Transcript Les montages Hacheur

Les montages Hacheur
Études des montages
HACHEUR
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Sébastien GERGADIER
Lycée Richelieu
Les montages Hacheur
Plan de la présentation
Introduction et généralités
Présentation application support
Objectifs des montages Hacheurs
Structure d’un variateur de vitesse pour MCC
Le montage hacheur série à conversion directe
Principe
Valeurs moyenne et efficace de sortie
Le montage hacheur parallèle à conversion directe
Principe
Valeurs moyenne et efficace de sortie
Les montages hacheur à conversion indirecte
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
AGIR
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Énergie
Électrique
Continue
Montage
Hacheur
Énergie
Électrique
Continue
Les montages Hacheur
PRESENTATION DU SUPPORT
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
MACHINE DE CONDITIONNEMENT DE COMPRIMES
Les montages Hacheur
PRESENTATION DU SUPPORT
Signalisation lumineuse : Balise
Chaîne d’information
Commandes
utilisateur
ACQUERIR
TRAITER
COMMUNIQUER
Flacon vide sur palette
avec un bouchon
Niveau trémie
Présence
palette
Affichage
production
Capteurs TOR
Capteurs ultra son
API
Boîtier de commande
Ordres
Alimentations
électrique et
pneumatique
ALIMENTER
DISTRIBUER
CONVERTIR
Prise réseau
Contacteurs
Moteurs CC
+ Prise
pneumatique
Variateur de vitesse
Vérins
Chaîne d’énergie
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
TRANSMETTRE
Remplir le
flacon de
comprimés
Réducteurs
Vibreur
Convoyeur
…
Flacon rempli du
nombre de comprimés
désiré et bouché
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Objectif : Obtenir une tension continue variable à partir d’une source
continue fixe.
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
STRUCTURE INTERNE D’UN
VARIATEUR POUR MCC
CVS
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
MCC
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
STRUCTURE ELECTRONIQUE D’UN
VARIATEUR POUR MCC
Montage
Redresseur
PD3
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Filtre LC
Montage
Hacheur
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
Première possibilité :
Montage diviseur de tension
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Si Id = 0, alors : U d 
R2
.U s
R1  R2
Si Id ≠ 0, alors : U d 
R2 .Rc
.U s
R1.  R2  Rc   R2 Rc
Inconvénients :
Relation qui dépend de Rc.
Rendement très faible.
Les montages Hacheur
Introduction et généralités

Pd
R .I ²
 c d
Ps R e q .I s ²
si R1= R et R2= 1-  R

RRc . 1    ²
Rc ²  Rc R   R²   ².  2R²  RRc    3 R²
Le rendement est maximal pour : Rc  R2  1    R
Soit pour α=0.5, on a :
  16%
Donc 84% de la puissance fournie par la source est perdue par effet
Joule, et n’est donc pas transmise à la charge.
Montage jamais utilisé en électronique de puissance.
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
Seconde possibilité :
Utilisation d’un convertisseur statique CVS
On utilise un interrupteur à la place des résistances R1 et R2.
Conséquences :
Plus de puissance perdue par effet Joule (si K parfait)
Circuit supplémentaire pour la commande de l’interrupteur
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Introduction et généralités
La commande de l’interrupteur K est périodique de période T.
État de K
1
0
temps
0
ton
T
On note α le rapport entre le temps de conduction ton par rapport
à la période T.

ton
T
Deux possibilités :
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
faire varier ton avec T constant
faire varier T à ton constant.
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Schéma de principe d’un hacheur série
Charge homogène à une
source de courant
Machine à courant
continu par exemple.
3 Phases possibles :
K est fermé, donc ud = +U
Conduction continue
K est ouvert et id ≠ 0, donc ud = 0
K est ouvert et id = 0, donc ud = +Ec
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
On suppose les interrupteurs parfaits.
Conduction discontinue
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
En conduction continue (courant de charge ininterrompue) :
Phase 1 :
0  t  T
did (t )
U  lc
 Rcid (t )  Ec
dt
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants qui a
t / 
pour solution :
id (t )  Ae
Conditions initiales :
en t = 0; id (t) = Imin
U-Ec
en t = +; id (t) =
Rc
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
soit
B

U  Ec
 A  I min 
Rc


U  Ec
B 
Rc


l
  c
Rc


U  Ec  t U  Ec
Donc : id (t )   Imin 
e 
R
Rc
c


Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Phase 2 :  T
t T
did (t )
0  lc
 Rcid (t )  Ec
dt
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants qui a
pour solution :
i (t )  Det T  /  E
d
Conditions initiales :
en t =  T; id (t) = Imax
en t = +; id (t) = Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Donc :
Ec
Rc
Ec

D

I

max

Rc

soit 
 E   Ec

Rc
t  T

Ec      Ec
id (t )   I max 

e
R
Rc
c 

Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Tension aux bornes de
la charge
Courant dans la charge
Courant dans
l’interrupteur
Courant dans la diode
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Phase 1 :
Phase 2 :

U  Ec  t U  Ec
id (t )   Imin 
e 
Rc 
Rc

t  T 


E  
E
id (t )   I max  c  e   c
Rc 
Rc

Expression des courants min et max :
En t = αT : Imax  Imin .e
En t = T : Imin  Imax .e


T

T


U  Ec 

. 1  e  
Rc 

T T 



Ec 
. 1  e
Rc 
T T 




Imax
T


U 
. 1  e  
Rc 
  Ec

T

Rc
1 e 
Imin 
T T 
T

U   
. e
e 
Rc 
1 e

T



  Ec
Rc
Ondulation du courant dans la charge :
I  Imax  Imin
T T  
T 





1  e  1  e  
U 


I 
.
T

Rc
1 e 
Si T<<τ, on utilise un développement limité à l’ordre 1 de l’exponentielle en 0 :
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
I 
U . . 1   
lc f
Cela revient à négliger la résistance Rc.
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Ondulation maximale du courant dans la charge :
I 
U 1   
lc f
Ondulation maximale pour :
Soit pour :  
I
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
max
1
2
U

4lc f
d I
0
d
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Formes d’ondes de la tension et du courant en sortie :
Valeur moyenne de la tension de sortie :
T
Ud0 
Donc :
1
ud (t )dt
T 0
Ud 0
1

T
T
U d 0  U
On a aussi : U d 0  Ec  Rc .id (t )  lc .
did (t )
dt
Si on néglige la résistance Rc, on a de même :
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
T
1
U
.
dt

0.dt
0

T T
Ud 0  Ec  U
Comme la vitesse de rotation est proportionnelle à Ec, on peut régler celleci en agissant sur α.
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Si on désire disposer d’une alimentation continue réglable, la source de
sortie doit être considérée, vu de la charge, comme une source de tension.
On parle alors d’alimentation à découpage.
On peut placer un condensateur pour changer la nature de la source
de sortie.
K
L
U
D
C
CHARGE
Filtre passe-bas
Or, en vertu des règles d’association des sources, il faut placer une inductance.
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
On rappelle que tout signal x(t) est décomposable comme :
x(t )  x(t )  x(t )
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Dimensionnement du filtre LC :
Conventions :
L’inductance L se détermine comme pour une charge du type
source de courant.
U 1   
I 
Lf
L’impédance d’un condensateur de capacité C notée Zc s’exprime par :
Zc 
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
1
jC
Donc, la composante continue (ω=0) du courant ne circule pas dans le
condensateur.
iC (t )  iL (t )
Les montages Hacheur
Montage hacheur série
Or :
iC (t )  C.
Donc : vC (t ) 
dvC (t )
dt
1
1
. iC (t ).dt  . iL (t ).dt
C
C
 1
T
 T

2
1 

Vs  .   iL (t )dt   iL (t ) dt 
C T
T
 2

Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
I U 1   
Vs 

8Cf
8LCf ²
Vs
max
U

32 LCf ²
Les montages Hacheur
Montage hacheur parallèle
Schéma de principe d’un hacheur parallèle
3 Phases possibles :
K est fermé, donc uK = 0
K est ouvert et il ≠ 0, donc uK = uD
K est commandé et il =0, donc uK = U
Conduction continue
Conduction discontinue
On suppose les interrupteurs parfaits.
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
On suppose aussi que la capacité C est suffisamment élevée pour que
uD(t)=constante=uD0
Les montages Hacheur
Montage hacheur parallèle
Phase 1 :
0  t  T
U l
dil (t )
dt
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants.
Condition initiale :
en t = 0; il (t) = Imin
Donc : il (t ) 
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
U
t  I min
l
Les montages Hacheur
Montage hacheur parallèle
Phase 2 :  T
t T
dil (t )
U l
 U D0
dt
Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants.
Condition initiale :
en t =  T; il (t) = Imax
Donc : il (t ) 
U  U D0
.  t   T   I max
l
Il faut que le courant diminue, il faut donc que : U  U D 0
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Montage hacheur parallèle
Formes d’ondes des signaux :
Expression de la tension
moyenne de sortie Ud0 :
vl (t ) 
di (t )
1
1
1
l. l .dt   l.dil (t )  .il (t  T )  il (t  0)   0

TT
dt
TT
T
car signal périodique en régime permanent
Soit :
vl (t )  0 
Donc :
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
UT  U  U d 0  .  1    T 
T
Ud0
1

U
1
Si pas de pertes dans le CVS :
Id 0
 1
Il 0
Les montages Hacheur
Montage hacheur parallèle
En théorie, la valeur moyenne de la tension de sortie est infinie pour α=1,
Mais en pratique elle est limitée, car l’étude à été menée avec des
composants supposés parfaits. (voir TD)
Dimensionnement de l’inductance l :
Ondulation du courant dans la source ∆Il :
Phase 1 :
Phase 2 :
0  t  T
T  t  T
U
.t  I min
l
U Ud0
il (t ) 
.  t   T   I max
l
il (t ) 
U U d 0 1   

Donc : I l 
lf
lf
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Montage hacheur parallèle
Dimensionnement de la capacité du condensateur C :
On tient compte désormais de l’ondulation de la tension ud(t). Cette
ondulation est due à la composante alternative du courant dans la charge.
Pour
0  t   T , on a : vS (t )  Vmax 
Donc, en t=αT, on a : vS (t   T )  Vmax 
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Soit, en fait : VS  Vmax  Vmin 
Id 0
. T
C
 Id 0
Cf
Id 0
.t
C
Les montages Hacheur
Montage à conversion indirecte
VOIR TD
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1
Les montages Hacheur
Sébastien
GERGADIER
Lycée Richelieu
TSI 1