Sciences de l'ingénieur · Terminale · Chaîne de puissance
Moduler l’énergie : hacheur et MLI
Découper la tension pour la doser.
En bref
Pour faire varier la vitesse d’un moteur, on pourrait mettre une résistance en série : elle chaufferait, et gaspillerait l’énergie.
Pour faire varier la vitesse d’un moteur, on pourrait mettre une résistance en série : elle chaufferait, et gaspillerait l’énergie. Le hacheur fait mieux : il découpe la tension si vite que le moteur n’en « voit » que la moyenne.
Le principe du hacheur
Un interrupteur électronique (un transistor) s’ouvre et se ferme à fréquence fixe f, de période T = 1 / f. Il reste fermé pendant t_on.
| Grandeur | Définition |
|---|---|
| Rapport cyclique | α = t_on / T, entre 0 et 1 |
| Tension moyenne aux bornes de la charge | U_moy = α × U_alim |
| Fréquence de découpage | Souvent de quelques kHz à plus de 20 kHz |
C’est ce qu’on appelle la MLI (modulation de largeur d’impulsion, en anglais PWM) : on ne change pas la hauteur des créneaux, on change leur largeur.
Pourquoi c’est efficace
Un interrupteur idéal ne dissipe rien : ouvert, le courant est nul ; fermé, la tension à ses bornes est presque nulle. Dans les deux cas, U × I ≈ 0. Le rendement d’un hacheur dépasse couramment 90 %, là où une résistance série brûlerait toute la tension qu’elle retient.
Le rôle de l’inductance et de la diode
Le bobinage du moteur est une inductance : il s’oppose aux variations brusques du courant et le lisse. Quand le transistor s’ouvre, le courant doit pouvoir continuer à circuler : une diode de roue libre lui offre un chemin. Sans elle, une surtension détruirait le transistor.
Le pont en H
Quatre interrupteurs disposés en H autour du moteur permettent d’inverser la polarité : le moteur tourne dans les deux sens. Commandé en MLI, le pont règle à la fois le sens et la vitesse.
| Quadrant | Vitesse | Couple | Fonctionnement |
|---|---|---|---|
| 1 | + | + | Moteur, marche avant |
| 2 | + | − | Génératrice, freinage en marche avant |
| 3 | − | − | Moteur, marche arrière |
| 4 | − | + | Génératrice, freinage en marche arrière |
Un convertisseur qui travaille dans les quatre quadrants peut renvoyer l’énergie de freinage vers la source.
Exemple travaillé
Un moteur est alimenté par un hacheur sous 12 V, découpé à 20 kHz.
- Période : T = 1 / 20 000 = 50 µs.
- Pour obtenir 9 V moyens : α = 9 / 12 = 0,75, donc t_on = 0,75 × 50 = 37,5 µs.
- Sur une carte programmable dont la sortie MLI va de 0 à 255, la consigne vaut environ 0,75 × 255 ≈ 191.
À 20 kHz, le découpage est au-dessus de ce que l’oreille humaine perçoit : le moteur ne siffle pas.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Que vaut la tension moyenne en sortie d’un hacheur série ?
2.Le rapport cyclique est défini par…
3.Sous 24 V, avec α = 0,25, la tension moyenne vaut…
4.Pourquoi un hacheur a-t-il un bien meilleur rendement qu’une résistance série ?
5.Quel est le rôle de la diode de roue libre ?
6.Que permet un pont en H ?
0 / 6 questions
Dans l’app, ce chapitre a son quiz complet, chronométré, et tes erreurs reviennent au bon moment pour ne plus les refaire.
La fiche de révision, sur une page
Tout « Hacheur et MLI » sur une seule page A4 illustrée : l’essentiel, les pièges et un mini-test. Elle se débloque dans l’app avec des gemmes — et ton compte gratuit en offre assez pour tes trois premières fiches.
