Hacheurs – Une introduction générale
Hacheurs
Un hacheur est essentiellement un convertisseur CC à CC dont la fonction / utilisation principale est de créer une tension continue réglable à partir de sources de tension continue fixes grâce à l’utilisation de semi-conducteurs.
Types de hachoirs
La classification principale des types de hachoirs est donnée dans un autre article. Jetez un oeil – TYPES DE CIRCUITS DE HACHAGE
Il existe deux types de hacheurs – AC et DC.
Hacheur de liaison CA
Dans le cas d’un hacheur de liaison ca, le premier courant continu est converti en courant alternatif à l’aide d’un onduleur. Après cela, le courant alternatif est augmenté ou abaissé par un transformateur, qui est ensuite reconverti en courant continu par un redresseur à diode. Le hacheur de liaison Ca est coûteux, encombrant et moins efficace car la conversion se fait en deux étapes.
Hacheur CC
Un hacheur CC est un dispositif statique qui convertit directement une tension d’entrée CC fixe en une tension de sortie cc variable. Un hacheur peut être dit équivalent continu d’un transformateur alternatif car ils se comportent de manière identique. Ce type de hachoirs est plus efficace car ils impliquent une conversion en une étape. Tout comme un transformateur, un hacheur peut être utilisé pour augmenter ou diminuer la tension de sortie cc fixe. Les hachoirs sont utilisés dans de nombreuses applications partout dans le monde à l’intérieur de divers équipements électroniques. Un système de hachage a un rendement élevé, une réponse rapide et un contrôle en douceur.
Principe de fonctionnement du hacheur
Un hacheur peut être considéré comme un interrupteur à semi-conducteur marche / arrêt à grande vitesse. La connexion de la source à la charge et la déconnexion de la charge à la source se produisent rapidement. Considérons la figure, ici une tension de charge hachée peut être obtenue à partir d’une alimentation continue constante de tension, qui a une magnitude Vs. Le hachoir est celui représenté par « SW » à l’intérieur d’un carré en pointillés qui peut être allumé ou éteint à volonté.
Formes d’onde de tension et de courant de sortie
Regardons maintenant les formes d’onde de courant et de tension de sortie d’un hacheur. Pendant la période de temps Ton, le hacheur est allumé et la tension de charge est égale à la tension source Vs. Pendant l’intervalle Toff, le hacheur est éteint et le courant de charge circule à travers la diode à roue libre FD. Les bornes de charge sont court-circuitées par FD et la tension de charge est donc nulle pendant Toff. Ainsi, une tension continue coupée est produite aux bornes de la charge. Nous pouvons voir sur le graphique que le courant de charge est continu. Pendant la période de temps, le courant de charge augmente mais pendant le Toff, le courant de charge se désintègre.
La tension de charge moyenne est donnée par
V0 = Tonne / (Tonne + Toff) * Vs = (Tonne / T) V = A Vs………………(1.0)
Ton: temps de fonctionnement
Toff: temps de fonctionnement
T = Tonne + Toff = période de coupe
A = Ton / T = rapport cyclique
Nous savons donc que la tension de charge peut être contrôlée en faisant varier le rapport cyclique A. équation 1.0 montre que la tension de charge est indépendante du courant de charge, elle peut également être écrite comme
V0 = f.Ton.Vs
f = 1 / T = fréquence de hachage
Hacheurs élévateurs
Dans le cas du circuit hacheur (Voir figure nommée – « circuit hacheur ») illustré au début de cet article, V0 ou la tension de sortie moyenne est inférieure à la tension d’entrée Vs, ce type de hacheur est donc appelé hacheur abaisseur. Pour un hacheur élévateur on peut obtenir une tension moyenne de sortie V0 supérieure à la tension d’entrée. La figure (a) montre la forme élémentaire d’un hacheur élévateur.
Principe de fonctionnement d’un Hacheur élévateur
Dans le hacheur élévateur une grande inductance, L est en série avec la tension de source Vs. Cela forme un chemin fermé comme indiqué sur la figure (b). Pendant la période de temps, le hacheur est sur l’inducteur stocke de l’énergie. Lorsque le hacheur est éteint, le courant est forcé de traverser la diode et de se charger pendant un certain temps et, comme le courant de l’inducteur ne peut pas mourir soudainement. Lorsque le courant diminue, la polarité de la fem induite en L est inversée. Fig (c). En conséquence, la tension totale disponible aux bornes de la charge est donnée par l’équation V0 = Vs + L (di/dt). La tension V0 dépasse la tension de source et le circuit agit donc comme un hacheur élévateur et l’énergie stockée dans L est libérée à la charge.
Formes d’onde de tension et de courant
Lorsque le hacheur est allumé, le courant traversant l’inductance L augmentera de I1 à I2. Comme le hacheur est sur la tension source est appliquée à L qui est vL = VS.
Lorsque le hacheur est ÉTEINT, le KVL de la figure (c) peut être écrit comme
vL–V0 + Vs = 0 ou vL = V0-Vs où vL est la tension aux bornes de L. La variation de la tension de source vS, du courant de source IS, de la tension de charge v0 et du courant de charge iO est esquissée sur la figure (d). Supposons que la variation du courant de sortie soit linéaire, l’énergie entrée à l’inducteur de la source, pendant la période de temps Ton, est
Win = Vs (I1 + I2 /2) Ton
Pendant le temps Toff le hacheur est éteint, donc l’énergie libérée par l’inducteur à la charge est
Woff =(V0- Vs) (I1 + I2 /2).Toff
Supposons que le système est sans perte, alors les deux énergies disent Win et Woff sont égales.
Donc en assimilant ces deux, nous obtiendrons
Vs(I1 + I2/ 2) Ton =(V0-Vs) (I1 + I2/ 2).Toff
Vs Ton =(V0-Vs) Toff
V0Toff = Vs(Toff+Ton) = Vs.T
V0 = VS(T/Toff) = VS(T/T-Ton) = VS(1/(1-A) ………….(2.0)
D’après l’équation 2.0, nous pouvons voir que la tension moyenne aux bornes de la charge peut être augmentée en faisant varier le rapport cyclique. Si le hacheur de la figure (a) est toujours éteint, A = 0 et V0 = Vs. Si le hacheur est toujours activé, A = 1 et V0 = infini comme on peut le voir sur le graphique. Dans les applications pratiques, le hacheur est allumé et éteint de sorte que la tension de sortie moyenne d’augmentation requise, plus de tension de source est obtenue.
La figure montre la variation de la tension de charge V0 avec le rapport cyclique.
Application du hacheur élévateur
La figure montre le freinage par récupération du moteur à courant continu.
Le principe du hacheur élévateur peut être utilisé pour le freinage par récupération des moteurs à courant continu. La tension d’induit Ea est une analogie avec le VS et la tension V0 est la tension de source continue. Lorsque le hacheur est sur l’inducteur, L stocke l’énergie et lorsqu’il est éteint, l’inducteur libère l’énergie. Si Ea / (1-A) dépasse V0, la machine à courant continu fonctionnera comme un générateur à courant continu et le courant d’induit circulera dans une direction opposée au mode de conduite. Comme la puissance circule maintenant de la machine à courant continu vers la source V0, cela entraînera une rupture régénérative du moteur à courant continu. Même à des vitesses moteur décroissantes, une rupture régénérative peut être prévue car l’armature moteur Ea est directement proportionnelle au flux de champ et à la vitesse du moteur.