Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur            1

 

T.P. Hacheur – Commande de vitesse d’un moteur 1.

Description de la maquette

La maquette, qui est alimentée par une alimentation ±15V, comporte plusieurs blocs :

1.1.

Circuit de commande

Il est constitué de plusieurs sous fonctions.

1.1.1.

Générateur de rampe :

Il est constitué d’un oscillateur de relaxation (intégrateur inverseur de constante de temps réglable via

Rh

suivi d’un comparateur non inverseur) ; la sortie en

a

délivre un signal triangulaire et celle en

b

, un signal en créneaux. 

Ne pas oublier de relier la masse de l’alimentation ±15V à celle de l’oscilloscope.



Déterminer expérimentalement la plage de fréquences accessible pour les oscillations en a.

commande et isolation

Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur 2

 

1.1.2.

Commande :

Génère en

l

une tension continue comprise entre -10V et +10V réglable par le potentiomètre

P

. 

Interpréter le fonctionnement de cette partie commande.

1.1.3.

Comparateur :

c

étant relié à

a

, et

l

à

d

, le comparateur génère en

e

un créneau de fréquence et de rapport cyclique α variables.

Après avoir alimenté la maquette et relié c à a ainsi que l à d, visualiser les différentes tensions aux points a, d et e. Sur quel paramètre le potentiomètre P influe-t-il ? Régler les potentiomètres de commande pour obtenir un rapport cyclique environ égal à 0,25 et une fréquence de hachage d’environ 500 Hz.

1.2.

Isolation :

Le transistor du hacheur est isolé galvaniquement de la commande grâce à un optocoupleur d’isolement. Ainsi, l’alimentation de puissance (partie orange de la maquette) est totalement isolée de celle de la partie commande (parties bleues). Pour ne pas supprimer cette isolation, on effectuera les mesures uniquement sur la partie puissance n’importe où sur les bornes de puissance. 

Relier e à f et h à -15V.

OU

sur la partie commande. Dans la partie commande, aucun point n’est relié à la terre. Cela permet de fixer arbitrairement le potentiel de référence de l’oscilloscope

1.3.

Puissance :

Les résistances de la partie puissance

r t , r d et r c

de valeur environ 1 Ω permettent de mesurer les différents courants.

isolation



Connecter i à A et k à B.

2

puissance

Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur 2

  On l’aura compris : le signal délivré en

k

va permettre de commander l’ouverture et la fermeture du transistor

T

qui joue le rôle d’interrupteur commandé : lorsque

V B

>0, le transistor se comporte comme un interrupteur fermé et

V CE =0

; lorsque

V B

< 0, il se comporte comme un interrupteur ouvert et

V CE

> 0.

2.

Hacheur série

2.1.

Source d’entrée :

Elle est constituée d’un générateur de tension continue +20V obtenue à partir d’une alimentation stabilisée. 

Régler celle-ci de la façon suivante : potentiomètre de tension au minimum, on court-circuite la sortie de l’alimentation. On augmente légèrement la tension jusqu’à apparition d’un court circuit que l’on règle à 2A par le potentiomètre intensité. On règle enfin la tension en circuit ouvert à 20 V.



Connecter l’alimentation ainsi réglée entre les bornes A (+) et E(-) du hacheur.

2.2.

Charge R,L :

Elle est constituée d’un rhéostat en série avec une bobine dont on mesurera préalablement la résistance. On appelle

R

la résistance de l’ensemble (mesurable à l’ohmmètre) et

L

l’inductance de la bobine. 

Connaissant l’intensité maximale du courant supportable par la bobine et le rhéostat, déterminer la résistance du rhéostat de manière à toujours vérifier cette condition.



Placer la charge entre A et G.

2.3.

Structure du convertisseur

 

Sachant que la source de tension d’entrée est branchée entre A et E, et la charge entre A et G, représenter sur un schéma théorique de montage hacheur série, les points A, E, H et G (dans ce montage théorique, il faudra déplacer le transistor par rapport à ce qui a été vu en cours). Repérer alors la borne qui constituera la masse du montage qu’on reliera à celle de l’oscilloscope, ainsi que les résistances aux bornes desquelles on atteint les mesures et visualisations de i D , i T et de i C , courants traversant respectivement la diode, le transistor et la charge.

2.4.

Chronogrammes :



2.5.

Visualiser i D , i T et i C et les représenter sur un chronogramme en concordance de temps.

Fonctionnement général :

On rappelle que dans ce cas, la source de sortie n’étant pas considérée comme idéale, le courant

i C

(

t

) varie sous les formes suivantes (en appelant

I min

et

I max

les valeurs respectivement minimale et maximale de l’intensité du courant

i C

(

t)

) : - durant la phase de croissance du courant :

i C

(

t

) = " $ #

I

min −

E R

% ' exp & " $ # − τ

t

% ' & +

E R

2

          Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur            3

  - durant la phase de décroissance (roue libre) :

i C

(

t

) =

I

max exp " $ # −

t

− α

T

τ % ' &  

Visualiser i C (t) et u C (t) sur l’oscilloscope puis mesurer

τ

L

=

R . En déduire la valeur de L. Faire varier la valeur de

α

(5 valeurs) et mesurer dans chaque cas i c et u c .



Vérifier la concordance des deux derniers résultats avec la théorie.

2.6.

Montrer que dans ce cas,

i c

( ) tend à devenir triangulaire et que l’ondulation est donnée approximativement par : Δ

i c

 ≈

E

.

T

α ( 1 − α ) .

L Agir sur la fréquence de hachage afin d’obtenir des signaux « triangulaires ».



Vérifier l’influence de

α

( (5 valeurs)) sur l’ondulation

Δ

i c . Pour quelle valeur de

α

,

Δ

i c est-



elle maximale ? Vérifier l’influence de la fréquence de hachage sur l’ondulation (tout en maintenant la condition

τ >>

T ).

3.

Application : alimentation d’un MCC

3.1.

Fonctionnement usuel (T<<

τ

) : Etude avec génératrice à vide

l’arbre 

Après avoir abaissé E à 0V, remplacer la charge R, L par le moteur de la maquette DMS Didalab « asservissement de vitesse » aux bornes marquées M progressivement la valeur de E (10V maximum !) jusqu’à rotation du moteur (celui-ci peut être un peu « coincé » au démarrage, ne pas hésiter à l’aider à se lancer. Sinon, augmenter légèrement

moteur. α

).

La vitesse de rotation du moteur peut-être mesurée par la génératrice tachymétrique branchée sur La tension mesurée en C s

1 et M

est

2 de celui-ci. Augmenter

proportionnelle à ω . Pour effectuer les mesures, penser à alimenter la plaquette ! 

Vérifier l’influence de relevé de la vitesse angulaire en fonction du rapport cyclique : observer e de la plaquette « hacheur » et C s

α

(3 valeurs) sur la vitesse de rotation du moteur. Pour cela, faire un de la plaquette « asservissement ». Attention à ne plus avoir de masse reliée sur la partie puissance de la plaquette hacheur …

On s’attend (théorie) à une relation de proportionnalité entre ω et α … 

Pour une valeur quelconque de

α

, observer i c (t) : on constate le

phénomène de conduction discontinue

(ou interrompue) : l’intensité dans la charge (ici, le moteur) passe par 0 avant la fermeture de l’interrupteur commandé. La diode se bloque à son tour.

3.2.

Bobine de lissage

 

Interposer, entre la sortie du hacheur et le moteur, la bobine précédemment utilisée (250 spires suffisent). Quelle est l’influence de cette inductance sur la forme de l’intensité du courant traversant le moteur ? On pourra observer que le phénomène de conduction discontinue a disparu. Reprendre les mesures de

α

en fonction de

ω

(débrancher la masse en H !) pour E = 15V.

3.3.

Etude avec génératrice débitante

Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur 4

  Dans ce cas, la génératrice, branchée sur le rhéostat de la première partie, produit un couple résistant sur l’arbre moteur : cela simule un moteur en charge. 

Brancher le rhéostat utilisé dans la première partie aux bornes de la génératrice (bornes « charges » de la génératrice). Faire varier la résistance. Que constatez vous ? Interpréter.

4.

Etude du hacheur dévolteur

4.1.

Aspect théorique

On rappelle le schéma théorique du hacheur parallèle (l’élément commandé étant en parallèle sur la source d’entrée) aussi appelé hacheur survolteur. u D I u E

4.2.

Montage prévu par la plaquette

Le constructeur de la plaquette prévoit de brancher, entre G et E, une source de tension en série avec une bobine, et entre A et E, une résistance en parallèle avec un condensateur. 

Justifier ces choix et représenter les points G, H, A et E sur le montage théorique.



Aux bornes de quelles résistance pourra-t-on avoir accès aux courants traversant respectivement la source d’entrée, la source de sortie et le transistor ?

4

          Hacheur – Commande en vitesse d’un moteur            5

 

Liste de matériel :

- Alimentation stabilisée AX322 - Oscilloscope - Maquette hacheur à transistor 3750 Didalab - Maquette asservissement de vitesse Didalab - Alimentation ±15V - Bobine 2*500 tours sans noyau de fer - Rhéostat 100

Ω

, 1,25A - Multimètre de table - Sachet de petits fils pour les maquettes