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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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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 réversible à deux quadrants
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2. Hacheur élévateur à un quadrant
Considérons le hacheur abaisseur à un quadrant, étudié dans le paragraphe 1, et formons son image au travers d’un miroir, comme le suggère la figure 7.
Nous obtenons une source d’entrée en courant et une source de sortie en tension. Nous devons aussi permuter le transistor et la diode afin de maintenir en entrée un élément commandable, qui puisse contrôler l’énergie.
2.1 Analogie hydraulique
L’analogie de ce type de hacheur serait le bélier hydraulique, décrit sur la figure 8.
Cet appareil très simple permet de remonter de l’eau depuis des nappes souterraines peu profondes, afin de renforcer le débit trop faible d’un canal d’irrigation. Il utilise un réservoir supérieur (une source), qui alimente une conduite légèrement inclinée. Le coup de bélier provoqué par la fermeture brutale de la vanne aspire l’eau de la nappe souterraine. Nous retrouvons ainsi la disposition du hacheur élévateur, où une source de courant est ouverte brutalement afin de remplir un condensateur à un potentiel élevé.
Examinons maintenant le fonctionnement de ce dispositif, sur la figure 9.
La vanne est d’abord ouverte, l’eau descend dans la conduite inclinée en y acquérant de la vitesse.
La vanne est ensuite fermée brutalement, ce qui provoque une dépression en amont de la conduite. Cette dernière aspire alors l’eau de la nappe en ouvrant le clapet anti-retour.
Les béliers montés dans les champs utilisent un système de clapet auto-oscillant en guise de vanne commandée. Ce dernier est excité par le passage de l’eau.
HAUT DE PAGE2.2 Étude du fonctionnement
Examinons le hacheur élévateur complet de la figure 10....
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