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Auteur(s)
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François BERNOT : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Docteur en sciences pour l’ingénieur - Professeur des universités à l’École d’ingénieurs de Tours
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Lire l’articleINTRODUCTION
Précisons tout de suite que le terme hacheur représente la classe des convertisseurs continu/continu. Ils peuvent être modulés en MLI (modulation de largeur d’impulsions) ou en MPI (modulation de position d’impulsions), en anglais respectivement PWM (Pulse Width Modulation) et PPM (Pulse Position Modulation).
D’un point de vue structurel, un onduleur MLI triphasé sera constitué de six hacheurs simples continu/continu, regroupés en trois hacheurs réversibles du même type. Il est donc important de bien comprendre le fonctionnement des hacheurs, avant d’aborder celui des onduleurs traité dans un autre article.
Le hacheur est indispensable lorsque la source est continue (batterie, caténaire...). Mais il est aussi largement utilisé en robotique industrielle (alimentation secteur + redresseur), car sa fréquence de découpage élevée donne un motovariateur à bande passante large.
L’article [E 3 964] a pour objet l’étude du fonctionnement des hacheurs abaisseurs et élévateurs de tension à un quadrant, dont sera déduit le fonctionnement du hacheur de tension réversible dans deux et quatre quadrants. Les autres variantes de hacheurs sont abordées rapidement : à stockage intermédiaire, isolés, résonants...
La modélisation fine des accessoires des structures rencontrées, ainsi que leur commande font l’objet de l’article Hacheurs : filtres, commutations et commande.
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Hacheur abaisseur à un quadrant
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6. Conclusion
Les hacheurs que nous avons étudiés sont utilisés dans de multiples applications. Ils présentent l’avantage de fournir une tension de sortie variable rapidement (si la fréquence de découpage le permet). Les versions à deux et quatre quadrants, dérivées de la structure HDV (figure 21) sont compatibles à 100 % avec les moteurs à courant continu, dont elles assurent instantanément la récupération de l’énergie cinétique. Elles seront donc très intéressantes dans toutes les applications de robotique, où une très grande dynamique est exigée. Elles ont d’ailleurs supplanté dans ce domaine les redresseurs à thyristors, chaque fois que la puissance appelée restait modeste.
Chaque fois que la source d’alimentation sera continue, ces variateurs resteront indispensables. La traction ferroviaire en courant continu 1 500 V ou 3 000 V en est le meilleur exemple, où un hacheur à GTO (Gate Turn Over) ou à IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) remplace les résistances de démarrage. Les voitures électriques peuvent aussi faire appel à cette structure de motovariateur. Elle est moins chère et possède un meilleur rendement que ses concurrentes sans balais, même si son moteur présente un couple massique moindre.
Nous avons examiné d’autres structures de hacheurs, oubliant volontairement celles qui sont obsolètes (hacheurs de Jones, par exemple). Elles sont utilisées dans les alimentations à découpage isolées ou non. Leur choix s’effectuera en fonction du cahier des charges : niveau de tension de sortie, fréquence de découpage, dynamique...
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