Les hacheurs alternatifs

1  Introduction

          Habituellement dans l'électronique de puissance, le réglage de la puissance fournie à un récepteurs de courant alternatif se fait avec le gradateurs à thyristors, cette structure permet seulement la commande spontanée, c'est-à-dire les thyristors se bloquent spontanément au passage par zéro du courant, mais cette structure ne permet pas l'utilisation de la commande PWM, elle entraîne la consommation de l'énergie réactive et la génération des courants harmoniques basse fréquence, pour éviter ces inconvénients on utilise une autre structure, cette structure est appelée le hacheur alternatif qui fait la même conversion AC-AC [3].

  

          Dans ce chapitre, nous allons étudier  le hacheur alternatif monophasé, ainsi que les interrupteurs utilisés pour cette architecture.

2  Le hacheur alternatif

          Le hacheur alternatif est un convertisseur électronique de puissance qui fait la conversion alernative-alternative avec la commutation forcée. Ce convertisseur fait la variation et le réglage du débit du courant alternatif vers un récepteur de courant alternatif.

   On peut citer deux différents types des hacheurs alternatifs:

ü  Hacheur AC-AC monophasé.

ü  Hacheur AC-AC triphasé.

Dans ce chapitre on procède à étudier seulement le hacheur AC-AC monophasé.

2.1  Le hacheur alternatif monophasé

           

          Le hacheur  alternatif monophasé fait la conversion de la tension alternative monophasée de fréquence et de valeur efficace constantes à une tension alternative de valeur efficace réglable et de fréquence fixe. Il est constitué de deux interrupteurs (k₁, k₂) de puissance bidirectionnels en tension et en courant (figure.I.1).  

On prend

A partir de sa structure, le hacheur alternatif monophasé peut être commandé par la commande "PWM" (Pulse Width Modulation) [5]. Généralement ce convertisseur est utilisé pour  l'alimentation des charges passives ou des machines électriques tournantes (moteur à induction à vitesse variable).

I.2.1.1  Le principe de fonctionnement

   

          Pour l'étude du principe de fonctionnement de ce convertisseur, on considère que notre charge alimentée est une charge résistive inductive, on procède à une résistance et inductance en série comme schéma équivalent (fig.I.2).

Cette structure présente une liaison avec l'intermédiaire de deux interrupteurs k₁ et k₂ (k₁ est en série et k₂ en parallèle avec la charge), entre une source de tension alternative pour laquelle la tension et le courant sont réversibles et une charge de même caractère (fig.I.2)

          Les interrupteurs ayant à transiter des courants réversibles et à supporter des tensions qui ont le même caractère, on dit qu'ils sont bidirectionnels en courant et en tension.

          Lorsque l'interrupteur k₁ se ferme, l'interrupteur k₂ doit rester en état d'ouverture. En revanche, lorsque l'interrupteur k₁ s'ouvre, l'interrupteur k₂ devra immédiatement se ferme pour assurer le passage du courant i_L(t).

On distingue deux phases de fonctionnement de ce convertisseur :

On pose t₁, t₂ : les temps de la fermeture de k_1et k₂ respectivement.
 

2.1.1.a  Cas : k₁ fermé, k₂ ouvert

A l'instant t=t₁ on a k₁ fermé, k₂ ouvert

Le schéma de cette phase de fonctionnement est le suivant (figure 1.2.a):

Dans ce cas la tension aux bornes de la charge est:

             V_L(t)=V_S (t).                                                                                           (I.2)

Le courant qui traverse le récepteur est donné par l'équation différentielle suivante :

Dans cette phase l'inductance emmagasine l'énergie transférée par la source, à l'ouverture de k₁, le courant de l'inductance ne s'annule pas, alors il faut avoir un circuit de récupération pour éviter le court-circuit, ce circuit est similaire à celui de la phase de roue libre dans un convertisseur DC – DC, c'est ici qu'entre le rôle de l'interrupteur k₂ qui assure le passage de ce courant en toute sécurité.

2.1.1.b  Cas : k₁ ouvert k₂ fermé

A l'instant t=t₂ on a k₂ fermé k₁ ouvert

Le schéma de cette phase de fonctionnement est le suivant :

Dans ce cas la tension aux bornes de la charge est nulle  "phase de roue libre", mais le courant ne s'annule pas, alors l'équation différentielle prend la forme suivante :