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LE HACHEUR

1)Définition : Un hacheur est un convertisseur continu/continu, il permet d'obtenir à partir d'une tension continue fixe, une tension continue reglable.

Il est composé d'un interrupteur électronique unidirectionnel H (transistor ou thyristor) fermé pendant un intervalle de temps t1 = αT, et ouvert pendant le reste de la période T. Une diode de roue libre D permet la circulation du courant si la charge est inductive.

2)Schéma d'un hacheur série:

On appelle rapport cyclique α: le rapport du temps de ferméture de l'intérrupteur H sur la période T du hacheur.

α = Ton / T

3)Valeur moyenne aux bornes de la charge (R,L,E)

La valeur moyenne notée Uc( des fois <uc>), est par définition : le rapport de l'aire sous la courbe de uc(t) sur la periode T.

Uc = AT/ T

Chronogramme de uc(t)

L'aire sous la courbe sur la période T est un rectangle de largeur égale : V et de longueur αT donc AT= αTxV

ce qui donne <uc(t)> = αTxV/T = α.V

<uc(t)>=Uc = α.V

4) Chronogramme des courants et tensions

En appliquant la loi des noeuds on on a :
 

ic(t)=iH(t)+iD(t)( la loi est vérifiée quelque soit t)

-Pour 0<t<αT : l'intérrupteur H est fermé ; la tension uc(t)= V ( la diode D est bloquée)

iD(t)= 0 ==>iH(t) =iC(t).

-Pour αT<t<T : l'intérrupteur H est ouvert ; la tension uc = 0 ( la diode D est passante)

iH(t)= 0 ==>iD(t) =iC(t).

On pose I1=Imax et I0= Imin et i = ic

On démontre que la valeur moyenne de ic(t) est égale :

<ic(t)> =Ic=( Imax + Imin) / 2

et aussi <iD(t)>=(1-α). Ic , <iD(t)>=α. Ic ( Il suffit d'utiliser la méthode des aires pour calculer la valeur moyenne de iH(t) et de iD(t))

<ic(t)> =Ic
( Imax + Imin) / 2
<iD(t)> =ID
(1-α). Ic
<iH(t)> =IH
α. Ic

5) Ondulation du courant iC(t)

Le rôle de l'inductance L(dite inductance de lissage)est de réduire l'ondulation du courant.

On démontre que l'ondulation du courant :

Pour Δi = Imax - Imin = α(1-α).V/(L.f)

L'ondulation du courant est maximum pour α =1/2, ce qui donne :

Δimax =V/(4.L.f)

6) Hacheur quatre quadrants

a) Définition : C'est un hacheur réversible en tension et en courant, il est basé sur une structure en pont portant les interrupteurs K1( D1, H1), K2( D1, H1), K3 ( D1, H1)et K4( D1, H1).Chaque interrupteur Ki est constitué par un interrupteur commandé unidirectionnel( un thyristor) H, et une diode D, c'est grace aux diodes qu'on arrive à obtenir des interrupteurs bidirectionnels.

Le courant dans la charge circulera ainsi dans les deux sens, ceci assure la réversibilité en courant du hacheur. Le transfert de puissance peut se faire dans les deux sens (la charge reçoit et fournie de l'energie ). Le point de fonctionnement se balade dans les quatres quadrants du diagramme (< uc >,< ic >).

Cela permet, lorsqu'on alimente un moteur à courant continu, de le faire tourner dans les deux sens et également de le faire fonctionner en génératrice et, par exemple, de récupérer de l'énergie électrique pendant les phases de freinage.

b) Schéma du hacheur 4 quadrants

Il s'agit d'un montage en pont en H à quatre interrupteurs (des thyristors).

Le générateur Ua doit être réversible en courant et la charge doit être réversible en courant et en tension.

Pour un fonctionnement dans un quadrant donné, deux des quatre interrupteurs restent toujours bloqués (même si on leur envoie des commandes d'amorçage), les deux autres fonctionnent simultanément et sont ouverts et fermés ensemble et périodiquement. (la commande des interrupteurs est de type complémentaire: T est la période de découpage du hacheur; et α son rapport cyclique)

Nous faisons l'hypothèse d'un courant ininterrompu ( courant dans la charge ne s'annule jamais), les composantssont parfaits ( quand un thyristor conduit la tension à ses bornes est nulle)

0 < t < αT : H1 et H3 sont commandés à l'état fermé; H2 et H4 sont commandés à l'état ouvert: K1 et K3 sont fermés on a donc Ua - uc(t) = 0 ( la loi des mailles)donc uc(t) = Ua

-αT < t <T: H2 et H4 sont commandés à l'état fermé; H1 et H3 sont commandés à l'état ouvert: K2 et K4 sont fermés on a donc Ua + uc(t) = 0 ( la loi des mailles)donc uc(t) = - Ua

Dans cette phase, la charge restitue de la puissance au générateur ( p(t) < 0 ), c'est une phase de récupération (les diodes sont appelées diodes de récupération).

c)Chronogramme de la tension uc(t)

la valeur moyenne de uc(t) est : on peut la calculer avec la méthode des aires :

<uc(t)> = Ua (2α - 1)

La valeur moyenne est positive si le rapport cyclique est α > 1/2 et négative si α < 1/2. et elle est comprise entre -Ua et + Ua.

d) fonctionnement dans les 4 quadrants

- quadrant 1 : la machine fonctionne en moteur avec un sens de rotation c'est la phase d'accélération ( l'intensité ic croît).

- quadrant 2 : la machine fonctionne en génératrice dans un sens de rotation et est dans la phase de freinage.

-quadrant 3 : la machine fonctionne en moteur dans le sens de rotation inverse du quadrant 1, la machine est en phase d'accélération.

-quadrant 4: la machine fonctionne en génératrice dans le sens de rotation inverse du quadrant 1 , la machine est dans une phase de freinage.