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Terminale STI Génie Mécanique

Hacheur série

HACHEUR SERIE

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2. Principe de fonctionnement du hacheur série

2.1. Schéma de principe dans le cas d'une charge résistive

C'est par exemple le mode d'alimentation d'un four électrique.

Schéma :

Schéma du hacheur sur charge résistive

E est une source de tension continu idéale.
Le hacheur H est un interrupteur commandable à l'ouverture et à la fermeture, soit par exemple un transistor bipolaire. Il est alors unidirectionnel en courant.
La charge est une résistance R.
Le courant dans la charge est nommé iC ; le courant délivrée par la source de tension est nommé iS.

Equations de fonctionnement de ce montage :

  • Loi des mailles : E = uC + uH
  • Loi d'Ohm aux bornes de la charge : uC = R.iC
  • Loi des nœuds : iS = iC

2.2. Le rapport cyclique

Le hacheur est commandé périodiquement (ce qui n'est pas le cas de l'alimentation d'un four).

On appelle T période de hachage et f fréquence de hachage.
On appelle tf la durée de fermeture de l'interrupteur sur une période et to la durée d'ouverture de l'interrupteur sur une période. On a évidemment : T = tf + to

Le rapport cyclique α est définit comme le rapport de la durée de fermeture et de la période de hachage :
α = - tf T
le rapport cyclique est compris entre 0 et 1 : 0 α 1

2.3. Chronogrammes et analyse du fonctionnement

Justification de la forme des chronogrammes :

  • Quand H conduit : uH(t) = 0
    Alors, d'après la loi des mailles, uc(t) = E
    D'après la loi de d'Ohm, ic(t) = uc(t)R = ER
  • Quand H est bloquée : ic(t) = 0
    Alors, d'après la loi d'Ohm, uc(t) = R.ic(t) = 0
    D'après la loi des mailles, uH(t) = E

2.4. Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge

On calcul la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge par la méthode des aires, pour cela, sur une période de hachage :

  • On hachure la zone où la tension aux bornes de la charge est non nulle :

    Cliquer sur lancer pour visionner l'animation.

  • On applique la relation de la méthode des aires : <uc(t)> = A T
    A est l'aire de la zone hachurée : A=E.αT
    On obtient ainsi l'expression de la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge : <uc(t)>=α.E

Si on appelle uc(t) la valeur instantanée de la tension aux bornes de la charge d'un hacheur série, α la valeur du rapport cyclique et E la tension d'alimentation du montage, la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge s'exprime :
<uc(t)>=α.E

Comme le rapport cyclique est régmable entre 0 et 1, la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge est réglable entre 0 et E.

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