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Hacheur
schéma le plus simple d'un hacheur série
schéma le plus simple d'un hacheur série
Principe de fonctionnement d'un hacheur série
Principe de fonctionnement d'un hacheur série

Le hacheur ou convertisseur continu - continu est un dispositif de l'électronique de puissance (L'électronique de puissance est l'une des branches de l'électrotechnique, elle concerne les dispositifs (convertisseurs) permettant de changer la forme de l'énergie électrique.) mettant en œuvre un ou plusieurs interrupteurs commandés et qui permet de modifier la valeur de la tension (La tension est une force d'extension.) d'une source de tension continue avec un rendement élevé. Le découpage se fait à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par...) très élevée ce qui a pour conséquence de créer une tension moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...). C'est l'analogue, pour les sources de tensions continues, du transformateur utilisé en régime alternatif.

Si la tension délivrée en sortie est inférieure à la tension appliquée en entrée, le hacheur (Le hacheur ou convertisseur continu - continu est un dispositif de l'électronique de puissance mettant en œuvre un ou plusieurs interrupteurs commandés et qui permet de modifier la valeur de...) est dit dévolteur. Dans le cas contraire, il est dit survolteur. Il existe des hacheurs capables de travailler des deux manières (Boost-Buck).

On définit le rapport cyclique par :

\alpha = \frac{t_1}{T}

Pour un hacheur dévolteur, le rapport de la tension de sortie sur la tension d'entrée est égal au rapport cyclique.

Certains hacheurs sont également réversibles : ils peuvent alors fournir de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) à la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...), généralement une machine à courant continu (Une machine à courant continu est une machine électrique : convertisseur électromécanique permettant la conversion bidirectionnelle d'énergie entre une installation...) dans ce type d'application, ou bien en prélever ce qui permet de freiner la machine.

Les hacheurs de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) sont utilisés pour la variation de vitesse (On distingue :) des moteurs à courant continu (Le courant continu (CC), par opposition au courant alternatif, est un courant électrique unidirectionnel : le courant circule à chaque instant dans...). En plus faible puissance, ils sont un élément essentiel des alimentations à découpage. La vitesse de rotation d'un moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) à courant continu à aimants permanents est alors directement proportionnelle à la tension d'alimentation de l'induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité...).

Principe de fonctionnement

Il faut d'abord savoir qu'en électronique de puissance un condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de pouvoir recevoir et rendre une charge électrique, dont la valeur est proportionnelle à la tension. Il se caractérise par sa Capacité...) se comporte comme une soure de tension, et une self comme une source de courant.

Premier cas : l'interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant d'interrompre ou d'autoriser le passage d'un flux. Il ne faut pas confondre l'interrupteur qui permet d'éteindre ou d'allumer un appareil...) est ouvert (état "off")

La loi des mailles permet d'obtenir la relation qui suit :

Vs = − Vl or Vl =L\times(\frac{di(t)}{dt})

et il vient : Vs = -L\times (\frac{di(t)}{dt})

on trouve ainsi la relation : I(t)=- Vs\times(\frac {t}/{L})+If

l'écart de courant est donc : I=\frac{(1-a)\times(T\times(Vs))}{L} avec T la période et a le rapport cyclique.

Deuxième cas: l'interrupteur est fermé (état "on")

la loi des mailles devient : Vl=Ve-Vs=L\times\frac{di(t)}{dt}

d'où : \frac{di(t)}{dt}=\frac{Ve-Vs}{L}

il vient : I(t)=\frac{(Ve-Vs)\times t}{L}+Io

L'écart de courant est donc : I=\frac{a\times T \times(Ve-Vs)}{L}

Relation entre Ve et Vs

on a : I=\frac{-(1-a)\times T \times Vs}{L} et I=\frac {a\times T \times(Ve-Vs)}{L}

donc : \frac{-(1-a)T\times Vs}{L}=\frac{a \times T \times (Ve-Vs)}{L}

et après quelques calculs simples : Vs=a \times Ve

Déterminons maintenant la relation liant le courant moyen dans l'inductance (L'inductance d’un circuit électrique est un coefficient qui traduit le fait qu’un courant le traversant crée un champ magnétique à travers la section entourée par ce circuit. Il en résulte un flux du champ magnétique à travers la...) en sachant que le courant moyen dans un condensateur est nul.

Ilmoy = Irmoy + Icmoy or Icmoy = 0 Ilmoy = Irmoy Ilmoy = Vsmoy / R

On en déduit la valeur de la self pour avoir une conduction continue c’est-à-dire que le courant minimum dans la self soit positif (Il mini>0)

Il mini=Il moy-\frac{I}{2} Il mini=\frac{Vs moy}{R}- \frac{(1-a)\times T \times Vs moy}{2L} Il mini=\frac { Vs moy \times(\frac{1}{R}-(1-a)\times T) } {2L}

Or Ilmini > 0

donc \frac{Vs moy\times(\frac{1}{R}-(1-a)\times T)} {2L} > 0

et il vient :

L > L mini=\frac{(1-a) \times R \times T}{2}=\frac{(1-a) \times R}{2f} avec f=\frac{1}{T}

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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