Zalouma
Zalouma
Zalouma
L’industrie au sens le plus large du terme, et les transports ont de plus en plus besoin de
système à vitesse continument variable douée de souplesse et de précision.
Bien sur les solutions mécaniques et hydrauliques sont encore utilisées. Cependant les
solutions électroniques sont aujourd’hui et de loin les plus appréciées leur succès vient des
caractéristiques incomparables que leur confère l’électronique, tant sur le plant de la
conversion d’énergie que sur celui de l’asservissement du système.
Ainsi aujourd’hui, les moteurs à courant continu, qui sont par nature des machines à
vitesse variable sont très utilisés.
C’est pourquoi on est amené à les alimenter par des variateurs de tension. Actuellement
ces variateurs sont des dispositifs électroniques à thyristors compte tenu de l’importance
que revêtent le réglage et la variation de la vitesse dans les quatre quadrants.
Le mémoire est structuré en trois chapitres. Dans le premier j’aborde la structure, les types
et le fonctionnement des machines électriques à courant continu.
Le deuxième est consacré l’étude des hacheurs à thyristors. Après l’analyse des structures
et du fonctionnement déférent types, une simulation sera faite. L’outil utilisé est le PSIM.
Il s’agit d’un logiciel dédié à la simulation des montages de l’électronique de puissance.
J’aurais préféré valider ces résultats par des essais pratiques. Lanon disponibilité du
matériel adéquat au niveau du département n’a pas rendu ceci possible.
CHAPITRE I
I.1/ Introduction :
Les moteurs à courant continu sont très utilisés dans les systèmes automatiques qui
nécessitent une variation précise de la vitesse de rotation.
I.2/ Définition :
Les machines à courant continu sont des convertisseurs électromécaniques d’énergie : Soit
ils convertissent l’énergie électrique absorbée en énergie mécanique lorsqu’ils sont
capables de fournir une puissance mécanique suffisante pour démarrer puis entraîner une
charge en mouvement. On dit alors qu’ils ont un fonctionnement en moteur. Soit-il
convertissent l’énergie mécanique reçue en énergie électrique lorsqu’ils subissent l’action
d’une charge entraînante. On dit alors qu’ils ont un fonctionnement en générateur [01].
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Chapitre I Les machines à courant continu
I. 3/ Constitution :
l'inducteur.
l'induit.
I.3.1/ L’inducteur :L’inducteur est la partie fixe du moteur. Il est constitué d’un aimant
permanent ou d’un électroaimant alimenté par le courant continu d’excitation(Ιe).
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Chapitre I Les machines à courant continu
Le rotor est constitué d’encoches dans lesquelles est enroulé un bobinage de (N)
conducteurs alimentés en courant continu (I) via le collecteur.
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Chapitre I Les machines à courant continu
I. 4/ Principe de fonctionnement :
Le fonctionnement du moteur à courant continu est basé sur le principe des forces de
Laplace :
Le champ créé par l’inducteur agit sur les conducteurs de l’induit : Chacun des (N)
conducteurs de longueurs (L) placé dans le champ (B) et parcouru par un courant (I) est le
siège d’une force électromagnétique perpendiculaire au conducteur :
F=B.I.L.𝑠𝑠𝑠 𝑠
Ces forces de Laplace exercent un couple proportionnel à l’intensité (i) et au flux (φ) sur le
rotor. Le moteur se met à tourner à une vitesse proportionnelle à la tension d’alimentation
(v) et, inversement proportionnelle au flux (φ).
Au passage de tout conducteur de l’induit sur la ligne neutre, le courant qui le traverse
change de sens grâce au collecteur. Le moteur conserve le même sens de rotation.
Pour inverser le sens de rotation du moteur, il convient d’inverser le sens du champ produit
par l’inducteur par rapport au sens du courant circulant dans l’induit :
Soit on inverse la polarite de la tension d’alimentation de l’induit.
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Chapitre I Les machines à courant continu
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Chapitre I Les machines à courant continu
P : Nombre de paire de pôles de la machine.
N : Nombre de conducteurs actifs de la périphérie de l'induit.
𝑠: Nombre de paires de voies de l'enroulement entre les deux balais.
𝑠: Fréquence de rotation de l'induit (en t/s).
Φ: flux sous un pole de la machine en Webers. Finalement :
E=K.Ω.Φ
Р
Avec : K= .N
2.𝑠.а
Il n’y a pas de circuit inducteur, le flux inducteur est produit par un aimant permanent.
Tous les moteurs à courant continu de faible puissance et les micromoteurs sont des
moteurs à aimant permanent.
Ils représentent maintenant la majorité des moteurs à courant continu. Ils sont très simples
d’utilisation [03].
Il existe 4 types différents de moteurs électriques qui sont classés en fonction du type
d'excitation qui est employé, qui sont :
Le moteur à excitation shunt.
Le moteur à exc itation indépendante est raccordé à une alimentation à courant continu
séparée.par conséquent , le courant qui alimente l’inducteur est indépendante de celui qui
alimente l’induit.
L’induit et l’inducteur sont alimentés par la même source de tension. Ce type de moteur
présente un très fort couple au démarrage, il reste encore utilisé dans certaines applications
de traction électrique.
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Chapitre I Les machines à courant continu
Le moteur à excitation composé, est a raccordé à avec deux excitations, excitation série et
excitation shunt en même temps.
I.8/ Le rendement :
Les moteurs à courant continu consomment une partie de l’énergie absorbée pour leur
fonctionnement. L’énergie mécanique fournie sera toujours plus petite que l’énergie
électrique absorbée. Le rapport entre l’énergie fournie et l’énergie absorbée est le
rendement.
ɳ = 𝑃𝑢/𝑃𝑎
Pu : puissance utile.
Pa : puissance absorbée.
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Chapitre I Les machines à courant continu
Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut agir sur la tension aux
bornes de l'induit. La tension d'induit est directement proportionnelle à la vitesse de
rotation. La puissance varie mais le couple reste constant. On dit alors que l'on fait de la
variation de vitesse à couple constant.
La tension et le flux sont fixés à leurs valeurs minimales, on peut réduire la vitesse en
augmentant la résistance du circuit d’induit avec un rhéostat branché en série avec l’induit.
L’expression de la vitesse
est :
𝑈𝑛−(𝑅𝑎+𝑅𝑎𝑑𝑑)𝐼𝑛
n=
𝑘
Pour :
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Chapitre I Les machines à courant continu
Le démarrage de ce type de moteur doit être assuré à flux maximal. Une fois la vitesse est
nominal, il sera possible de réduire le flux en utilisant des résistances variables appelées
rhéostat d’excitation. Mais plus le flux est faibles le coupe que peut développer la machine
à courant continu est faible.
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Chapitre I Les machines à courant continu
Le flux est mis à sa valeur nominale. En appliquant des tensions faibles par rapport à la
tension nominale, on obtient une famille de caractéristique parallèles.
Ce mode de réglage a fait l’objet de notre étude. Pour varier la tension on utilisera un pont
redresseur à thyristors.
Les inconvénients :
Le principal problème de ces machines vient de la liaison entre les balais, ou charbons et le
collecteur rotatif.
Plus la vitesse de rotation est élevée, plus les balais doivent Fort pour rester en
contact et plus le frottement est important.
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Chapitre I Les machines à courant continu
Aux vitesses élevées les charbons doivent être remplacés très régulièrement.
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Chapitre I Les machines à courant continu
Le moteur série est intéressant quand la charge impose d'avoir un gros couple, au
démarrage et à faible vitesse de rotation.
Le moteur sépare est particulièrement adapté aux entraînements de machines nécessitant
des vitesses réglables (action sur la tension) et présentant un couple important en basse
vitesse (machines outils).
Démarreur (automobile ...).
Appareils de levage.
Ventilateurs, pompes centrifuges, compresseurs, pompes à piston.
I. 2/ Conclusion:
Ce chapitre à permis de rappeler les différents éléments qui constituent une machine à
courant continu et le principe de fonctionnement. Après notre étude nous avons constaté
que les moteurs à excitation séparée et a aimant périmant sont les plus adaptée pour la
variation de vitesse. Dans le chapitre suivant, nous allons études les convertisseurs
statiques.
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CHAPITRE II
Simulation
Chapitre 2-
Hacheur
II. 1/ Introduction :
Les éléments de puissance (tel que transistor, diode, thyristor etc…) permettant de réaliser
des montages concrets pour convertisseur d’énergie basée sur des systèmes statique
appelés convertisseur.
En définitif les convertisseurs statiques ne sont que des composants électriques à base de
semi – conducteurs capables de notifier la tension ou la fréquence de l’onde électrique
conne ou l’habitude de distinguer deux sortes de tension :
continu-continu : Hacheur.
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Chapitre 2-
Hacheur
Hacheur :
Ve = Vs
=
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Hacheur
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Chapitre 2-
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II.4.2 / Le Thyristor :
Le thyristor est un composant commandé à la fermeture, mais pas à l’ouverture. Il est
réversible en tension et supporte des tensions VAK aussi bien positives que négatives,
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Chapitre 2-
Hacheur
lorsqu’il est bloqué. Il n’est pas réversible en courant et ne permet que des courants IAK
positifs, c'est-à-dire dans le sens anode cathode, à l’état passant.
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Chapitre 2-
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II.4.2.2 /Amorçage :
Pour assurer l’amorçage du composant, l’impulsion de gâchette doit ce maintenir tant que
le courant d’anode n’a pas atteint le courant de maintien Ih.
La largeur de l’impulsion de gâchette dépend donc du type de la charge sera inductive.
II.4.2.3 / Blocage :
Après annulation du courant IAK doit devenir négative pendant un temps au mois égal au
temps d’application de tension inverse tq (tq≈ 100𝜇𝜇). Si ce temps n’est pas respecté, le
thyristor risque de se réamorcer spontanément dés que VAK tend à redevenir positive, même
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Chapitre 2-
Hacheur
II.4.3 / Transistor :
Parmi les deux types : NPN et PNP, le transistor de puissance existe essentiellement dans
la première catégorie.
C’est un composant totalement commandé à la fermeture et à l’ouverture. Il n’est pas
réversible en courant, ne laissant passer que des courants de collecteur IC positive. Il n’est
pas réversible en tension, n’acceptant que des tensions VCE positive lorsqu’il est bloqué.
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Chapitre 2-
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
de hacheur a accumulation). Enfin dans le cas ou l’isolation galvanique de la sortie avec
l’entrée est une nécessite, on réalise des hacheurs dits ≪ isolés ≫.
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Chapitre 2-
Hacheur
Suivant le degré de réversibilité que l’on désire, la structure du montage diffère. Enfin,
suivant la puissance nominale du système, la technologie des composants ne sera pas la
même.
II.5.1.1 / Représentation du convertisseur DC/DC :
Un convertisseur DC/DC a pour vocation d'assurer la fluence d'énergie entre une source de
tension continue et une source de courant continu.
La représentation symbolique la plus couramment utilisée est donnée figure (II.15).
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Chapitre 2-
a)
Hacheur
Alimentation : En regard des schémas≪figureII.15(a)≫ et ≪figureII.15(b)≫
l'alimentation peut être une source de tension, ou bien une source de courant. Par convention,
les représentations adoptées pour de telles sources sont telles que celles définies≪ figure
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Chapitre 2-
Hacheur
d'association desalimentations et des charges définies ci-dessus, puisqu'on ne peut
connecter entre elles que des sources de natures déférents.
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Dans les quadrants 1 et 3, la fluence d'énergie se fait de la source de tension vers la source
de courant, alors que les quadrants 2 et 4 définissent une fluence d'énergie de la source de
courant vers la source de tension.
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Suivant la nature de chacune des sources, le convertisseur DC/DC devra permettre le
fonctionnement dans au moins un de ces quadrants.
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II.6 / Convertisseur un quadrant :
Nous traitons dans cette partie des convertisseurs unidirectionnels en courant et en tension.
Cela implique que la fluence d’énergie ne peut se faire, au sein du convertisseur, que dans
un seul sens.
Cela revient également à considérer :
des sources de tension unidirectionnelles en courant, dont la tension qu’elles
imposent ne peut être que d’un seul signe.
Des sources de courant unidirectionnels en tension, dont le courant qu’elle
imposant ne peut être que d’un seul signe.
Dans ce cadre, on distingue trois familles de convertisseurs statique (ou hacheurs) :
Hacheur abaisseur (ou Buck).
Hacheur élévateur (ou boost).
Hacheur abaisseur-élévateur (Buck-boost).
dessus :
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Chapitre 2-
Hacheur
II.6.1.2 /Structure
Cellule de commutation La structure du hacheur abaisseur (Buck) est constituée d'une
seule cellule de commutation, ainsi que représenté ≪figure II.20≫.
Par les mécanismes de mise en conduction et de blocage des deux interrupteurs, deux états
sont possibles, ainsi que cela est illustré≪ figure II.22≫.
- K1 passant et K2 bloqué. Les conditions de fonctionnement sont les suivantes :
𝜇 = 𝜇𝜇 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝜇𝜇1 =
{ 𝜇 (II-1)
−𝜇𝜇
𝜇𝜇 = 𝜇𝜇 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝜇𝜇1 = 𝜇𝜇
0 = 𝜇𝜇 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝜇𝜇1 = −
{ (II-2)
𝜇𝜇 0 = 𝜇𝜇 𝜇𝜇𝜇𝜇 𝜇𝜇2 = 𝜇𝜇
U − UK2 = −US
{ K1 (II-3)
𝜇𝜇1 − 𝜇𝜇2 = 𝜇𝜇
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Chapitre 2-
Hacheur
On démontre ainsi que deux segments suffissent pour les caractéristiques statiques des
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Chapitre 2-
interrupteurs K1
Hacheur
et K2, ainsi que nous le représentons ≪ Figure (II.24)≫.
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Chapitre 2-
Hacheur
Nous donnons également≪ figure II. 24≫ les mécanismes de commutation des
interrupteurs :
a) Amorçage de K1 : le sens de parcours des trajectoires suivies dans les plans (UK1 ;
IK1) est défini par les flèches notées Am.
Lorsque K1 est bloqué, celui-ci supporte la tension Ue, alors que K2, à l'état passant,
conduit le courant
Is.
L'amorçage de K1 ne sera effectif que lorsque l'interrupteur K2 supportera une tension -Ue.
Il est impossible, dans le plan (UK2;IK2), d'obtenir une trajectoire qui traverse le quadrant
UK2IK2<0. Le blocage de K2 ne peut donc se faire qu'en Longeant les axes de la
caractéristique statique de K2. Ceci définit une commutation spontanée :
Annulation du courant dans K2, puis application d'une tension inverse (négative). Le
processus de commutation est donc le suivant :
_ Commutation du courant de K2 vers K1. Pendant cette phase, la tension reste nulle aux
bornes de K2, et vaut toujours Ue aux bornes de K1.
_ La tension aux bornes de K1 s'effondre, alors qu'une tension inverse s'établit aux bornes
de K2.
-Au contraire de K2, la commutation de K1 traverse le quadrant UK1IK1 > 0, ce qui est
caractéristique d'une commutation commandée.
- Il s'agit donc d'un amorçage commande de K1 qui entra âne le blocage spontané de K2.
b) Blocage de K1 : il est défini par les flèches notées Bl.
Lorsque K1 est amorce, celui ci conduit le courant Is, alors que K2, a l'état bloqué, supporte
une tension Ue.
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Chapitre 2-
Hacheur
Le blocage de K1 ne sera effectif que lorsque l'interrupteur K2 assumera l'intégralité du
courant Is. Il est impossible, dans le plan (UK2;IK2), d'obtenir une trajectoire qui traverse le
quadrant UK2 ; IK2 < 0.
L'amorçage de K2 ne peut donc se faire qu'en Longeant les axes de la caractéristique
statique de K2. Ceci définit une commutation Spontanée : annulation de la tension inverse
aux bornes de K2, puis établissement du courant. Le processus de commutation est donc le
suivant :
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Chapitre 2-
Hacheur
_ la tension aux bornes de K2 s'annule, alors qu'une tension positive s'établit aux bornes de
K1 ,
_ Commutation du courant de K1 vers K2. Pendant cette phase, la tension reste nulle aux
bornes de K2,
et vaut toujours Ue aux bornes de K1.
Il s'agit donc d'un blocage commande de K1 qui entraine l'amorçage spontanée de K2. [5]
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Chapitre 2-
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
A l’instant (t01), on avant une impulsion sur la gâchette au thyristor th1, puisque sa tension
anode-cathode est positive, il amorce. La tension de la source s’applique complètement à
la charge (variation au saut de Uch) le courant dans la charge croit (suivant une fonction
exponentielle). Le condensateur C se charge (+ -) puis qu’en plus du courant qui passe par
la qu’en plus du courant qui passe par la charge à traverse th1, un autre courant circule
aussi à travers la diode D1, ce qui va permettre au condensateur de se charge, il y aura donc
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Chapitre 2-
Hacheur
interruption de ce courant des que le condensateur ait inversé sa charge.
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Chapitre 2-
Hacheur
A l’instant t11, on envoi une impulsion sur la gâchette du thyristor th2, puisque sa tension
anode-cathode est positif il s’amorce, ceci aura par conséquence la mise en série du
condensateur et de la source.
Le condensateur a comporté comme une source supplémentaire.
En aura au borne de la charge la somme des tensions de la source et du condensateur
(intervalle du temps t11, t02).
A partir de l’instant t02 le condensateur va inverse sa charge à travers th2 et th1 pendant ce
processus, il y aura circulation de deux courant à travers th1.
Ce deux courant est de sens contraire, le courant à travers th1 se veut à faiblir des qu’il
devient inférieur à courant de maintient il se bloque. Le condensateur contenu à charge à
travers th2 et le courant sera interrompu des que celui-ci ont atteint sa charge.
Le premier processus de commutation est terminé, les thyristors th1 et th2 sont maintenant
bloqués ainsi que la diode D1.
L’énergie emmagasinée dans la bobine va se dissiper dans la résistance R à travers la diode
de roue libre.
La tension aux bornes de la charge est maintenant nulle de (t02, t12). Le courant commence
à décroitre pendant cette phase de roue libre. Le condensateur possède maintenant la
charge indiqué par (+ -).
A l’instant (t12), on renvoi une impulsion au thyristor th1 celui-ci s’amorce.
Le condensateur se met à inversé sa charge (à travers th1 et D1) et se prépare son prochain
processus d’extinction du thyristor th1, et le cercle recommence à partir de l’instant (t12).
La condition nécessaire au fonctionnement de ce montage et justement offrir au
condensateur la possibilité d’inversé sa charge. On peut aussi voir que l’apparition de spics
de tension (aux instant t22 à t03) est aussi un autre inconvenant de ce montage. Dans le but
de réduire ses pics et d’assurer au condensateur l’inversion de sa charge, il y a eu
développement d’autre montage (trouvé dans la bibliographie) est ou il contient plus la
structure de montage la création de composant semi-conducteur plus performant à donné
naissance à d’autre solution dans le chois de type du composant.
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Chapitre 2-
Hacheur
II.6.3 / Simulation :
II.6.3.1 /Hacheur à thyristor :
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Chapitre 2-
Hacheur
Figure (II-28) : Ich et Uch, hacheur à thyristor.
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Chapitre 2-
Hacheur
Figure (II-29) : Courant et tension dans le circuit d’extinction avec zoom sur une portion.
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Chapitre 2-
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Figure (II-30) : transistor IGBT.
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Chapitre 2-
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C-Régimes de conduction :
C’est –à- dire le composant utilisé vus que les composants sont unidirectionnelle en
courant, on peut distinguer trois régimes de fonctionnement :
Conduction continue : le courant de charge reste positif
Conduction discontinue : le courant de charge s’annule avant la fin de phase de roue libre,
un nouvel amorçage du transistor le rendra déférant de zéro.
Conduction critique : c’est la limite entre les deux modes de conduction considérer.
L’existence de la conduction discontinue de la valeur de Lf et de la fréquence de
commutation et de la charge.
On rappelle que toutes les grandeurs considère sont celles représentent sur la≪ figure II-32
≫.
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Chapitre 2-
Hacheur
II.6.3.2/Caractéristique de sortie :
Nous sommes maintenant en mesuré de construire la caractéristique de sortie d’un hacheur
abaisseur.
Nous utilisons des grandeurs relatives et nous définons :
𝜇𝜇ℎ𝜇𝜇𝜇
L’axe de : 𝜇 = =
𝜇𝜇 𝜇 (II-7)
𝜇
𝜇
𝜇
𝜇𝜇 ×𝜇× 𝜇𝜇ℎ𝜇𝜇𝜇
L’axe de : 𝜇 =
𝜇𝜇 (II-8)
II.6.4 /Simulation :
Page 52
1-Chapitre
hacheur 2-
à transistor avec charge RL :
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
II.7.1 / Structure :
La structure d’un hacheur réversible en courant est le suivant :
Lorsque un des deux interrupteurs passant, l’interrupteur complémentaire doit être bloqué
la tension à ses bornes est donc Us, K1 et K2 seront donc unidirectionnels en tension.
Il faut que les interrupteurs doivent être bidirectionnelles en courant parce que le courant
peut circule dans deux sens, un tel composant semi- conducteur n’existe pas, il est donc
indisponible de la synthèse à partir des composants connus.
On associe généralement à un transistor une diode connecter en antiparallèle.
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Chapitre 2-
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
Lorsque le composant est bloqué la tension Uk est positive le transistor est soumis a cette
tension tandis que la diode à une tension inverse, elle sera donc aussi bloqué. Lorsque le
composant est passant il y a deux régimes de fonctionnement :
-Le courant Ik est positif : l’intégralité de ce courant passe par le transistor.
-Le courant Ik est négatif : c’est la diode qui le prend complètement en charge.
L’interrupteur aussi crée nous permet de définir la structure finale d’un hacheur réversible
en courant.
Le fait que le courant Ich change de sens pendant une période de commutation engendre la
conduction de chacun des quatre composants :
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Chapitre 2-
Hacheur
de lissage.
On définit 𝜇 le rapport cyclique comme états le rapport entre l’intervalle au temps pendant
lequel Uk1 est nulle et la période de la commutation du convertisseur :
𝜇 (𝜇𝜇1−0) 𝜇
𝜇=
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Chapitre 2-
(II-9)
Hacheur
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Chapitre 2-
Hacheur
I.7.3 /Simulation :
I.7.3.1 /hacheur à transistor réversible en courant :
Page 63
Chapitre 2-
Hacheur
II. 8/ Conclusion :
L’hacheur est un convertisseur continu-continu, dont les grandeurs de sortie dépendent
essentiellement du fonctionnement de l’interrupteur statique, en pratique cet interrupteur
est semi- conducteur commandable.
L’hacheur est un moyen simple pour réaliser un réglage de vitesse des machines à courant
continu par variation de la tension à sa sortie.
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CHAPITR III
III. 1/ Introduction :
L’usage du moteur à courant continu à vitesse variable a été est reste très répondu dans un
grand nombre d’application, cela s’explique par la simplicité de son fonctionnement, de
son alimentation et de sa commandé.
On impose ses différentes commandes à partir des réglages des tensions d’alimentations de
l’induit ou de l’inducteur.
On préfère utiliser la première méthode, car dans ce cas la rigidité des caractéristiques est
meilleure. Il ya aussi moins de perte et la gamme de réglage est plus large.
Les réglages de la tension sont facilement obtenus à partir de convertisseurs statiques, tel
que les hacheurs, qui sont aisés à construire et à commander.
Le fonctionnement des hacheurs abaisseur a été traité dans le chapitre II. Nous avons
montré que pour varier la tension de sortie du hacheur, on doit varier le rapport cyclique. A
partir de la définition du rapport cyclique, on peut concevoir deux procédés de réglages :
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Un système asservi est conçu pour réponde à un précis. La grandeur de la sortie d’un
système asservi est étroitement dépendante de la grandeur d’entrée. Cette relation doit être
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
vérifiée margé la perturbation externe qui affectent le processus. Dans la plupart des cas il
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
s’agit pour la sortie de (recopier) l’entrée l’écart de réglage, qui est la différence entre
l’entrée et la sortie, joue donc un rôle majeur dans l’appréciation des performances d’un tel
système.
Pour un système de régulation, on observe l’écart de réglage e(t) afin de vérifier que le
régime transitoire du à une perturbation temporaire ou persistante, est convenablement
amortie et que l’effet de cette perturbation sur la sortie n’est plus observable au bout d’un
temps spécifié sur le cahier des charge.
Les performances d’un asservissement s’apprécient au regard des deux critères essentiels
qui sont la stabilité et la précision. Cette tache sera effectuée par un organe tés important
qui est le régulateur (correcteur, compensateur), qui doit être tout d’abord calculé : c’est la
synthèse.
Mais tout d’abord on doit cherche le modèle mathématique du processus à commander. Si,
comme le cas d’une variation de vitesse à courant continu, il ya plusieurs grandeurs à
règles (courant, vitesse, etc…), on réaliser un réglage en cascade.
On calcule tout d’abord le circuit de réglage le plus interne pour aller vers le plus externe.
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Figure (III-03) : Le circuit de commande.
Page 54
Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
1- Horloge.
2 Et 4-amplificateur d’impulsion.
La boucle interne est la boucle de réglage du courant d’induit, et la boucle externe réalise
le réglage de la vitesse de rotation.
On peut aussi voir que le réglage de la tension d’induit se fait par variation de la largeur
des impulsions de la tension à la sortie du hacheur.
Les deux capteurs délivrent une tension qui sera l’image de la vitesse et de courant.
L’organe de commande envoi des impulsions à des instants qui dépendent de la loi de
réglage à la sortie du régulateur de courant et synchronisé par rapport aux impulsions de
l’horloge.
Dans le cas d’un hacheur à IGBT2 n’existe pas. La durée des impulsions sera aussi
différente, puisque pour garder l’IGBT fermé, il faut maintenir l’impulsion appliquée à sa
base.
Page 55
Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Le comportement dynamique du moteur à courant continu est d’écrit par les équations
suivantes :
Ud (t) : Tension d’alimentation de l’induit du moteur (dans notre cas fourni par le hacheur).
Cd (p) = Rind Iind (p) + p L ind∑. Iind (p) + k𝜇 Iind (p) + k𝜇WM (p) (III-5)
CM (p) = k𝜇 ∙Iind (p) (III-6)
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Un−Rind. In
Kφ = = 0.663V/ rad (III- 8)
Wn
π . nn
Avec : W= (III-9)
n 30
Iind∑ = Lind + Lsi (III-10)
Lind = 𝜇 𝜇𝜇 (III-11)
𝜇 .𝜇𝜇 .
𝜇𝜇
Et en prend :
𝜇 = 0,25 ; p
=1 ⇒ Lind
Page 59
220
Chapitre ΠI Association
= machine courant continue –hacheur
= 0,25
3,14 .16.9 0,0194H
(III-12)
Page 60
Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
La self de lissage est utilisée pour limiter les onduleurs du courant à la sortie de hacheur.
Elle sera placée en série avec la charge. Les onduleurs du courant exprimé en % sont
donnés par la relation suivant :
= α
∆SL U . (III-13)
1 (1−α)
L fc
SI
𝜇 : Rapport cyclique.
f c : Fréquence de commutation.
Nous prenons fc = 0.80 HZ, pour la valeur 𝜇 , on prendra 0,5 car c’est la valeur qui
correspond au maximum de l’ondulation du courant.
𝜇
LSI = 1 (III-14)
.𝜇(1−𝜇)
𝜇𝜇∆𝜇
On prendra :
∆I
=10% ⇒ ∆I = 10% I n
=0, = 0,9A (III-15)
In 1In
300
LSI = = 0.104H (III-16)
4.800.0,
9
Avec ses hypothèse, on peut assimiler le convertisseur à un amplificateur de gain K con, qui
se calcul à partie de la caractéristique de transfert en régime statique. Dans le cas d’un
hacheur abaisseur, cette caractéristique est exprimée par la relation :
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
U
U2 =αU1 ⇒ 2 =α (III-18)
U1
On y trouve un filtre pour réduire les ondulations de la tension de sortie. On attribut à cet
ensemble la fonction de transfert suivant :
Ge c (p) =
𝜇𝜇 avec = 0.005S (III-20)
𝜇 1+𝜇 Tcc
𝜇𝜇𝜇
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Chapitre ΠI
=
U
=0,44 machine courant continue –hacheur
Association
10 (III-21)
Et Kcc Sm =
ax 2,5
Ima .9
x
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
10
Kcv = = 0.016vs/rad (III-22)
Wm
ax
J Rind
T = = 0.133s (III-24)
M
( Kθ)2
Lind∑
T
e = = 0.095s (III-25)
Rind
M
( 𝜇𝜇)2
K =
𝜇𝜇𝜇𝜇
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
= 2.96 (III-26)
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Après avoir calculé les différents modèles des composantes de la régulation, on procède
sur calcule de la structure et des paramètres des régulateur de courants et de la vitesse.
On est eu présence d’un système de réglage en boucle multiple. Pour calculer les
régulateurs.
appliquera une méthode exposé dans [4], que nous présentons brièvement.
𝜇𝜇
G (p) =
s 𝜇 (1+𝜇 (III-27)
𝜇𝜇=1
𝜇𝜇 )
𝜇𝜇
G (p) =
s (III-28)
1+
𝜇1𝜇+𝜇2 𝜇2
1
K =
R (III- 30)
𝜇𝜇 𝜇𝜇1
𝜇′
Avec 𝜇1′ = 𝜇1 - T1 = A1 – T1
𝜇𝜇𝜇 (1+ 𝜇𝜇
G (p) = (III-31)
𝜇)
s 𝜇 (1+ 𝜇1𝜇+ 𝜇2
𝜇2)
1
K
k = 𝜇𝜇𝜇 𝜇𝜇 (III-32)
𝜇1
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Avec C1 = A1 - B1 et 𝜇𝜇 = 1.9
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
La grande constante du temps vaut T1 = 0.095s Cette fonction sera mise sous la forme :
7.453
GS (p) = 0.000475 𝜇2+ 0.1 𝜇+1 (III-34)
A1 = 0.1 et A2 = 0.000475
D’après la méthode exposée au par amant on prendra, pour cette fonction de transfert un
régulateur du type PI.
G (p)=R 𝜇𝜇 (1 + 𝜇 ) (III-35)
𝜇
𝜇𝜇
= 1 1 𝜇𝜇 . 𝜇𝜇 . 𝜇′
Avec KR =
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1 Chapitre ΠI 1 Association machine courant continue –hacheur
=
7,453.1,9 .0,005
=14,1
24 (III-
36)
0,0708
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
𝜇𝜇 = 14,124 Et 𝜇𝜇 = 𝜇1 = 0,095𝜇
𝜇 (1+0,095 𝜇) (III-40)
G (p) = 0,77
fI (1+0,095 𝜇) .22 . . 0;44
14,124 1+
𝜇 (1+0,095 𝜇) (1+0,005 𝜇)
( )
𝜇𝜇𝜇 𝜇 = 239,26+1,196𝜇 (III-41)
2
0,005 𝜇 + 𝜇+105,27
( ) 𝜇𝜇𝜇 𝜇 = 𝜇−1{
} (III-42)
239,26+1,196 𝜇
0,005 𝜇2+ 𝜇+105,27
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
0,236 𝜇
. 𝜇𝜇
(239,26+1,196
( 𝜇) = 𝜇)
(III-46)
𝜇 (0,005 𝜇2 + 𝜇+105,27)
𝜇𝜇𝜇 (1+ 𝜇1
𝜇 (𝜇) 𝜇= (III-47)
.𝜇)
𝜇 (1+ 𝜇1 𝜇+ 𝜇2 𝜇2 )
0,536 (1+0,005 𝜇) S 𝜇
G (p) =
(1+0,0094
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.10−5 ΠI
Chapitre
𝜇+4,75 𝜇 2) Association machine courant continue –hacheur
(III-48)
KR (p) = 22,316
Page 74
Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
Une fois tout les calcules achevé, nous procédas maintenant à la simulation du système
régulé en courant et en vitesse.
On saisie le schéma bloc global dans une page SIMULINK, et on donne l’entrée une
consigne de vitesse sous forme d’un échelon unité. On relève la réponse en courant et ile
réponse en vitesse, dans le cas ou’ la charge est nul.
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
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Chapitre ΠI Association machine courant continue –hacheur
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Conclusion générale
Le travail, présenté dans le cadre du mémoire de fin de cycle, est une «étude par
simulation d’un entrainement électrique à courant continu. Il s’agit de l’association d’un
hacheur à un moteur à courant continu. On a commencé par une étude détaillée de la
structure, le composant qui doit être commandé à l’ouverture et à la fermeture est réalisé
par thyristor auquel on associe un circuit d’extinction.
L’analyse des résultats de simulation, réalisée, montre l’existence des pics sur la tension de
charge.
Le thyristor est son circuit auxiliaire out été remplacé par un IGBT. La conséquence
directe de l’utilisation d’un tel composant, la disparition des pics dans la tension de charge.
Dans le cas d’une charge RLE le courant peut devenir discontinu. Ce qui représente
évidement un inconvénient.
Par simulation on a expliqué la forme que prend le courant de charge, l’une des
applications majeures de l’hacheur est le domaine des entrainements électriques à vitesse
variable.
En effet la variation de la vitesse d’un moteur à courant continu se fait d’une manière
simple et souple en variant la tension d’induit.
Deux boucles, l’une de courant et l’autre de vitesse, ont fait aussi l’objet d’une étude
détaillée dans ce mémoire.