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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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Autres structures de hacheurs
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4. Hacheur réversible à quatre quadrants
Chacun des hacheurs élémentaires précédents se comporte comme une source de tension variable. Nous en avons déjà détaillé les commutations et étudié les filtres, par conséquent, nous nous contenterons d’une étude externe de la version à quatre quadrants.
Reprenons la structure à un bras précédente (figure 13) et combinons-en deux en parallèle. Nous réalisons ainsi la combinaison : deux quadrants + deux quadrants = quatre quadrants, présentée sur la figure 17.
Dans cette structure, chacun des deux demi-bras fournit un courant bidirectionnel et une tension unidirectionnelle. La charge voyant la différence des tensions simples reçoit une tension de signe quelconque. Nous avons ainsi réalisé une alimentation à quatre quadrants (figure 18).
La figure 19 présente un hacheur à quatre quadrants destiné à alimenter des servomoteurs à courant continu. Il comporte tous les éléments de puissance et d’interfaçage logique avec les automates de commande et requiert une tension d’alimentation normalisée de 48 V.
Ce hacheur délivre quatre quadrants (fourniture ou une absorption d’énergie). Aucun dispositif électromécanique de commutation du moteur n’est donc requis, comme pour un hacheur à deux quadrants. Ce convertisseur pourra par exemple commander une charge continue réversible, comme un moteur de lève-vitre de voiture (montée/descente), ou encore une charge alternative monophasée. Nous l’appellerons dans ce dernier cas onduleur monophasé.
Afin de bien comprendre ces affirmations, reprenons (figure 20) le cas de la voiture électrique étudiée sur la figure 16.
Nous savons que le hacheur peut fonctionner dans les quatre quadrants. En l’associant à un moteur à courant continu, il pourra entraîner la voiture en marche avant ou arrière, mais aussi la freiner en rechargeant la batterie dans les deux sens. Les équations (7) nous permettent alors de conclure que nous avons...
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