Convertisseurs Statiques (Variateurs de Vitesse pour les moteurs)

Problématique

Une évidence : un microcontrôleur ne délivre pas suffisamment de puissance pour commander directement un moteur

Le convertisseur se chargera donc de moduler la puissance de la source électrique, modulation commandée par le microcontrôleur.

Cas de la conversion linéaire

Un amplificateur linéaire nécessite un point de fonctionnement autour duquel le signal est amplifié.

Cette polarisation consomme de l’énergie, dissipée sous forme de chaleur, qui ne sera donc pas transformée en énergie mécanique.

Cette dissipation d’énergie est telle (75%) qu’il est parfaitement inenvisageable de commander un moteur avec un amplificacteur linéaire.

On retient donc l’amplification à découpage.

Convertisseur Continu –> Continu (HACHEUR)

Les semiconducteurs de puissance sont soit passants, soit bloqués.

Hacheur Abaisseur de Tension (1 quadrant)

On considère le montage suivant :

Lorsque le transistor est passant :

Lorsque le transitor est bloqué :

Le moteur étant un système inductif, cela retarde l’établissement du courant dans le circuit ; or le courant veut toujours terminer sa course. La diode dite de roue libre le permet, et évite l’apparition d’arcs électriques.

On considère sur une période T le transistor passant pendant \( \alpha.T \) et de fait bloqué pendant \( (1-\alpha).T \)

La tension appliquée aux bornes du moteur est donc :

Un moteur est un système lent (passe bas), il ne verra que la valeur moyenne du signal appliqué par le hacheur.

\( Vmoy=\frac{1}{T}\int_{0}^{T}v(t)dt \)

\( Vmoy=\frac{1}{T}(U. \alpha .T) \)

\( Vmoy= \alpha .U \)

\( \alpha \) rapport cyclique

Vmoy ne peut être que positive, le moteur ne peut tourner que dans un sens.

Hacheur 4 quadrants

A et B passants : v=+U

C et D passants : v=-U

\( Vmoy=\frac{1}{T}\int_{0}^{T}v(t)dt \)

\( Vmoy=\frac{1}{T}[U. \alpha .T - U.(1- \alpha)T] \)

\( Vmoy=(2. \alpha - 1).U \)

\( 0< \alpha <1 \) –> -U < Vmoy < +U

REMARQUE : il faut respecter un certain temps mort (deadtime) entre le mise en conduction de chaque paire de transistors, afin d’éviter un court-circuit sur un bras de pont.