:

TTLETL

EEii ccLL .0 221

En résolvant l'équation de raccordement, on trouve: 12

EEc . C'est le rapport cyclique critique.

5°)- Etude du régime de fonctionnement:

c est le rapport cyclique critique du hacheur (ici 12

EE ). est le rapport cyclique avec lequel on commande

le hacheur (donc la soupape K). Il y a trois régime de conduction: le régime divergent (destructif), le régime DNI (débit non interrompu ou continu ou encore régime critique) et enfin le régime DI (débit interrompu ou discontinu).

0 CT T

S

iL

T

0 CT=T T

S

iL

0 CT T

S

iL

T

Régime divergent ( c ) Régime DNI ( c ) Régime DI ( c )

Pour faire cette étude, il faut s'intéresser à la charge du hacheur (ici E2). On distinguera essentiellement deux cas:

5.1°)- Charge adaptative: On entend par charge adaptative une charge pour laquelle la tension puisse évoluer suffisamment rapidement en fonction de la valeur moyenne de l'intensité du courant qui la traverse. Exemple: Un moteur à courant continu est une charge adaptative car si le courant augmente, alors son couple augmente, alors, si le moteur n'est pas mécaniquement contraint, sa vitesse augmente et sa f.e.m. augmente.

Exemple: Une charge composée d'un condensateur et d'une résistance en parallèle est une charge adaptative car si le courant augmente, il y aura un courant moyen non nul dans le condensateur, alors le condensateur va augmenter sa charge et par suite la tension à ses bornes. Dans le cas de la charge adaptative, on montre que le hacheur fonctionnera en régime DNI quelque soit . De plus, on pourra écrire valablement c pour le régime permanent.

5.2°)- Charge non adaptative: On entend par charge non adaptative une charge pour laquelle la tension est indépendante de la valeur moyenne de l'intensité du courant qui la traverse. Exemple: Une batterie d'accumulateur est une charge non adaptative car sa tension reste (à peu près) constante et ne dépend (quasiment) pas de l'intensité du courant. Dans le cas de la charge non adaptative, il faudra toujours se placer en régime DI afin d'éviter le régime divergent qui est destructif. A charge au concepteur du hacheur de faire en sorte que la relation c soit toujours respectée sous peine de destruction.

Calcul des grandeurs pour le régime DNI (charge adaptative et conduction continue): On est dans le cas où

12

EEc .

Etude la caractéristique statique de commande On en déduit que E2 = E1 . Comme est réglable entre 0 et 1, la tension de sortie devient réglable entre 0 et E1.

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Etude de la tension vD aux bornes de la diode D: Pendant la phase d'accumulation, la diode est bloquée et vD=E1. Pendant la phase de restitution, la diode est passante et vD=0 (en négligeant sa tension de déchet).

Calculons la valeur moyenne de vD : VDmoy = T

dttv0

)(T

1 = )T.E(T

1 1 = E1

La loi des mailles donne par ailleurs : v = vL + E2

En considérant que la moyenne d’une somme est la somme des moyennes; et que la moyenne d’une constante est égale à cette constante; et que la valeur moyenne de la tension aux bornes d'une inductance est toujours nulle si le courant qui la traverse est périodique; on obtient: VDmoy = (vL + E2)moy = (vL)moy + (E2)moy = (vL)moy + E2 = 0 + E2 = E2 ce qui montre bien que E2 = E1

Etude de l'inductance: La tension aux bornes de l'inductance vaut:

Pendant la phase d'accumulation: vL = E1 – E2 = (1 - ) E1 Pendant la phase de restitution: vL = - E2 = - E1 On retrouve bien que 0).(.)1( 11 TTETEvLmoy

Le courant dans l'inductance vaut:

Pendant la phase d'accumulation: iL = I0 + L

Eα)(1 1t où I0 est la valeur initiale du courant.

A la fin de cette phase, il atteint la valeur I = I0 + LEα)(1 1 T

Pendant la phase de restitution, le courant décroît linéairement avec une pente LE

LE 12

A la fin de cette phase, il reprend la valeur initiale I0

L'ondulation de courant dans l'inductance vaut LfETL

EIIIL 1210 )()1(

avec Tf 1 .

Elle est nulle lorsque vaut 0 ou 1 et elle est maximale lorsque =0,5. Il s'ensuit que LfEIL 4

1max

Limite de la conduction continue: La valeur moyenne du courant vaut: IIILmoy 02

1 .

Par symétrie on voit que LLmoy III 210 .

La limite de la conduction continue est obtenue lorsque 00I

On a donc: LfEII L 212

1 1lim

Le maximum est obtenu pour = 0,5 et vaut : Lf

EI 81max.lim

On obtient alors la caractéristique de sortie du hacheur.

t

v

T T 0 2T

E

t

vL

T T 0 2T

(1-)E

-E

I

I0

iL

I0

t T T 0

I

I0

iL

Ilim

I

VE1

0

DNI

ILmoy

DI

= 1

= 0

= 0,5

= 0,25

= 0,75

Ilim max

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Calcul des grandeurs pour le régime DI (charge non adaptative et conduction discontinue):

On est dans le cas où c . Le courant dans l'inductance s'interrompt pendant la phase de restitution Pour Tt 0 phase d'accumulation. Pour TtT phase de restitution. Pour TtT phase de repos. Pendant la phase de repos, on a csteiL 0 et donc .0Lv On en déduit: 22 EvEv LD

Etude de la tension vD aux bornes de la diode D: La valeur moyenne de la tension s'écrit: 221 1 EEEVDmoy car iL est périodique et donc 0Lmoyv .

On obtient alors 21

EE et que 12 EE

. On remarquera que 12 EE car 1

Etude de l'inductance: L'intensité maximum du courant dans l'inductance s'écrit:

TLEEIL 21max .

On en déduit LfETL

EEII LLmoy 222121max

On en déduit alors, avec 21

EE , que

LmoyIELfEE

12

12 21

Ce sont des hyperboles et on peut donc compléter la caractéristique de sortie du hacheur.

4. Hacheur parallèle (Boost)

Le Schéma est donné ci-dessous.

L

D

E1

iL

E2 F,

vL

K

i1 iD

iK vK

1°)- Etude de la mise sous tension: On montre sans difficulté qu'il faut que E1 et E2 doivent être tous deux positifs ou nuls et qu'il faut que

12 EE . C'est donc un hacheur non inverseur et un hacheur élévateur de tension.

t T T 0 2T

E1

E2

v

T

t

vL

T T 0 2T

(E-VS)

-VS

I’ iL

T

VE

0

DNI

IS

DI

= 1

= 0

= 0,5

= 0,25

= 0,75

ILSM= L8TE

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Vu le sens des diodes, on voit également que les courants d'entrée et de sortie ne peuvent pas être négatifs. C'est donc un hacheur un quadrant qui n’a aucune réversibilité. L’énergie ne peut circuler que de l’entrée vers la sortie. 2°)- Etude de l'accumulation:

La tension vK est nulle car la soupape conduit. La tension aux bornes de la diode D vaut 2EvD . Elle est bloquée et le schéma devient:

L

D

E1

iL

E2

vL

K

i1 iD

iK vK

Phase d'accumulation

L'équation de la maille s'écrit: 1EdtdiLv LL et le courant dans l'inductance: cstetL

EiL 1

C'est une droite de pente positive et iL est positif. Il s'ensuit que l'énergie stockée dans l'inductance augmente. Il s'agit donc bien d'une phase d'accumulation. 3°)- Etude de la restitution: Lors du blocage de K, il est facile de voir que iL va se mettre à diminuer. La dérivée du courant, et par suite, la tension vL, deviendront négatives. La tension aux bornes de la diode LD vEv 1 va croître jusqu'à devenir supérieure à E2 et l'amorçage de la diode D. Le schéma devient:

L

D

E1

iL

E2

vL

K

i1 iD

iK vK

Phase de restitution

L'équation de la maille s'écrit: 12 EEdtdiLv LL et le courant dans l'inductance: cstetL

EEiL 12

C'est une droite de pente négative car 12 EE et iL est positif à cause du sens de la diode D. Il s'ensuit que l'énergie stockée dans l'inductance diminue. Il s'agit donc bien d'une phase de restitution. 4°)- Etude du régime critique ou de conduction continue:

L'équation de raccordement s'écrit: TTL

EETLEii ccLL .0 121

En résolvant l'équation de raccordement, on trouve:

211 E

Ec . C'est le rapport cyclique

critique du hacheur.

0 CT T

LE1

LEE 12

T

iL

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5°)- Etude du régime de fonctionnement: Charge adaptative: Le hacheur fonctionnera en régime DNI quelque soit . De plus, on pourra écrire valablement c en régime permanent. Charge non adaptative: Il faudra toujours se placer en régime DI afin d'éviter le régime divergent qui est destructif; et, par suite, faire en sorte que la relation c soit toujours respectée sous peine de destruction du hacheur. Calcul des grandeurs pour le régime DNI (charge adaptative et conduction continue): On est dans le cas où

211 E

Ec .

Etude la caractéristique statique de commande

On en déduit que 12 11 EE . Comme est réglable entre 0 et 1, la tension de sortie devient réglable entre E1 et

(théoriquement) l'infini. Etude de l'inductance: Le courant dans l'inductance vaut:

Pendant la phase d'accumulation: iL = I0 + LE1 t où I0 est la valeur initiale du courant.

A la fin de cette phase, il atteint la valeur I = I0 + LE1 T

L'ondulation de courant dans l'inductance vaut LfETL

EIIIL 110 avec Tf 1 .

On remarquera que le courant de sortie d'un hacheur parallèle est toujours un courant haché.

Limite de la conduction continue: Le courant de sortie moyen vaut LmoyDmoy II )1( Comme précédemment, on a, pour l'inductance:

LLmoy III 210 .

La limite de la conduction continue est obtenue lorsque 00I

On a donc: LfEIII LL 212

111 1lim.lim

Le maximum est aussi obtenu pour = 0,5 et vaut : LfEI 8

1max.lim

Calcul des grandeurs pour le régime DI (charge non adaptative et conduction discontinue):

L'équation de raccordement donne: 12 EE

La valeur moyenne de l'intensité du courant sortie s'écrit: Lf

EII LmoyD 221 1.

En regroupant ces deux expressions, on obtient:

t

vL

T T 0 2T

(1-)E

-E

I

I0

iL

I0

0 CT T

LEE 12ID

LE1

LEE 12

iL

0 T T

LEE 12

ID

T

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S3_ET3_CM1_Hacheurs Page 9

1.

122 .21 ELfI

EE

moyD

On remarquera que la tension de sortie tend vers l'infini quand le courant tend vers 0. C'est pour cela que l'on évite de faire fonctionner ces hacheurs à vide (par exemple avec une résistance de "saignée")

5. Hacheur à accumulation inductive

Le Schéma est donné ci-dessous.

L D

E1

iL

E2

F, vL

K

i1 iD iK vK VD

1°)- Etude de la mise sous tension: On montre sans difficulté qu'il faut que E1 et E2 soient inversés. C'est donc un hacheur inverseur qui fournit des tensions négatives à partir d'une source de tension positive Vu le sens des diodes, on voit également que les courants d'entrée et de sortie ne peuvent pas s'inverser. C'est donc un hacheur un quadrant qui n’a aucune réversibilité. L’énergie ne peut circuler que de l’entrée vers la sortie. 2°)- Etude de l'accumulation:

La tension vK est nulle car la soupape conduit. La tension aux bornes de la diode D vaut 12 EEvD . Elle est bloquée et le schéma devient:

iD iK i1

L D

E1

iL

E2 vL

K

Phase d'accumulation

L'équation de la maille s'écrit: 1EdtdiLv LL et le courant dans l'inductance: cstetL

EiL 1

C'est une droite de pente positive et iL est positif. Il s'ensuit que l'énergie stockée dans l'inductance augmente. Il s'agit donc bien d'une phase d'accumulation.

E2

E

0

DNI

ID

DI = 0

= 0,5

= 0,75

= 0,67

ILSM= L8TE

2 E

4 E

3 E

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Il n'y a pas de condition sur E2. Ce qui revient à dire que la tension de sortie peut prendre n'importe quelle valeur. C'est donc un hacheur abaisseur et élévateur (Buck et Boost). 3°)- Etude de la restitution: Lors du blocage de K, il est facile de voir que iL va se mettre à diminuer. La dérivée du courant, et par suite, la tension vL, deviendront négatives. La tension aux bornes de la diode LD vEv 2 va décroître jusqu'à l'amorçage de la diode D. Le schéma devient:

iD iK i1

L

D

E1

iL

E2 vL

K

Phase de restitution

L'équation de la maille s'écrit: 2EdtdiLv LL et le courant dans l'inductance: cstetL

EiL 2

C'est une droite de pente négative car 12 EE et iL est positif à cause du sens de la diode D. Il s'ensuit que l'énergie stockée dans l'inductance diminue. Il s'agit donc bien d'une phase de restitution. 4°)- Etude du régime critique ou de conduction continue:

L'équation de raccordement s'écrit: TTL

ETLEii ccLL .0 21

En résolvant l'équation de raccordement, on trouve:

212EE

Ec . C'est le rapport cyclique

critique du hacheur.

5°)- Etude du régime de fonctionnement: Charge adaptative: Le hacheur fonctionnera en régime DNI quelque soit . De plus, on pourra écrire valablement: c en régime permanent Charge non adaptative: Il faudra toujours se placer en régime DI afin d'éviter le régime divergent qui est destructif; et, par suite, faire en sorte que la relation c soit toujours respectée sous peine de destruction du hacheur. Calcul des grandeurs pour le régime DNI (charge adaptative et conduction continue): On est dans le cas où

212EE

Ec .

Etude la caractéristique statique de commande

On en déduit que 12 1 EE . Comme est réglable entre 0 et 1, la tension de sortie devient réglable entre 0 et

(théoriquement) l'infini. On a 12 EE pour =0,5.

0 CT T

LE1

LE2

T

iL

Page 11: S3_ET3_CM1_Hacheurs.pdf

S3_ET3_CM1_Hacheurs Page 11

Etude de l'inductance:

Pendant la phase d'accumulation, l'intensité du courant varie de I0 à I = I0 + LE1 T

Page 12: S3_ET3_CM1_Hacheurs.pdf

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L'ondulation de courant dans l'inductance vaut

LfETL

EIIIL 110 avec Tf 1 .

On remarquera que le courant de sortie d'un hacheur à accumulation est toujours un courant haché.

Limite de la conduction continue:

Le courant de sortie moyen vaut LmoyDmoy II )1( Comme précédemment, on a, pour l'inductance:

LLmoy III 210 .

La limite de la conduction continue est obtenue lorsque 00I On a donc: Lf

EIII LL 212111 1lim.lim

Le maximum est aussi obtenu pour = 0,5 et vaut : LfEI 8

1max.lim

Calcul des grandeurs pour le régime DI (charge non adaptative et conduction discontinue):

L'équation de raccordement donne: 12 EE

La valeur moyenne de l'intensité du courant sortie s'écrit: Lf

EII LmoyD 221 1.

En regroupant ces deux expressions, on obtient:

moyDLfIE

E.

212

2 2

On remarquera que la tension de sortie tend vers l'infini quand le courant tend vers 0. C'est pour cela que l'on évite de faire fonctionner ces hacheurs à vide (par exemple avec une résistance de "saignée")

6. Hacheur 2 quadrants réversible en courant

Ce hacheur, aussi appelé "hacheur de traction", est en fait l'association d'un hacheur série et d'un hacheur parallèle. En supposant que la tension d'entrée est supérieure à la tension de sortie:

Le hacheur série (composé de E1,K1, D2, L et E2 dans cet ordre) fait transiter l'énergie de l'entrée vers la sortie (par exemple: d'une batterie vers un moteur à courant continu).

Le hacheur parallèle (composé de E2, L, K2, D1 et E1 dans cet ordre) fait remonter l'énergie de la sortie vers l'entrée (donc ici, du moteur fonctionnant en génératrice vers la batterie, c'est le freinage par récupération).

Cet assemblage des 2 soupapes et des 2 diodes est connu sous le nom de "bras d'onduleur".

0 CT T

LE2ID

LE1

LE2

iL

0 T T

ID

T

t

vL

T T 0 2T

E1

-E2

I

I0

iL

E2

E1

0

DNI

IS

DI

= 0

= 0,5

= 0,66

= 0,33

ILSM= L8TE

2 E

= 0,60

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i1

L

D1

E1 iL

v E2

F,

vL

K1

iD2

D2 K2

iD1

iK2

iK1

Hacheur de Traction

Vu sa structure, ce hacheur possède les caractéristiques d'un hacheur série: Il est non inverseur et abaisseur de tension ( 12 EE ). Son rapport cyclique critique vaut

12

EEc .

En régime de conduction continue (DNI), on a 12 EE . L'ondulation de courant vaut Lf

EIL 1)1( .

La commande du bras d'onduleur devra être soignée.

Un défaut de commande amenant K1 et K2 à conduire simultanément créera un court-circuit de E1. On introduit un temps mort au début de chaque période de conduction afin que la soupape précédente puisse avoir le temps de se bloquer. Le chronogramme ci-contre correspond à une "commande complémentaire". Quand une soupape est amorcée, elle est équivalente à une diode. La cellule devient équivalente à deux diodes en antiparallèle. Ainsi, le courant peut être positif ou négatif. Courbe 0moyI : Marche en moteur (hacheur série). Courbe 0moyI : Roue libre (série et parallèle). Courbe 0moyI : Marche en frein (hacheur parallèle)

Ce hacheur ne fonctionne pas correctement sur une charge non adaptative. En effet, si C , même de très peu, le courant IL.moy devient divergent. Charge non adaptative: il faut impérativement un asservissement du courant et une résistance de

faible valeur en série avec la charge. Charge adaptative: le système est stable, on est toujours en régime DNI ( C ).

0 T T

Synchro

K1

K2

tx tx

tx

t

VD2

T T 0 2T

E1

-E

Imoy > 0

Imoy < 0

iL

I0

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7. Hacheur 4 quadrants

C'est l'assemblage de deux hacheurs de traction, donc 4 hacheurs élémentaires (deux hacheurs série et deux hacheurs parallèle). Pour avoir ce fonctionnement, il faut que les commandes des deux bras d'onduleur soient complémentaires.

f, K2

iK2

K4

iK2

i1

L

E1 iL

v E2 vL

D4

iD4

iK1

D2

iD2 K1

K3

iK3

r

E’2

D1

iD1

iD3

D3

0 T T

Synchro

K1, K3

K2, K4

tx tx

tx

Hacheur 4 quadrants Commande complémentaire 1°)- Etude de la mise sous tension: On montre sans difficulté que E2 peut être positif (hacheur série fondé sur K1) ou négatif (hacheur série fondé sur K2). L'étude du hacheur précédent permet de voir que IL peut être positif ou négatif. C'est donc un hacheur qatre quadrants. Cependant, il faudra que 12 EE . C'est donc un hacheur abaisseur de tension. 2°)- Etude des accumulations et des restitutions (dans l'ordre):

Phase d'accumulation K1, K3: On a 21 EEvL , et donc cstetLEEiL 21

Phase de restitution D2, D4: On a 21 EEvL , et donc cstetLEEiL 21

Phase d'accumulation K2, K4: On a 21 EEvL , et donc cstetLEEiL 21

Phase de restitution D1, D3: On a 21 EEvL , et donc cstetLEEiL 21

3°)- Etude du régime critique ou de conduction continue:

L'équation de raccordement s'écrit:

TTLEETL

EEii ccLL .0 2121

En résolvant l'équation de raccordement, on trouve:

1212

1EEc . C'est le rapport cyclique

critique du hacheur.

4°)- Etude du régime de fonctionnement: Charge adaptative: Le hacheur fonctionnera en régime DNI quelque soit . De plus, on pourra écrire valablement: c Charge non adaptative: Ce hacheur ne fonctionne pas correctement sur une charge non adaptative. En effet, si C , même de très peu, le courant IL.moy devient divergent. Il faut impérativement un asservissement du courant et une résistance de faible valeur en série avec la charge.

0 CT T

LEE 21

LEE 21

T

iL

Page 15: S3_ET3_CM1_Hacheurs.pdf

S3_ET3_CM1_Hacheurs Page 15

5°)- Caractéristique statique de commande:

Dans le régime DNI, on a 1212

1EEc . On obtient 12 12 EE .

6°)- Etude de la bobine: L'ondulation de courant dans l'inductance vaut

LfETL

EEIIIL 1210 12 avec Tf 1 .

Webographie:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hacheur

http://physiquenetappliquee.free.fr/hacheur.php

http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/bonnet/hacheurs.htm

t

vL

T T 0 2T

2(1-)E

-2E

I

I0

iL

I0