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ETUDES DโUNE ALIMENTATION A PARTIR DโUN CONVERTISSEUR CONTINU- CONTINU A TRANSISTORS
On รฉtudie les types de hacheurs utilisรฉes frรฉquemment pour asservir en vitesse et en position un moteur ร courant continu :
๏ Hacheur sรฉrie
๏ Hacheur parallรจle
๏ Hacheur rรฉversible ou deux quadrants
๏ Hacheur en pont ou quatre quadrants
On nโรฉtudie pas les hacheurs ร accumulation capacitive ou inductive car ces derniers concernent uniquement les alimentations ร dรฉcoupage.
Hacheur sรฉrie
Schรฉma de principe
Le hacheur sรฉrie reprรฉsentรฉ (fig3.1) assure la liaison directe entre une source de nature capacitive(tension) et une charge de nature inductive.
Le hacheur est constituรฉ par un interrupteur, mis en sรฉrie avec la source et une diode de rรฉcupรฉration qui vient en parallรจle sur la charge.
Analyse de fonctionnement
Premiรจre phase : lโinterrupteur K est fermรฉ (fig3.2)
De t=0 ร t= T0๏ ๏ ๏ฝ๏ ๏ก T :
Nous sommes en prรฉsence dโune source de tension E dรฉbitant dans lโinduit dโun mcc. La diode D est bloquรฉe (tension inverse E ร ses bornes).la tension de sortie U est รฉgale ร celle de lโentrรฉe E, le courant iE correspond au courant de charge iC
Deuxiรจme phase : lโinterrupteur K est ouvert (fig3.3)
De t= T0ย ร t=T :
Lโรฉnergie emmagasinรฉe dans la bobine L peut sโรฉcouler ร travers la diode D. La bobine restitue donc une partie de lโรฉnergie accumulรฉe. On a alors iD๏ ๏ฝ i ,iS =0 et U=0.
Oรน i(t) est solution de lโรฉquation diffรฉrentielle : Ri๏ ๏ซ L dtdi๏ ๏ซ e๏ ๏ฝ 0 .A ce stade du raisonnement, on distingue deux rรฉgimes de fonctionnement :
๏ Soit i(t) nโest pas nul ร t=T,cโest le rรฉgime de conduction continue.
๏ Soit i(t) sโannule entre T0 et T, cโest le rรฉgime de conduction discontinue(on nโรฉtudie pas ce phรฉnomรจne)
Troisiรจme phase : Phase de commutation
Pour t= T0 : ouverture de lโinterrupteur K ; la diode D doit immรฉdiatement entrer en conduction afin dโรฉviter une variation rapide de lโintensitรฉ dans la bobine et par consรฉquent une surtension L dtdi nรฉfaste pour lโinterrupteur. On dรฉgage donc une qualitรฉ importante de la diode de rรฉcupรฉration cโest ร dire ses temps de commutation doivent รชtre notablement plus courts que ceux de lโinterrupteur auquel est associรฉ. La commutation ร la fermeture ne pose pas de problรจme.
Oscillogramme
On suppose que la constante de temps รฉlectrique ยซ L/R ยป est supรฉrieure ร la pรฉriode de fonctionnement afin dโรฉliminer la conduction discontinue. Lโallures de formes dโondes correspondant aux phรฉnomรจnes dรฉcrit sont reprรฉsentรฉs fig3.4.On
notera๏ ๏ก๏ ๏ฝ TT0ย le rapport cyclique susceptible de varier de 0 ร 100%.
Relations fondamentales
ยท Tension moyenne Uc :
Si Uc dรฉsigne la tension aux bornes de la charge, on a les relations suivantes.
On renvoie en annexe1 toutes les dรฉmonstrations.
U c๏ ๏ ๏ฝ๏ ๏ก E๏ ๏ฝ RIC๏ ๏ ๏ซ e (3.25)
a : Rapport cyclique
E : source de tension continue alimentant lโinduit
R : rรฉsistance de lโenroulement dโinduit
e : f-c-รฉm de lโinduit
I Cย : Courant moyen traversant la charge
ยท Courant dโondulation absolue๏ ๏ I
Le courant dโondulation absolue est donnรฉ par la formule suivante (cf. ,annexe1) :
On peut rรฉduire lโondulation soit en travaillant ร une frรฉquence de dรฉcoupage รฉlevรฉe (pรฉriode T petite), soit en augmentant lโinductance globale L de la charge.
ยท Bilan de puissance
le hacheur transmet la puissance avec un rendement thรฉorique รฉgal ร un.
Schรฉma de principe
Le hacheur parallรจle reprรฉsentรฉ (fig3.5) assure la liaison directe entre une source de courant et une charge capacitive.
Le hacheur est constituรฉ par un interrupteur, mis en parallรจle avec la source et une diode qui vient en sรฉrie avec la charge.
Analyse de fonctionnement
Premiรจre phase Fig. (3.5)
Lโinterrupteur K est ouvert. Lโรฉnergie passe de la source ร la charge par La diode D. Le condensateur C stocke de lโรฉnergie, on a iD=iS ; lโallure de iD obรฉit ร lโรฉquation diffรฉrentielle
Deuxiรจme phase Fig. (3.6)
Lโinterrupteur K est fermรฉ et court-circuite la source. La diode D est bloquรฉe (sous tension inverse).La loi dโรฉvolution du courant iS=iK obรฉit lโรฉquation diffรฉrentielle :
Alors au cours de cette phase ; iS(t) est une fonction croissante. On remarque alors que la premiรจre phase est nรฉgative, ce qui impose E-UC<0.On retrouve le caractรจre รฉlรฉvateur de tension.
Troisiรจme phase : Commutation ร lโouverture de lโinterrupteur K.
A lโouverture de K,iS tend brusquement ร dรฉcroรฎtre , doncdisest nรฉgatif et la tension E vient sโajouter ร la tension โvL=-Ldisqui est positive et va permettre lโentrรฉe en conduction de la diode. Des que celle-ci entre en conduction, on se retrouve dans la premiรจre phase de fonctionnement rรฉgie par lโรฉquation (3.29).La commutation ร la fermeture de K ne pose pas de problรจme.
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Table des matiรจres
Introduction
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES ALIMENTATIONS DES MOTEURS A COURANT CONTINU
I.1.Dรฉfinition
I.2. Principe de lโalimentation par redresseur
I.2.1.Redresseur
I.2.2. Filtrage
I.2.3.Rรฉgulation
I.3. Alimentation ร partir de redresseur commandรฉ
I.3.1.Pontde Graetz mixte
I.3.2. Pont de Graetz ร Thyristors
I.4. Alimentation par un convertisseur continu-continu
CHAPITRE II : LE MOTEUR A COURANT CONTINU
II.1. Constitution dโun moteur ร courant continu
II.1.1. Stator
II.1.2.Rotor
II.1.3.Collecteur
II.1.4. Balais et porte- balais
II.2. Modes dโexcitations du moteur ร courant continu
II.2.1. Moteur ร excitation sรฉparรฉe
II.2.2. Moteur ร excitation parallรจle
II.2.3. Moteur ร excitation sรฉrie
II.2.4. Moteur ร excitation composรฉe
II.3.Equations gรฉnรฉrales
II.3.1. Equation de tension
II.3.2.Vitesse
II.3.3. Couple รฉlectromagnรฉtique
II.3.4. Rendement
II.4.Modรฉlisation en rรฉgime dynamique
II.4.1.Fonction de transfert du mcc ร excitation sรฉparรฉe
II.5.Contraintes et limites de fonctionnement du moteur
II.5.1.Limites de fonctionnement
II.5.2.Effet de la rรฉaction dโinduit et de la saturation
II.5.3.Effet de la commutation
II.5.4Effet des รฉchauffements
CHAPITRE III : ETUDES DโUN ALIMENTATION A PARTIR DโUN CONVERTISSEUR CONTINU- CONTINU A TRANSISTORS
III.1.Hacheur sรฉrie
III.1.1.Schรฉma de principe
III.1.2.Analyse de fonctionnement
III.1.3.Oscillogramme
III.1.4Relations fondamentales
III.2.Hacheur parallรจle
III.2.1.Schรฉma de principe
III.2.2.Analyse de fonctionnement
III.2.3. Oscillogramme
III.1.4Relations fondamentales
III.3.Hacheur rรฉversible
III.3.1. Hacheur rรฉversible monte en sรฉrie
III.3.1.1.Schรฉma de principe
III.3.1.2.Analyse de fonctionnement
III.3.1.3. Oscillogrammes
III.3.1.4.Relations fondamentales
III.3.2. Hacheur rรฉversible utilisant deux interrupteur fonctionnant alternativement
III.3.2.1. Schรฉma de principe
III.3.2.2. Principe de fonctionnement
III.3.3. Hacheur quatre quadrants
III.3.3.1. Schรฉma de principe
III.3.3.2. Principe de fonctionnement
CHAPITRE IV : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES CIRCUITS ELECTRONIQUES
IV.1. Cahier des charges de lโalimentation
IV.2. Hypothรจses Gรฉnรฉrales
IV.3. Principe gรฉnรฉral de lโalimentation
IV.4. Conception de circuit de puissance
IV.4.1.Principe de choix des transistors de puissance
IV.4.2.Principe de choix des diodes
IV.4.3.Choix et dimensionnements
IV.4.3.1. Circuit de puissance
IV.4.3.2. Prรฉamplificateurs
IV.5. Conception des circuits de commande
IV.5.1. Principe
IV.5.2. Gรฉnรฉrateurs de fonction triangulaire
IV.5.2.1. Gรฉnรฉrateur de signal rectangulaire
IV.5.2.2. Intรฉgrateur
IV.5.3. Mode dโobtention de signal de rรฉfรฉrence Vc
IV.5.4. Comparateur
IV.5.5. Autres montages
IV.5.5.1. Utilisation dโun CI gรฉnรฉrateur du signal triangulaire ICL 8038
IV.5.5.2.Modulation de largeur dโimpulsion
IV.6. Schรฉma de conception final et simulation
IV.6.1 Schรฉma dรฉtallรฉ de courant dโ alimentation
IV.6.2 Simulation
IV.6.2.1. Prรฉsentation de logiciel circuit Maker
IV.6.2.2. Rรฉsultat de la simulation
IV.7. Fonction de transfert de lโorgane de commande
CHAPITRE V : MONTAGE DE CIRCUIT IMPRIMร
V.1. Rรฉalisation
V.1.1. Tracรฉ du circuit imprimรฉ
V.1.1.1.Tรฉchnologie du circuit imprimรฉ
V.1.1.2. Gravure
V.1.1.3. Perรงage
V.2. Prรฉsentation de logiciel Trax maker
V.2.1. Gรฉnรฉralitรฉs
V.2.2. Fonctions principales
V.2.3. Prรฉsentation et mรฉthode de routage
V.3. Rรฉsultats de routage
V.3.1. Routage de circuit de commande
V.3.2. Routage circuit dโalimentation
V.3.3. Routage circuit de puissance
CHAPITRE VI : ESSAIS ET ROUTAGE
VI.1. Schรฉma de lโinstallation
VI.2. Mesures des grandeurs รฉlectriques et oscillogrammes en marche directe
VI.2.1. Moteur
VI.2.1.1. Fonctionnement ร vide
VI.2.1.2. Fonctionnement en charge
VI.2. 2. Alimentation
VI.2.2.1. Oscillogramme de circuit de commande
VI.2.2.2. Oscillogramme de prรฉamplificateur
VI.2.2.3. Oscillogramme de tension ร la sortie de hacheur
VI.3. Mesures des grandeurs รฉlectriques et oscillogrammes en marche inverse
VI.3.1. Moteur
VI.3.1.1. Fonctionnement ร vide
VI.3.1.2. Fonctionnement en charge
VI.3.2. Alimentation
VI.3.2.1. Oscillogramme du circuit de commande
VI.3.2.2. Oscillogramme de prรฉamplificateur
VI.3.2.3. Oscillogramme de la tension ร la sortie de hacheur
VI.4. Comparaison avec simulation
VI.4.1. Marche inverse
VI.4.2. Marche directe
CHAPITRE VII : รTUDE DโIMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
VII.1. Etude dโimpacts environnementaux
VII.2. Remรจdes
Conclusion
Annexes
Annexe1
Annexe 2
Annexe 3
Bibliographie
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