Hacheur (électronique)
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En pratique : Quelles sources sont attendues ? Comment ajouter mes sources ?Le hacheur, ou convertisseur continu - continu[1], est un dispositif d'électronique de puissance qui met en œuvre un ou plusieurs interrupteurs électroniques commandés, pour permettre de modifier la valeur de la tension (moyenne) d'une source de tension continue[2] avec un rendement élevé.
Types
[modifier | modifier le code]Il existe différents types de hacheurs :
- si la tension délivrée en sortie est inférieure à la tension appliquée en entrée, le hacheur est dit dévolteur, abaisseur ou Buck[1] ;
Il existe aussi des hacheurs capables de travailler des deux manières (Boost-Buck)[3].
Description
[modifier | modifier le code]Le découpage se fait à une fréquence élevée afin de pouvoir filtrer facilement le signal de sortie. C'est l'analogue, pour les sources de tensions continues, du gradateur utilisé en régime alternatif.
On définit le rapport cyclique (α) comme le rapport du temps t1 où l'interrupteur est passant sur la période T :
Pour un hacheur dévolteur, le rapport de la tension moyenne de sortie sur la tension d'entrée est égal au rapport cyclique.
Utilisation
[modifier | modifier le code]Certains hacheurs sont réversibles : ils peuvent alors fournir de l'énergie à la charge, généralement une machine à courant continu dans ce type d'application, ou bien en prélever, ce qui permet de freiner la machine.
Les hacheurs de puissance sont utilisés, par exemple, pour la variation de vitesse des moteurs à courant continu. Ils sont aussi un élément essentiel des alimentations à découpage.
Amplificateur-hacheur
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Une application classique du circuit hacheur, et où le terme est encore en usage, est l'amplificateur-hacheur, un amplificateur c.c. (courant continu). Certains signaux peuvent être si faibles qu'un amplificateur à gain extrêmement élevé est nécessaire. Mais un amplificateur c.c. à gain très élevé ayant un décalage faible, un faible bruit et une bonne stabilité est très difficile à réaliser. Par contre, un amplificateur équivalent en courant alternatif est bien moins difficile à fabriquer. Il est alors préférable d'utiliser un circuit hacheur pour découper le signal, de façon qu'il puisse être amplifié au moyen d'un amplificateur c.a. (courant alternatif) plus simple. Puis une fois amplifié le signal est réintégré en un signal c.c. Ce type d'amplificateur est aussi nommé amplificateur en «classe D».
Stabilisation par hachage
[modifier | modifier le code]Une autre application des hacheurs dans le domaine de l'amplification c.c. est la «stabilisation par hachage». Elle consiste en un second amplificateur à haut gain et à couplage c.a. que l'on ajoute en parallèle à l'amplificateur principal (AOP). L'entrée du hacheur est couplée en c.a. sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur principal c.c., tandis qu'un commutateur bascule périodiquement l'entrée du hacheur sur la masse selon une fréquence de 60 Hz à 400 Hz. L'action de la commutation hache le signal c.c. en un signal c.a. qui est grandement amplifié (1000 fois et plus)[Comment ?]. La sortie du hacheur est redressée et filtrée, puis appliquée à la seconde entrée de l'amplificateur principal. Il en résulte que la dérive est réduite d'un facteur comparable au gain du hacheur. Ce mécanisme a été mis au point par Edwin A. Goldberg en 1949 pour améliorer la stabilité des amplificateurs opérationnels à tubes.
Hacheur de puissance
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La commande par hacheur est une méthode de pilotage des moteurs à courant continu utilisés, par exemple, dans les véhicules ferroviaires. Elle consiste à alimenter l'induit du moteur par un hacheur qui commute ou découpe la tension continue à haute fréquence, afin de réguler la tension aux bornes de l'induit du moteur. Quand on évoque généralement les termes "commande par hacheur "ou "commande par hacheur à thyristors", c'est généralement à cette méthode qu'il est fait référence.
Sur les véhicules ferroviaires, lors de l'accélération, le hacheur fonctionne généralement comme un abaisseur de tension. Le rapport cyclique (temps d'ouverture/temps d'arrêt) agit sur la tension aux bornes de l'induit du moteur et, de ce fait agit sur la fréquence de rotation du moteur et donc sur vitesse du train. Lors de la décélération, il commute le circuit principal et fonctionne alors comme un hacheur élévateur, élevant la tension du circuit au-dessus de celle de la caténaire, pour y injecter la puissance générée par le moteur de traction qui fonctionne alors en générateur et réaliser un freinage par récupération (freinage électrique /dynamique/régénératif) .
À mesure que la vitesse diminue, la tension générée par le moteur de traction diminue également ; le rapport cyclique est donc augmenté pour maintenir la tension au-dessus de celle de la caténaire. Dans ce cas, pour éviter un dépassement trop important de la tension de la caténaire, une résistance ou un hacheur abaisseur dédié (hacheur de freinage) est parfois inséré sur le circuit avant le retour de la tension vers la caténaire.
Certains dispositifs sont également équipés d'une fonction de détection du patinage des roues lors de l'accélération, dû à la pluie ou à d'autres facteurs, dispositif qui réduit temporairement le rapport cyclique pour garantir l'adhérence. De plus, comme la tension peut varier de façon intermittente et qu'un courant correspondant traverse le moteur à courant continu, il est souhaitable, pour optimiser les performances du moteur principal, que la valeur de ce courant (tension) soit le plus proche possible de la valeur de courant acceptée par le moteur. Par conséquent, une bobine appelée inductance est connectée en série avec le moteur principal, et une diode de roue libre est connectée en parallèle inverse avec ce même moteur.
Les premiers hacheurs de courant ont été testés par les constructeurs et les exploitants entre la fin des années 60 et les années 70 .La RATP ayant testé en 1971 sur la N.11227 (une motrice intermédiaire de type MF67 C2) le prototype de commande à hacheur appelé Kesar (Alsthom)[4]
Les hacheurs de courant sont apparus sur les 1ers trains de série durant les années 70 ,avec le métro type MF77 ,le train type Mi79 pour la RATP .Pour la SNCF , les premières automotrices à adopter les hacheurs seront les Z2N avec la série Z5600(1982) ,et les "nez cassés" type BB7200/22200 pour les locomotives ,et ce, dès la moitié des années 70.
Notes et références
[modifier | modifier le code]- [PDF]Les hacheurs, sur lerepairedessciences.fr, consulté le 17 novembre 2018
- ↑ Convertisseur Boost, sur schema-electrique.be, consulté le 17 janvier 2017.
- ↑ Hacheurs réversibles, sur iutenligne.net, consulté le 17 novembre 2018
- ↑ https://www.karodaxo.fr/materiel-mf67/materiels-hors-series-prototypes-et-dessais/
