CONVERSION ELECTRONIQUE STATIQUE

CONVERSION ÉLECTRONIQUE STATIQUE. HACHEURS.
I : Ce que vous ne pouvez pas deviner.
1°) Principes généraux des convertisseurs de puissance.
Les puissances mises en jeu.
montres,
APN, …
10
Gamme des puissances couvertes par l’électronique de puissance.
ordinateurs,
chaînes Hifi
100 10 3
Moteurs de perceuses,
de machines
à laver…
Machines outils,
Robots…
10 4
Page 1 sur 13
Émetteurs TV
Sonorisation
concerts…
10 5
10 6
LES HACHEURS.
Moteurs de TGV,
de paquebots…
P en
watt
Nécessité de la commutation.
Le problème est de transférer de la puissance d’une source à une charge, le plus souvent réglable
de zéro à sa valeur maximale, avec le meilleur rendement énergétique possible ?
1 ère Condition nécessaire : ne pas utiliser dans le convertisseur d’éléments
dissipatifs (résistances, …).
En guise d’exemple, envisageons le montage potentiométrique qui réalise bien un transfert
de puissance entre la source de tension de fem E et la charge R :
On établit que :
Uc αRc
=
E α( 1−
α)
R+ Rc
Ic αR
, =
I αR+
Rc
,
I
D’où le rendement de puissance :
2
Pch arg e UI c c α RRc
η = = =
.
Psource EI ⎡⎣α( 1−
α) R+ Rc⎤⎦[ αR+
Rc]
On remarque :
E
(1-α)R
αR
ic Uc Rc Que le rapport Uc /E ne dépend pas que de α,
mais aussi de la charge Rc .
2 R
Que le rendement en puissance tend vers 0 avec α ( η ∼ α pour α 1).
Rc
Conclusion :
Un transfert de puissance en continu ne présente donc pas un rendement acceptable : d’où
l’idée d’alimenter la charge de manière périodique, grâce à des dispositifs de commutation (interrupteurs
électroniques commandés) : c’est le principe des « hacheurs »
Un exemple simple de hacheur sur charge purement résistive :
L’interrupteur commandé « découpe » la tension continue E.
Il fonctionne à fréquence fixe avec une durée de conduction variable, qui détermine le rapport
cyclique α, défini comme le rapport de la durée de la conduction de l’interrupteur sur la
période du cycle.
αT
T
Interrupteur fermé
Interrupteur
ouvert
t
interrupteur
commandé
i
E Rc U

Quand l’interrupteur est fermé : u = E et
Quand l’interrupteur est ouvert : i = 0 .
E
i = .
R
Les valeurs moyennes de la tension et du courant dans la charge sont : u = αE
;
La valeur moyenne de la puissance dissipée dans R c s’écrit :
soit :
p
c
c
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T αT
0 0
LES HACHEURS.
2
1 1 E
p = p( t )dt = dt
T T R
i
E
= α .
R
∫ ∫ ,
2
E
= α . On notera à cet effet que p ≠ u i , comme on pouvait le prévoir !
R
Conclusion :
Ce dispositif fournit une puissance réglable à la charge par une modification du
rapport cyclique α avec un rendement égal à 1.
2 ème condition nécessaire : La conversion de puissance à haut rendement nécessite
des dispositifs de commutation : interrupteurs commandés (idéaux en
première approximation) ainsi que des dipôles ou quadripôles non dissipatifs
comme des condensateurs, des inductances ou des transformateurs (idéaux).
Les différents types de convertisseurs de puissance.
Selon la nature des signaux d’entrée et de sortie dans les convertisseurs de puissance, on distingue
4 grandes familles : hacheurs, onduleurs, redresseurs et gradateurs.
Hacheur,
régulateur
Signal continu
Signal continu
Symboles des convertisseurs :
Convertisseur
continu - continu
_
_
onduleur
redresseur
Convertisseur
continu - alternatif
_
~
Signal alternatif (f 1)
Signal alternatif (f 2)
Convertisseur alternatif
- continu
~ _
Gradateur (f1 =f2 )
Convertisseur de
fréquences
Convertisseur alternatif
- alternatif
Remarque :
On a supposé que le transfert de puissance s’effectuait de la « source » vers la « charge » ;
certains convertisseurs peuvent fonctionner dans les deux sens et sont qualifiés de « réversibles
».
~
c
~

2°) La commutation électronique.
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LES HACHEURS.
Les « interrupteurs » que l’on rencontre dans les convertisseurs sont des semi-conducteurs
utilisés en régime de commutation.
L’état de l’interrupteur, fermé ou ouvert, peut souvent i = 0
i
être commandé grâce à un signal adéquat appliqué à une
électrode de commande.
La conduction est le plus souvent unidirectionnelle,
c'est-à-dire que l’interrupteur ne peut laisser passer le
courant que dans un seul sens (sous peine de détériora-
u
i
(o)
u
u = 0
i
(f)
u
tion du composant).
état ouvert état fermé
Lorsque l’interrupteur passe de :
⎧l'état
bloqué ⇒ l'état passant
⎨
, on dit qu’il y a
⎩ l'état passant ⇒ l'état bloqué
amorçage ⎧
⎨ .
⎩ blocage
Les changements d’état d’un interrupteur seront toujours supposés instantanés
(modèle idéal).
Fonction diode (modèle idéal).
La diode est un interrupteur
à commutation na-
Symbole : Caractéristique courant - tension.
i
turelle (ou spontanée).
Les diodes utilisées en
i
diode bloquée
commutation peuvent supporter
une tension inverse pouvant
aller jusqu’à 5 kV et un
courant direct de 5 kA.
u
u dépend du
circuit extérieur
diode passante
i dépend du
circuit extérieur
Une diode parfaite est passante si i > 0 ( u = 0 ) et est bloquée lorsque
u < 0 ( i = 0 ).
Fonction transistor.
Le transistor est un interrupteur
commandé à l’ouverture et à la
fermeture, dont le fonctionnement
est limité à : i ≥ 0 et u ≥ 0 (schéma).
Les transistors sont utilisés pour des
commutations à puissance inférieure à 10
kW et des fréquences pouvant atteindre
jusqu’à 100 kHz.
i
Symbole : Caractéristique courant - tension.
i
amorçage
commande
u
blocage
Remarques :
L’état bloqué de la fonction transistor correspond à u > 0 contrairement
au cas de la fonction diode.
Les commutations commandées ne peuvent avoir lieu que les quadrants
où le produit u.i est positif (en convention récepteur).
(Pour le comprendre, il faut envisager le cas de l’interrupteur réel qui dissipe, et par conséquent,
qui consomme toujours une certaine puissance).
u
u

Fonction thyristor.
Le thyristor est un interrupteur
commandé uniquement à la fermeture
et à ouverture naturelle,
dont le fonctionnement est limité à :
i ≥ 0 , u de signe quelconque.
Les thyristors sont utilisés pour des
commutations de puissance élevée (100
kW) mais à des fréquences faibles (1 kHz)
i
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LES HACHEURS.
Symbole : Caractéristique courant - tension.
i
amorçage
u
commande
Remarque :
L’ouverture du thyristor se fait naturellement quand la tension à ses bornes devient négative
(ou l’intensité du courant qui le traverse devient nulle).
Pour assurer son double fonctionnement, le thyristor doit être accompagné d’un circuit assurant
son blocage.
Conclusion sur les interrupteurs commandés:
Par la suite, on se préoccupera ni du type de l’interrupteur commandé utilisé, ni du circuit
nécessaire au fonctionnement de la commutation.
On considérera le modèle d’un interrupteur unidirectionnel, commandé à
la fermeture et à l’ouverture, utilisable pour i ≥ 0 et u ≥ 0 , et symbolisé par :
3°) Sources de tension, sources de courant.
On rappelle ici les résultats essentiels sur les sources de tension et de courant :
i
Sources de tension Sources de courant
Une source instantanée de tension est un dipôle
dont la tension ne subit pas de saut réponse
à une variation brusque de courant.
Une capacité est une source instantanée de
tension.
On peut parfaire une source de tension réelle
en plaçant un condensateur en parallèle.
Il ne faut jamais mettre une source de tension
en court-circuit.
On ne peut pas interconnecter directement
deux sources de tension différentes.
u
Une source instantanée de courant est un dipôle
dont le courant ne subit pas de saut réponse
à une variation brusque de tension.
Une inductance est une source instantanée de
courant.
On peut parfaire une source de courant réelle
en plaçant une bobine en série.
Il ne faut jamais mettre une source de courant
en circuit ouvert.
On ne peut pas interconnecter directement
deux sources de courant différentes.
u

II : Ce qu’il faut retenir.
1°) Hacheur « dévolteur » ou hacheur « série ».
Principe de fonctionnement
Le schéma de principe d’un hacheur is « abaisseur de tension » ou « dévolteur »
est donné ci-contre :
H est un interrupteur commandé et D une Us diode qui permettent de transférer de la puissance
de la source, assimilée à un générateur
de tension de f.e.m. Us , à la charge, assimilée
à un générateur de courant de c.e.m. I.
Compte tenu des natures opposées des sources, H et D ne doivent pas
(et ne peuvent pas d’ailleurs) être simultanément ouverts ou fermés.
On note T la période de commutation, et α le rapport cyclique,
tel que l’on ait pour H le chronogramme suivant (par
un choix arbitraire de l’origine des dates) :
Si 0 < t < αT
: H fermé et D ouvert.
Si α T < t < T : H ouvert et D fermé.
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LES HACHEURS.
On en déduit les chronogrammes des diverses grandeurs électriques du hacheur dévolteur. Il
est d’usage d’indiquer les interrupteurs commandés à la fermeture (ou spontanément fermés
comme pour la diode) par une barre horizontale délimitant leurs zones de travail.
Chronogramme du courant traversant l’interrupteur
commandé H.
Chronogramme de la tension aux bornes de la charge
(ou aux bornes de la diode).
Chronogramme de la tension aux bornes de
l’interrupteur commandé H.
Chronogramme du courant traversant la diode D.
H
U H
I
αI
U s
αU s
U s
I
i s
U c
U H
i D
Η
Η
Η
Η
I
D
i s
αT
D
D
D
D
i D
T
i c
U C
t
t
t
t
I
t

En valeurs moyennes : isI α
Bilan de puissances :
= et Uc Us
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LES HACHEURS.
= α (d’où le nom hacheur dévolteur).
Puissance moyenne reçue par la charge : Pc = Ucic = I Uc = αUsI
Puissance moyenne fournie par la source : s s s s s α s
P = U i = U i = U I .
Conclusion :
Le rendement est donc égal à l’unité pour ce dispositif idéal. En réalité, les
interrupteurs ne sont pas idéaux et le rendement des hacheurs est toujours < 1.
Ce hacheur est aussi appelé hacheur série, car l’élément commandé est
placé en série avec la source.
La diode est dite diode de roue libre, car elle est conductrice pendant la
phase où la source débite une puissance nulle.
2°) Hacheur « Survolteur » ou hacheur « parallèle ».
Principe de fonctionnement
Le schéma de principe d’un hacheur « élévateur
de tension » ou « survolteur » est
donné ci-contre :
is H est un interrupteur commandé et D une
diode qui permettent de transférer de la puissance
de la source, assimilée à un générateur
de courant de c.e.m. I, à la charge, assimilée à
un générateur de tension de f.e.m. Uc , supposée
positive.
I
US Compte tenu des natures opposées des sources, H et D ne doivent pas
(et ne peuvent pas d’ailleurs) être simultanément ouverts ou fermés.
Supposons que l’on ait pour H le chronogramme suivant :
Si 0 < t < αT
: H fermé et D ouvert.
(En effet, si H conduit : u = 0. d’où UD = - Uc < 0)
Si α T < t < T : H ouvert et D fermé
(par continuité du courant dans la source de courant).
D’où les chronogrammes suivants :
Chronogramme de la tension aux bornes de la source
(ou aux bornes de l’interrupteur commandé).
Chronogramme du courant traversant la charge (ou
celui traversant la diode D).
U C
(1-α)U C
I
(1−α)I
U s
i c
I
Η
Η
i H
i H
αT
H
D
D
D
U D
T
i c
U C > 0
t
t
t

Ce qui donne pour les valeurs moyennes : i = ( 1−
α ) I et ( 1 α )
Soit encore :
U
C
=
U
S
( 1−
α )
C
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S C
LES HACHEURS.
U = − U ,
, d’où le nom de hacheur survolteur, encore appelé hacheur
« parallèle » car l’interrupteur commandé est placé en parallèle sur la source.
Bilan de puissances :
Puissance moyenne reçue par la charge : Pc = Ucic = Uc i c = ( 1−
α )UCI Puissance moyenne fournie par la source : P = U i = I U = ( 1−
α )U I .
s s s s C
Ici encore, on constate que Pe = Ps
: le transfert de puissance se fait avec
un rendement de 1 dans ce modèle de hacheur survolteur idéal.
3°) Hacheur à liaison indirecte.
Hacheur à stockage capacitif.
Ce type de hacheur permet de relier deux sources de courant, par l’intermédiaire d’un
condensateur (équivalent à une source de tension), qui doit accumuler, puis restituer au récepteur
l’énergie délivrée par le générateur, suivant le schéma de principe ci-dessous :
Générateur
de courant
i G
u G
i H
u C
i C
H
C
D
i D
u R
i R récepteur
de courant
Etats des interrupteurs et points de fonctionnement :
On suppose que la tension aux bornes de C ne s’annule jamais (régime de conduction continu)
et que i G et i R sont positifs (sources unidirectionnelles).
D bloquée
D passante
H ouvert ( α T < t < T ) H fermé ( 0 < t < αT
)
iG = iC =− iR
impossible car
i G et i R > 0.
u R = 0 , uG = uC,
iD = iG + iR
> 0 et iC = iG.
iR
o Si 0 < t < αT
: phase H fermé et D bloquée. On a : uC =− t+ u C(
0 ) ,
C
G
α < < : phase H ouvert et D passante. On a : ( )
o Si T t T
La tension u C est T - périodique. Ainsi : 0
u( ) = u(T) .
C C
u = 0 , u = u > 0 ,
G
R C
i D = 0 et iC =− iR.
u = 0 , u = 0 ,
G
u = 0 et i = 0 .
C
i
uC = t− αT + u C(
αT
) .
C
R
C

− +
La tension uC est continue. Donc : C C
qui conduit à :
α
i = i
1−
α
G R
.
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LES HACHEURS.
⎧
iR
u( C αT) =− αT+
u( C 0 )
⎪
C
u( αT ) = u( αT
) , soit : ⎨
,
⎪ iG
u(T) C = ( 1−
α) T+ u( C αT)
⎪⎩ C
Chronogrammes des divers signaux électriques du circuit :
i G + i R
i G + i R
i G
-i R
i H
αT
H
i D
i C
αT D
αT
D
T
T
T
aires
égales
t
t
t
u CM
u Cm
u CM
u Cm
u CM
u Cm
u C
αT
H
u G
αT
H
u R
αT
H
Hacheur à stockage inductif.
Ce type de hacheur permet de relier deux sources de tension, par l’intermédiaire d’une bobine
(équivalente à une source de courant), qui doit accumuler, puis restituer au récepteur
l’énergie délivrée par le générateur, suivant le schéma de principe ci-dessous :
Générateur
de tension
E G
i G
On peut montrer que les caractéristiques de ce montage sont :
H
u L
i L
L
u D
D
D
D
D
T
T
T
i R récepteur
de tension
E R
α
E = E
1−
α
R G
;
α
iG = iR.
1−
α
t
t
t

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LES HACHEURS.
III : Pour en savoir plus.
1°) Modélisation d’une machine à courant continu.
Les hacheurs sont particulièrement bien adaptés à la commande de la vitesse des « machines
à courant continu » (à collecteurs), notées MCC. On se limitera à des machines dont
l’inducteur est constitué d’aimants permanents ou d’enroulements alimentés séparément de
l’induit (machines dites à «excitation séparée»).
Modèle électrique équivalent.
Le circuit de l’induit d’une MCC peut être
représenté par le modèle électrique cicontre
:
Rm et Lm sont respectivement la résistance
et l’inductance de l’induit, E la f.e.m.
d’induction due à la rotation et I l’intensité
du courant à travers l’induit.
On établit que la fem d’induction est proportionnelle à la vitesse angulaire
de rotation de l’induit : E = ΦΩ. 0
dI
L’équation électrique du fonctionnement de la MCC s’écrit : U = RI + L + E .
dt
Modèle mécanique équivalent.
Le schéma mécanique équivalent de la MCC est
représenté par le schéma ci-contre :
J m désigne le moment d’inertie de l’induit.
−Ω b et f C − représentent respectivement les
couples de frottement fluide et de Coulomb.
Ce dernier est supposé de valeur absolue constante et opposé à la vitesse angulaire Ω.
C m est le moment du couple électromagnétique, qui est proportionnel à l’intensité du
courant I circulant dans l’induit.
L’étude théorique de la MCC permet de montrer que : C =Φ 0I
.
L’équation mécanique de la MCC en régime dynamique (variable) s’écrit ainsi :
dΩ
Jm = ∑ Ciext→MCC
dt
, soit ici :
dΩ
Jm = Cm −Cf −bΩ. dt
i
U E
En régime permanent (Ω = Cste), il vient : Φ 0I = bΩ+ Cf.
qui conduit, compte tenu de l’équation électrique à une relation de la forme :
U = AΩ+ U .
Cette dernière relation montre que la vitesse angulaire dépend
linéairement de la tension d’alimentation de la machine (la rotation n’a lieu
que si U dépasse la valeur minimale U 0 ).
0
I
Ω
R m
couple
moteur C m
m
L m
frottements
−Ω− b C
f
Inertie : J m

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LES HACHEURS.
Il est remarquable que la MCC fonctionne très bien si la tension U n’est plus constante mais
périodique et de valeur moyenne non nulle. Si cette période est suffisamment petite (devant les
temps de réponse caractéristiques de la MCC), on pourra remplacer U par sa valeur moyenne.
Un hacheur permettant de faire varier permet donc de contrôler
la vitesse de la MCC. On notera que si le filtrage du courant est bien réalisé,
le couple électromagnétique est pratiquement constant au cours du temps.
Les modes de fonctionnement d’une MCC.
On adopte toujours les mêmes conventions d’orientation électriques d’une part (E et I en
convention récepteur), et mécanique d’autre part (Cm et Ω orientés dans le même
sens), de telle façon que l’on ait la relation : EI = CmΩ
.
La machine fonctionne en moteur lorsque EI > 0 (elle reçoit de la puissance
électrique et fournit de la puissance mécanique),
La machine fonctionne en génératrice lorsque EI < 0 (elle reçoit de la
puissance mécanique et fournit de la puissance électrique),
Différents cas sont à envisager suivant le signe de Ω : ce sont les 4 quadrants de la MCC :
Génératrice qui
tourne dans
le sens > 0.
Moteur qui
tourne dans
le sens < 0.
Quadrant 2
Ω (ou E)
Quadrant 1
0
Quadrant 3 Quadrant 4
Ω
Ω
C
C
C
C
Ω
Ω
Moteur qui
tourne dans
le sens > 0.
C (ou I)
Génératrice qui
tourne dans
le sens < 0.
2°) Fonctionnement d’un hacheur dévolteur sur charge E + L
Application du hacheur dévolteur à la commande d’une MCC.
Dans la pratique, la charge placée en sortie du convertisseur n’est pas une source idéale de
courant mais un dipôle qui, alimenté par une tension en créneaux, réalise un filtrage du courant
ic (t), qui sera ainsi pratiquement égal à sa valeur moyenne < ic > à un terme
d’ondulation Δic près.
Ce dipôle est soit un dipôle inductif {R c ; L c } soit l’association série d’un tel dipôle inductif et
d’un générateur de tension de f.e.m. E : ce dernier cas correspond à la modélisation de
l’induit d’une MCC (voir ci-dessus), à condition de négliger la chute de potentiel due à la résistance
de l’induit devant les autres ddp (notamment la fem E), ce qui est légitime, sauf
dans le cas où l’on bloque la rotation de l’induit.
On étudie ici le fonctionnement de la MCC en moteur, en supposant i c > 0 (voir figure cidessous).

On associe à la MCC en série une bobine de
forte inductance, appelée inductance de lissage
(voir plus loin pour comprendre son rôle).
On note L l’inductance totale équivalente (inductance
de lissage + celle du circuit d’induit).
L’interrupteur commandé du hacheur est alimenté
par un signal de période T et de rapport
cyclique α (H conduit sur [0 ; αT]).
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LES HACHEURS.
Étude de la tension moyenne aux bornes de la charge.
On a déjà vu que la tension moyenne aux bornes de la charge s’écrit : UC = αUs.
dic
Or, compte tenu du circuit récepteur, on a : UC= L + E.
Soit en valeur moyenne :
dt
UC= E = E , car en régime de commutation périodique :
dic
L
dt
= 0,
et E = E ,
compte tenu de la période T de commutation, très inférieure aux temps de réponse de la
MCC.
Remarque :
Les fréquences des signaux de commutation se situent à des fréquences
supérieures à 15 kHz (domaine des ultrasons), afin d’éviter le sifflements parasites
générés dans le circuit.
Comme la f.e.m. E est proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation Ω, on a :
αU
s Ω= .
Φ
Évolution du courant dans la charge.
Effectuons une mise en équation pour chaque intervalle de fonctionnement des interrupteurs
:
dic
Pour 0 < t < αT
: Uc = Us , soit encore : L E Us
dt + = 0 (Us − E )
i(t) c − i( c ) = t.
L
dic
E
Pour α T < t < T : Uc = 0, soit encore : L + E = 0 i(t) c − i( c αT) =− ( t− αT)
.
dt L
− +
i( αT ) = i( αT
) . Par ailleurs : i( 0 ) = i(T) .
La continuité du courant dans L impose que : c c
Comme on a U s > E, on remarque que
Ainsi : i( 0 ) I
Remarque :
Définition :
c = cMin et i( c T) IcMAX
i(t) c
⎧ croissante sur [0 ; αT]
est ⎨
.
⎩décroissante
sur [ αT
; T]
c c
α = (compte tenu du choix pris pour l’origine des dates).
Les valeurs du courant moyen c i , ainsi que I cMin et I cMAX ne sont absolument
pas imposées par le hacheur, mais par la charge du montage.
On appelle ondulation Δi c du courant i c dans la charge la quantité :
Δ ic= IcMAX − IcMin
.
Compte tenu des résultats précédents, on a ici : i α( 1 α)
des commutations.
U s
i s
H
U
fL
D
s
Δ c = − , où
U C
u L
L
1
f = est la fréquence
T
i c
0
E

Cette étude mathématique de l’ondulation du courant est capitale
dans la prévision du fonctionnement et du dimensionnement
du hacheur, notamment dans le cas où la conduction
continue est nécessaire, car on doit alors avoir : Δ i < 2 i .
Page 12 sur 13
c c
LES HACHEURS.
Par ailleurs, en remarquant que l’intégrale d’une fonction f(t) représente l’aire sous la
courbe, on établit que : ic
IcMAX + IcMin
=
2
.
L’expression précédente obtenue pour l’ondulation Δic montre que :
c i Δ si f ou L ,
A f et L fixés, c i Δ dépend du rapport cyclique α. ( Δ ic
) max
U s
1
= , pour α = .
4 fL 2
3°) Fonctionnement d’un hacheur survolteur avec une source E + L.
Fonctionnement de la MCC en génératrice.
En phase de freinage, la MCC fonctionne
en génératrice et n’est plus un récepteur de is ic courant. La structure du hacheur série ne
convient plus du fait de l’unidirectionnalité
des interrupteurs commandés.
On utilise alors la structure du hacheur pa-
L
U
iH H
D
UC rallèle (voir II $ 2° ) , la MCC réalisant la
source de courant, suivant le schéma cicontre
:
E
T désigne toujours la période de commutation de l’interrupteur commandé H. Soit α le rapport
cyclique tel que H soit fermé pendant une durée αT.
On suppose qu’on a toujours Uc > 0.
Étude de la tension moyenne aux bornes de la charge.
On a déjà montré que U s
= ( 1− α ) UC.
Par ailleurs, on a : di
U = L + E .
dt
D’où comme précédemment : U E E E =Φ Ω= − α U .
= = soit ( )
0 1 C
Cette dernière relation montre que la vitesse de rotation de la MCC est contrôlée par le
rapport cyclique.
D’un point de vue pratique, si l’inductance L (comprenant l’inductance de la MCC et
l’inductance de lissage) est suffisamment grande, on peut négliger l’ondulation du courant is dans le générateur, et tout se passe comme si la génératrice débite dans un conducteur ohmique
UC
UC
de résistance : R = ( 1−
α ) , variable de 0 à .
i
i
s
s
ic IMAX
I Min
t

4°) Hacheurs « multiquadrants ».
Page 13 sur 13
LES HACHEURS.
Les convertisseurs que l’on vient d’étudier présentent, en pratique, un inconvénient notable
lorsqu’ils sont destinés à contrôler le fonctionnement d’une MCC. En effet, ils ne permettent
pas le fonctionnement à la fois en moteur et en génératrice, ce qui est très contraignant.
Dans la plupart des cas, il faut permettre à la MCC de fonctionner au moins dans deux quadrants
(cf III $ 1°)), selon que l’on a I > 0 et E > 0 (moteur), ou I < 0 et E > 0 (génératrice).
Différents types de hacheurs répondent à cette exigence.
Hacheur réversible en courant (fonctionnement deux quadrants).
Ce type de hacheur réalise les deux fonctions de
hacheur dévolteur (ou série) et hacheur survolteur
T1 (ou parallèle) grâce à deux associations anti-
is parallèles d’une fonction diode et d’une fonction
transistor (figure ci-contre) :
Us T 1 et D 2 constituent le hacheur série,
T 2 et D 1 constituent le hacheur parallèle.
Intérêt de l’association anti parallèle (T,D) :
Il est ainsi possible d’avoir
d’une valeur négative pour le
courant i, permise par la présence
de la diode.
i
u
Hacheur réversible en pont (fonctionnement quatre quadrants).
Soit le hacheur suivant, qui alimente une MCC de fem E et de résistance d’induit négligeable.
V
H 1
H 2
i
D 1
D 2
Les interrupteurs H1 et H3 sont commandés simultanément avec la période T. Ils sont com-
t ∈ 0;
αT
et ouverts le reste de la période.
Les interrupteurs H2 et H4 sont commandés simultanément avec la période T. Ils sont com-
t∈ αT;T
et ouverts le reste de la période.
mandés à la fermeture pour [ ]
mandés à la fermeture pour [ ]
On peut montrer (bon exercice !) que ( 2α1) L
u(t)
E = − V .
En raisonnant avec les conventions de l’électrocinétique (cf III $ 1°)) , on établit que :
1
Lorsque < I > est positive, la machine fonctionne en moteur si E > 0, soit α > et
2
1
en génératrice si E < 0, soit pour α < .
2
Lorsque < I > est négative, la machine fonctionne en génératrice si E > 0, et en moteur
si E < 0.
Un tel hacheur permet un fonctionnement de la MCC dans les 4 quadrants.
E
M
H 4
H 3
D 1
T 2
i
D 4
D 3
U C
L
D 2
u
i c
E