Ce document pédagogique propose une étude approfondie des hacheurs, des convertisseurs statiques indispensables en électronique de puissance. La conversion continu-continu permet d'obtenir une tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable à partir d'une tension continue fixe, tout en conservant un rendement élevé, souvent voisin de un. Ces dispositifs sont principalement utilisés pour l'alimentation et le réglage de la vitesse des moteurs à courant continu dans divers secteurs industriels.
Le document aborde les différents modes de fonctionnement possibles pour ces montages, qu'ils soient unidirectionnels ou réversibles, en tension comme en courant. Les notions de fonctionnement à un, deux ou quatre quadrants y sont détaillées pour permettre de comprendre le comportement énergétique des charges alimentées.
Au cœur de ces convertisseurs se trouve la cellule de commutation. Le texte rappelle les règles fondamentales régissant son fonctionnement pour éviter les courts-circuits de sources de tension ou l'ouverture accidentelle de sources de courant. À partir de cette cellule élémentaire, le document détaille les architectures de conversion les plus courantes.
Le hacheur série, également connu sous le nom de convertisseur abaisseur de tension ou dévolteur (Buck), fait l'objet d'une analyse détaillée. Son principe repose sur la commande périodique d'un interrupteur, permettant de faire varier la tension moyenne aux bornes de la charge grâce au réglage du rapport cyclique. L'étude se poursuit avec le fonctionnement sur charge inductive en conduction ininterrompue, mettant en évidence l'importance de la diode de roue libre pour l'écoulement de l'énergie et la protection des composants.
À l'inverse, le hacheur parallèle, ou élévateur de tension (Boost), inverse les rôles entre la source de tension et la source de courant. Ce montage permet d'obtenir une tension de sortie supérieure à la tension d'entrée, trouvant des applications dans les alimentations stabilisées ou les systèmes de freinage par récupération.
Pour répondre aux besoins des entraînements industriels nécessitant des phases de traction et de freinage, le document présente les structures de hacheurs réversibles. La réversibilité en courant permet un fonctionnement sur deux quadrants, applicable par exemple au freinage par récupération d'une machine à courant continu sans inversion du sens de rotation.
Les hacheurs réversibles en tension, quant à eux, permettent d'inverser le signe de la tension moyenne tout en maintenant un courant unidirectionnel, tandis que les structures à quatre quadrants offrent une réversibilité totale en tension et en courant. Cela permet le contrôle complet de la vitesse d'une machine à courant continu dans les deux sens de rotation ainsi que dans les différents modes de fonctionnement (moteur ou génératrice).
Enfin, le document aborde le hacheur à accumulation, qui intègre un composant intermédiaire stockant l'énergie avant de la restituer à la charge, permettant ainsi d'ajuster la tension de sortie à des valeurs inférieures ou supérieures à celle de la source.
Ce support de cours s'adresse aux étudiants en électrotechnique et en génie électrique souhaitant maîtriser l'analyse des convertisseurs statiques. Il détaille les relations mathématiques entre valeurs moyennes, les expressions des ondulations de courant et fournit de nombreux schémas et chronogrammes indispensables pour visualiser l'évolution des grandeurs électriques au cours d'une période de hachage.
Le hacheur série, ou abaisseur de tension (dévolteur), permet de convertir une tension continue fixe en une tension continue réglable de valeur moyenne inférieure, principalement pour alimenter des moteurs à courant continu.
La diode de roue libre permet d'assurer la continuité du courant dans la charge inductive lorsque l'interrupteur principal s'ouvre, évitant ainsi l'apparition de surtensions destructrices pour les composants.
Le hacheur abaisseur (série) fournit une tension moyenne inférieure à la tension d'entrée, tandis que le hacheur élévateur (parallèle) délivre une tension de sortie supérieure à la tension d'alimentation de la source.
