Universitaire Larbi Ben M’hidi Oum El-Bouaghi Mémoire de ...

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Universitaire Larbi Ben M’hidi Oum El-Bouaghi

Faculté des Sciences et TechnologiesDépartement d’Electrotechnique

Mémoire de fin d’étudesEn vue de l’obtention du Diplôme de Master en Systèmes

Electriques & Automatique (SEA)

Option : Génie Electrique (GE)

Thème

Modélisation et commande d'un onduleur MLI

Proposé et Dirigé par : Présenté Par :

Mr: A. Haddoun Melle : Adjimi Nadia Melle : Belaidi Wahiba

Année Universitaire : 2008/2009

Dédicace

J’ai l’honneur de dédier ce travail à mes chers parents, pour leur aide

et leurs soutient continuel.

Ma mère, la lumière des yeux et source de ma volonté.

Mon père qui a sacrifie tout pour je puisse étudier.

A mes frères et ma sœur (Hanane, Kheirreddine, Adel.

A tout ma famille.

A mes copains et copines.

A tout personne qui ma connait et m’aimé surtout ma promotion (2 ème année Master).

A. Nadia

Dédicace

J’ai l’honneur de dédier ce travail à mes chers parents, pour leur aide

et leurs soutient continuel.

Ma mère, la lumière des yeux et source de ma volonté.

Mon père qui a sacrifie tout pour je puisse étudier.

A mes frères et ma sœur (Zahir, Mounira,

Yacine ,Souad,Sihem,Rachida,Houssem,

A tout ma famille.

A mes copains et copines.

A tout personne qui ma connait et m’aimé surtout Mokdad etMa promotion (2 ème année Master).

B. Wahiba

Remerciement

Nous tenons d’abord à remercier dieu tout puissant, qui nous à

éclairé le bon chemin et que nous à permis de réaliser ce modeste

travail.

Nous tenons à exprimer notre chaleureuses gratitudes à Mr :

Abdelhakim Haddoun pour son aide, son encouragement, sa patience

et ses précieux conseils.

Nous remerciemons également tous les membres de jury pour

avoir bien voulu évaluer notre travail.

L’ensemble des enseignants de l’institut d’électrotechnique pour

leurs efforts pendant les années d’étude.

En fin Nous adressons notre remerciements les plus profonds et

les distinguées à tous ceux qui nous aidons de proche ou de loin pour

accomplir ce travail.

1. Introduction …………………………………………………………………………..

1-2. Types d’onduleurs et leurs applications ……………………………………….……

1-2.1. L’onduleur autonome …….……………………..……………………………..

1-2.2. L’onduleur non autonome (ou assisté)………………………………………….

1-2.3. L’onduleur de tension .…………..…………………………………………….

1-2.4. L’onduleur de courant ...…………..……………………………………………

1-3. Modélisation du fonctionnement des onduleurs de tension triphasés………………

1-3.1. Structure de l’onduleur de tension triphasé………………………………….

1-3.2. Modèle de commande de l’onduleur de tension triphasé………..……………..

1-4. Commande par signaux carrés……………………………………………………….

1-4.1 Commande adjacente…………………………………………………………..

1-4.2 Commande décalée……………………………………………………………..

1-5. Commande en onde en marge d'escalier......................................................................

1-6. Commande par découpage…………………………………………………………..

1-7. Commande par modulation de largeur d’impulsion………………………………..

1-7.1.Principe de base de MLI…………………...………………………………........

1-7.2.Caractéristiques de la modulation……………………………………………….

1-7.3. Différente technique de modulation en MLI…………………………………...

a. Modulation en boucle ouverte………………………………………………..

b. Modulation d’échantillonnage naturelle……………………………………..

c. Modulation d’échantillonnage régulier………………………………………

Echantillonnage régulier symétrique……………………………... Echantillonnage régulier asymétrique…………… .……………...

d. Modulation en boucle fermée………………………………………………...

1-8. Les différentes possibilités de la génération des signaux MLI...…………………….

02

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1-8.1.Technique analogique …….……………………………………………………

1-8.2. Technique digitale …………………………………………………………….

1-8.3. Technique hybride ……………………………………………….……………

17

18

18

Introduction Générale ………...……………...................................................................

Comparaison des Différentes Techniques de Commande

01

CHAPITRE UN

1-9. Conclusion……………………………………………………………………………. 19

2-1. Introduction……………………………………...………………………………...…

2-2. Commande sinus-triangle……………………………………………………..……..

2-2.1. Principe de base…………………………………………………………...…...

2-2.2. Propriétés………………………………………………………………………

2-2.3. Tensions de référence………………………………………………………….

2-2.4. Le schéma de bloc……………………………………………………….……..

2-3. Commande Dent de Scie……………………………………………………….…….

2-3.1. Le schéma de bloc……………………………………………………….……..

2.4. Conclusion……………………………………………………………………..……..

20

20

20

22

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22

26

26

31

3-1. Introduction………………..………………………………………………………

3-2. La technique de modulation vectorielle ……………………………………….….

3-3. Nouvelle méthode de détermination des secteurs………………………………...….

3-4. Etude de simulation………………………………………………………………..…

3-4.1 MLI vectorielle sous SIMULINK…………………………………………...........

a- Détermination des tensions de références VV , l’angle …………………..…...

b- Déterminer les durées T 1, T 2 et T 0 de temps………………………………….....c- Déterminer la période de commutation de chaque transistor (S1 à S6)………...….

3-4..2. résultats de simulation …………………………………………………..……...

3-5. Conclusion……………………………………………………………………...……

Conclusion générale………………………………………………………………...……

Annexe……………………………………………………………………………….……

Bibliographie……………………………………………………………………………..

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CHAPITRE DEUXCommande par modulation de largeur d’impulsion

CHAPITRE TROIS MLI Vectorielle

Introduction générale

Introduction générale

Lorsque l’on veut varier la vitesse des machines électriques, on cherche à générer des tensions statoriques à amplitude et fréquence variables. L’idéal serait de générer des tensions purement sinusoïdales. Un dispositif permettant d’obtenir un tel fonctionnement (comme un amplificateur linéaire) engendrerait un rendement assez faible. Ce dernier est essentiellement du aux pertes par effet joule dans les semi conducteurs en fonctionnement continu. Il est donc naturel de se tourner vers un mode d’alimentation par commutation. Ceci implique des formes d’ondes de courants et de tension qui ne sont plus sinusoidales et des pertes par commutation dans les semi-conducteurs. Nous allons donc traiter dans ce travaille, le principe de fonctionnement des circuits de commutation et les effets indésirables qu’ils entraînent sur la machine asynchrone utilisée à vitesse variable. Quelques études de cas auront lieu dans un fonctionnement « basse vitesse ».

Nous disposons essentiellement de l’énergie du réseau d’alimentation alternative pour

alimenter les machines électriques. La tension est donc sinusoïdale à fréquence fixe. Afin d’obtenir une alimentation à fréquence variable, nous utilisons dans la plus parts des cas une associations de différents convertisseur. La chaîne d’alimentation la plus courante peut être composée d’un transformateur d’un redresseur et d’un onduleur alimentant la machine asynchrone. Nous ne détaillerons par l’influence des imperfections du réseau ni celles du transformateur et du redresseur. Nous supposons ceuc-ci inexistants.

Cette étude, comportant trois chapitres, est organisée comme suit : - Le premier chapitre présente les différents types d’onduleurs et leur constitution générale ainsi que leur applications avec la modélisation de fonctionnement, tout en montrant leur principe pour différentes commandes (commande par signaux carrées et commande par MLI).

- Le deuxième chapitre consiste une étude comparative entre les deux stratégies de commandes : la MLI sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie, ces deux stratégies seront basées sur la bande de réglage et le taux d’harmonique des tensions de sorties. - Le dernier chapitre est consacré à l'étude de MLI vectorielle

Les différents résultats de simulation (de tensions ou de courants) sont obtenus par des schémas de simulation, réalisés sous Simulink de l’environnement Matlab. en suite on entame la comparaison entre différentes stratégies de commande avec leurs analyse spectrale.

1

Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande

2

1.1 INTRODUCTION

Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion continue – alternative,

alimenté en continu, il modifie de façon périodique les connexions entre l’entrée et la sortie et

permet d’obtenir l’alternatif à la sortie. L'onduleur est essentiellement utilisé pour fournir une

tension ou un courant alternatif afin d’assurer l’alimentation en énergie des charges critiques

(micro-ordinateur, station de télécommunication.) pendant la coupure du réseau électrique ou

une alimentation permanente pour les systèmes autonomes (centrales photovoltaïques, engins

aérospatiaux,…) [1]. La représentation symbolique d’un onduleur est donnée par la

figure (1.1) :

1.2 TYPES D’ONDULEURS ET LEURS APPLICATIONS

Les onduleurs sont classés selon le type d’application et les performances désirées, en

deux catégories : les onduleurs autonomes et les onduleurs non autonomes (ou assistés).

1.2.1 L’onduleur autonome

Un onduleur autonome est un système de commutation à transistors ou à thyristors, dont

les instants de commutation sont imposés par des circuits externes, [5]. La fréquence et la

forme d’onde de la tension de sortie sont imposées à la charge, c’est-à-dire elles sont propres

à l’onduleur. L’onduleur autonome peut être :

A fréquence fixe : utilisé comme source de secours ou alimentation sans coupure, Il

est alimenté le plus souvent à partir d’une batterie d’accumulateurs (cas de PC, salles

d’informatique,…) comme il est montré sur la figure (1.2), [5]:

Figure 1.1 Schéma de principe de l’onduleur.

Puissance d’entrée (DC) Puissance de Sortie (AC)


3

Il est utilisé aussi pour l’alimentation des charges inductives (fours à induction, …) mais

dans ce cas tous les onduleurs sont monophasés.

A fréquence variable : dans ce cas il est utilisé pour la variation de vitesse des moteurs

asynchrones triphasés, figure (1.3) :

1.2.2 L’onduleur non autonome (ou assisté)

Un onduleur non autonome ou assisté est un système de commutation à thyristors, dont

les instants de commutation sont imposés par la charge, [5]. Dans ce cas, la fréquence et la

forme d’onde de la tension de sortie sont imposées par le réseau alternatif sur lequel débite

l’onduleur. Ce type d’onduleur est utilisé pour :

- Le transport d’énergie en courant continu, on peut transporter de grandes puissances à très

haute tension (de l’ordre du million de volts) par lignes aériennes sur des distances élevées

(500-1000 Km) pour lesquelles, les lignes à courant alternatif posent des problèmes délicats

(stabilité, pertes…). De plus, le transport sur des plus faibles distances par câbles

souterrains dont la capacité très élevée, limite leur emploi en courant alternatif, [6].

- Le freinage par récupération : pendant le freinage de la machine à courant continu qui peut

fonctionner en génératrice, l’énergie fournie dans ce cas peut être récupérée et transférée au

réseau alternatif par un onduleur assisté (domaine de la traction électrique), [7].

Batteries

f, V ( fixes)

Figure 1.2 Alimentation sans coupure.

Réseau triphasé 50Hz

Redresseur Onduleur

Continuef variable

MAS3φ

Figure 1.3 Convertisseur de fréquence.


4

Selon la nature de la source continue alimentant l’onduleur, on distingue l’onduleur de

tension et celui de courant.

1.2.3 L’onduleur de tension

C’est un onduleur qui est alimenté par une source de tension continue, d’impédance

interne négligeable. Sa tension n’est pas affectée par la variation du courant qui la traverse, la

source continue impose la tension à l’entrée de l’onduleur et donc à sa sortie, figure (1.4) :

L’onduleur de tension est autonome si la fréquence de la tension de sortie est

indépendante du réseau alternatif, il est non autonome (assisté) si la fréquence est imposée par

le réseau alternatif. Selon le choix des interrupteurs commandés, les onduleurs présentent des

avantages les uns par rapport aux autres. C’est pourquoi un onduleur de tension à transistors

présente des avantages par rapport à celui à thyristors :

- Facilité de commande (le transistor est commandé à l’ouverture et à la fermeture),

- É limination du circuit de commutation forcée,

- Faibles pertes de commutation,

- Possibilité de fonctionnement à des fréquences plus élevées.

Circuit de puissance d’un onduleur de tension : prenons comme exemple d’un onduleur

de tension, le montage d’un pont triphasé à thyristors, figure (1.5) :

SV : Source de tension continue.SI : Source de courant alternative.

OnduleurCE

SV (DC)

SI (AC)

Figure 1.4 Représentation schématique d’un onduleur de tension.


5

Les diodes en tête-bêche sur les interrupteurs commandés du circuit de puissance jouent

un rôle fondamental dans le fonctionnement de l’onduleur en assurant essentiellement trois

fonctions :

- Faciliter l’extinction des interrupteurs commandés en les polarisant en inverse

lorsqu’il s’agit de thyristors,

- Autoriser la démagnétisation de la self de la charge inductive au moment de

l’ouverture des interrupteurs,

- Assurer le redressement des courants débits par la charge (cas de la machine

asynchrone) lorsqu’elle fonctionne en génératrice.

1.2.4 L’onduleur de courant

Un onduleur de courant (souvent appelé commutateur de courant) est alimenté par une

source de courant continu (Figure (1.6)), d’impédance interne si grande pour que le courant

qui la traverse ne peut être affecté par les variations de la tension à ses bornes. La source

continue impose le courant à l’entrée de l’onduleur et donc à sa sortie.

Figure 1.5 Onduleur de tension en pont triphasé à thyristors.

SI : Source de tension continue.SV : Source de courant alternative.

Figure 1.6 Représentation schématique d’un onduleur de courant.

Onduleur

L

E

SI

SV


6

Circuit de puissance d’un onduleur de courant : prenons comme exemple d’un onduleur

de courant, le montage d’un pont triphasé à thyristors, figure (1.7) :

Les diodes en série servent à isoler les condensateurs de la tension de la charge.

L’inductance « L » empêche les brusques variations du courant (mise en court-circuit de la

sortie n’est pas destructive). Si T3 est amorcé, le condensateur C13 = C bloque T1, de

même si T4 est amorcé, le condensateur C42 = C bloque T2 et ainsi de suite.

1.3 MODELISATION DU FONCTIONNEMENT DES ONDULEURS DE TENSION TRIPHASES

1.3.1 Structure de l’onduleur de tension triphasé

On peut réaliser un onduleur triphasé en groupant trois onduleurs monophasés de l’un

ou de l’autre, il suffit de décaler d’un tiers de période les commandes des trois phases. La

figure (1.8) représente un onduleur de tension triphasé à deux niveaux formés de trois demi

ponts monophasés et utilisant un diviseur capacitif commun.

Figure 1.7 Onduleur de courant en pont triphasé à thyristors.


7

Chacune des tensions de sortie est égale tantôt à (+U/2), tantôt à (-U/2). Les

interrupteurs fonctionnent comme en monophasé la seule différence est que le courant

arrivant au point milieu du diviseur est IN telle que IN=IA+IB+IC .

La présence de neutre relié à la source est indispensable si le récepteur est déséquilibré

tout particulièrement s’il comporte des charges monophasées montées entre phase et neutre.

Si le récepteur triphasé est équilibré (moteur triphasé par exemple), on peut supprimer la

liaison entre le point neutre ’N’de la charge et le point milieu ‘O‘du diviseur capacitif, en

supprimant celle-ci on obtient alors l’onduleur de tension en pont triphasé proprement dit

représenté sur la figure (1.9).

Figure 1.8 Onduleur de tension triphasé à un créneau par alternance (déséquilibré).

Figure 1.9 Onduleur de tension triphasé à un créneau par alternance (équilibré).


8

1.3.2 Modèle de commande de l’onduleur de tension triphasé

Les interrupteurs '33

'22

'11 ,, etKKetKKetKK , doivent être complémentaires deux à deux,

quelque soit la loi de commande à adopter, il est possible d’établir des relations générales que

nous utiliserons pour la commande MLI ; quels que soient les courants, les interrupteurs

imposent les tensions entre les bornes de sortie A, B, C et le point milieu (fictif) ‘O’ de la

source de tension.

1 1

2 1

3 3

,2 2

,2 2

,2 2

A O

B O

C O

E EV V K fermé K ouvert



(1.1)

Les interrupteurs imposent donc les tensions composées à la sortie de l’onduleur ainsi

pour la première de ces tensions.

1 2

1 2

1 2

1 2

( ) ( ) .

0 t

.

0

A B A O B O

A B A O B O

A B A O B O

A B A O B O

V V V V V V E Si K fermé et K ouvert

V V V V V V Si K e K fermés

V V V V V V E Si K ouvert et K fermé

V V V V V V Si K et K

.ouverts

(1.2)

Son point neutre étant isolé, si le récepteur est équilibré on peut passer des tensions

composées aux tensions simples VA, VB, VC à la sortie de l’onduleur. Pour que, quelle que soit

leurs formes d’ondes, les trois courants IA, IB, IC aient une somme nulle, il faut que leurs trois

fondamentaux aient une somme nulle et qu’il en soit de même pour les divers harmoniques.

Si le récepteur est équilibré, si trois phases présentent la même impédance pour le

fondamental ainsi que pour les divers harmoniques, les produits impédances ‘Z’- courants,

c’est- dire les tensions ont une somme nulle pour les fondamentaux ainsi que les systèmes

harmoniques successifs, en ajoutant toutes ces sommes on obtient la somme nulle des trois

tensions. A cause de l’équilibre du récepteur: IA+IB+IC=0, entraîne

VA+VB+VC=0.

Donc on peut écrire :

1 1 2 1 1. . . . .

3 3 3 3 31

.3

A B C A A B C

A A B C A

V V V V V V V

V V V V V


9

Et

1 1.

3 3A A B C AV V V V V , de même

1 1. .

3 31 1

. .3 3

B B C A B

C C A B C

V V V V V

V V V V V

On obtient finalement :

1. 2.

31

. . 2.31

. . 2.3

A A O B O C O

B A O B O C O

C A O B O C O

V V V V V V V

V V V V V V V

V V V V V V V

(1.3)

Si VAO, VBO et VCO sont les tensions d’entrée de l’onduleur (valeur continues), alors VA,

VB et VC sont les tensions de sorties de cet onduleur (valeurs alternatives), par conséquent

l’onduleur de tension peut être modélisé par une matrice [T] assurant le passage continu -

alternatif (DC-AC).

On aura alors ;

.AC DCV T V (1.4)

Avec :

TAC A B CV V V V : Tension alternatif équilibrée ;

TDC AO BO COV V V V : Tension continue.

1

i 1,2,3 (commutation supposées idéales)

0

iSou(excluif)

2 1 1

1T . 1 2 1

31 1 2

(1.5)

Ainsi l’onduleur est modélisé par cette matrice de transfert [T].


10

1.4 COMMANDE PAR SIGNAUX CARRES

1.4.1 Commande adjacente

Cette commande à générer deux signaux carrés de rapport cyclique égale (0.5) pour la

commande alternée des deux interrupteurs simultanément k1.K4 et k2.k3 figure (1.10).

La forme de la tension de sortie de cette technique pour les deux types de charge est

donnée par la figure (1.11). Pour une charge résistive, la tension de sortie est donnée par le

système suivant :

0

2s

U siU

U si

(1.6)

Avec .t

Puisque la tension de sortie et antisymétrique, donc en peut les décomposé en série de

Fourier en terme de )sin( n

00( ) cos( sin( )

2s n n i

aU a n b n (1.7)

Cette technique ne permet pas d’agir sur la valeur efficace et l’amplitude de terme

fondamental de la tension de sortie. La présence des harmoniques d’ordre inférieur influent

sur la tension de sortie, ce qui nécessite un filtrage de ces harmoniques (inconvénient majeur).

k1 Us k3

k2 k4

Figure 1.10 Onduleur monophasé.


11

1.4.2 Commande décalée

Le but de cette commande est de fermer ou d’ouvrir les interrupteurs (k1, k4) et (k2, k3),

simultanément mais avec un certain temps de décalage dT . Donc elle permet d’agir sur la

valeur efficace et sur l’amplitude fondamentale de la tension de sortie. Cette technique

présente des pertes importantes à cause de l’existence de circuit de filtrage.

1.5 COMMANDE EN ONDE EN MARGE D'ESCALIER

L’idée de base est de synthétiser une onde sinusoïdale à l’aide un ’échelon en effectuant

des combinaisons séries des sources continues identiques. On obtient donc une onde

synthétise analogue à celle de la figure (1.12.a) pour obtenir la courbe présentée par la figure

(1.12.b), il nécessite d’utiliser quatre commutateurs montés en pont.

Figure 1.11 Signaux de commande de tension de sortie pour une commande adjacente.

K1 K4

2 2K 3K

U

Charge résistive

Charge inductive

si

Figure1.12 Commande en onde en marge d’escalier


12

1.6 COMMANDE PAR DECOUPAGE

Le problème du filtrage des harmonique est crucial, surtout pour ceux de faibles

fréquences, ces sont donc ces derniers qu’il faut éliminer et ceci au niveau de la génération de

signal et son après en effet ce problème est résolu en découpant le signal carré

convenablement par une décomposition en série de Fourier, figure (1.13). La tension de sortie

pour (n) impaire est donnée par:

( 1)

2

0

( ) ( 1) 2 sin( )n n

s ni

U V

(1.8)

Avec :

2 2 cos sin2 2

sn

U nk nkV

n

(1.9)

Ce type de découpage ne permet pas de supprimer simultanément les composantes de

fréquence f3 et f5 . Le résidu d’harmonique est donnée par :

12

2

8 1( ) cos cos .

2 2 ( )n

n n

(1.10)

Cette technique apporte une amélioration à la qualité de l’énergie produite par

l’onduleur par une diminution du taux d’harmonique de l’onde de sortie, la tension de sortie

peut être contrôlée en jouant sur le rapport cyclique des impulsions de commande.

L’inconvénient de cette technique réside dans l’augmentation de la fréquence de commutation

qui conduire à des pertes de commutation importantes si les comportant ne sont pas choisi en

conséquence.

U

Figure 1.13 Signal de la commande par découpage.


13

1.7 COMMANDE PAR MODULATION DE LARGEUR D’IMPULSION

La modulation de largeur d’impulsion (en anglo-saxon pulse width modulation) consiste

à adapter une fréquence de commutation supérieure à la fréquence des grandeurs de sortie et à

former chaque alternance d’une tension de sortie d’une succession de créneaux de largeurs

convenables. Cette technique peut être considéré comme une extension du principe de la

commande par découpage ou la durée des impulsions n’est plus régulière mais choisie de

façon à supprimer le maximum d’harmoniques de rangs faibles difficiles à filtrer.

1.7.1 Principe de base de MLI

Le principe de base de la modulation de largeur d’impulsion est sur le découpage d’une

pleine onde rectangulaire. Ainsi la tension de sortie de l’onduleur est formée par une

succession de créneaux d’amplitude égale à la tension d’alimentation (continue) et de largeur

variable. La technique la plus répandue pour la reproduction d’un signal MLI est de comparer

un signal triangulaire appelé porteuse de haute fréquence à un signal de référence appelé

modulatrice et qui constitue l’énergie du signal recueil à la sortie de l’onduleur, figure (1.14).

1.7.2 Caractéristiques de la modulation

La technique de la MLI se caractérise par deux grandeurs :

Le coefficient de réglage : qui est défini comme étant le rapport de l’amplitude de l’onde

modulante à celle de l’onde porteuse. Il permet de déterminer l'amplitude du fondamental

de l'onde de modulation de largeur d'impulsion :

p

mR V

VM (1.11)

Comparateur

Porteuse

ModulatriceVers l'interrupteur

Figure 1.14 Schéma synoptique de la M.L.I


14

L’indice de modulation : Il est défini comme étant le rapport de la fréquence de l'onde

porteuse à celle de l'onde modulante :

m

pI f

fM (1.12)

1.7.3 Différente technique de modulation en MLI

Le principe de base pour la comparaison des deux ondes est un amplificateur

fonctionnant en comparateur, le chargement d’état du comparateur est obtenu après chaque

intersection des deux ondes, d’où à la sortie on obtient un créneaux d’impulsion de largeur

variables pour cela on distingue deux procédés pour l’obtention des ondes modulés :

Fonctionnement en boucle ouverte ;

Fonctionnement en boucle fermée.

a. Modulation en boucle ouverte

Le fonctionnement en boucle ouverte est caractérisé par deux types de modulation :

Modulation naturelle et la modulation régulière (uniforme).

b. Modulation d’échantillonnage naturelle

L’échantillonnage naturel est un processus de sélection naturel des points

échantillonnés. Le temps d’échantillonnage coricide avec le temps d’apparences des largeurs

d’impulsions modulés. L’échantillonnage naturel comporte : L’échantillonnage naturel à un

seul front, figure (1.15) et l’échantillonnage naturel à deux fronts, figure (1.16).

Dans le premier cas l’impulsion modulée est échantillonnée par un seul coté, tandis que

dans le deuxième cas, l’impulsion modulée par les deux cotés. L’influence du nombre

l’impulsion concernant L’échantillonnage à doubles fronts, est l’amélioration du spectre

d’harmonique.

0

0

+1

-1

+Vdc

-Vdc /2

Modulatrice

Porteuse

Figure 1.15 Technique d’échantillonnage

naturel à un seul front


15

c. Modulation d’échantillonnage régulier

On appelle ce processus (d’échantillonnage régulier) car ces échantillons ont un espace

de temps régulier ou uniforme. Dans ce mode l’intervalle entre deux points échantillonnés

successif est constant ; ainsi que l’amplitude du signal modulé reste constante dans tout

l’intervalle il existe deux types d’échantillonnage régulier : Echantillonnage régulier

symétrique et échantillonnage régulier asymétrique.

- Echantillonnage régulier symétrique

Dans ce cas, les fronts de commutation sont déterminés par l’intersection de l’onde

porteuse avec l’onde modulatrice, figure (1.17).

Modulatrice Porteuse

0

+1

-1

+Vdc /2

0

-Vdc /2

Figure 1.16 Technique d'échantillonnage à deux fronts

0

0

+1

-1

+Vdc /2

-Vdc /2

Référence

Figure 1.17 Echantillonnage régulier symétrique


16

- Echantillonnage régulier asymétrique

La technique d’échantillonnage régulier asymétrique au même principe que la

technique d’échantillonnage régulier symétrique sauf que l’onde en marge d’escalier est

échantillonnée deux fois par cycle de l’onde porteuse, figure (1.18).

d. Modulation en boucle fermée

On a deux types modulation :

- Modulation aléatoire, figure (1.19).

- Modulation synchronisée, figure (1.20).

Dans le premier cas, elle consiste à commander les interrupteurs avec le signal résultant

à la sortie du détecteur de seuil, tandis que le deuxième cas elle à le même principe que le

premier mais les interrupteurs sont commandés par un signal de sortie d’une bascule de type

(D) commandé par une horloge et montée en cascade avec le comparateur assurant ainsi une

meilleure cohérence des basculements de commande des interrupteurs

.

)(sU

Figure 1.19 Comparaison aléatoire

0

0

+1

-1

+Vdc /2

-Vdc /2

Référence

Figure 1.18 Echantillonnage régulier asymétrique

+

- Signal MLIOnde porteuse

Onde de référence


17

1.8 LES DIFFERENTES POSSIBILITES DE LA GENERATION DES SIGNAUX MLI

Pour obtenir des signaux MLI il existe trois techniques sont :

- Technique analogique

- Technique digitale

- Technique hybride

1.8.1 Technique analogique

Parmi ces techniques, on trouve la M.L.I. bipolaire et unipolaire, figure (1.21) et (1.22),

et qui consiste à comparer un signal triangulaire "onde porteuse", avec un signal sinusoïdal

"onde modulatrice". Par exemple dans un onduleur triphasé le circuit exige trois modulations

qui forment le système triphasé équilibré avec amplitude et fréquence variable.

Signal

H

U

Figure 1.20 Comparaison synchronisée

Niveau -1-

Modulatrice

PorteuseUE

US

Niveau -2-

t

tNiveau -3-

0

0

Figure 1.21 M.L.I unipolaire

Signal MLI

B

+-

E

H

Onde porteuse

Onde de référence


18

1.8.2 Technique digitale

Dés l'arrivée des microprocesseurs, l'implantation des circuits d'onde M.L.I a reçu une

considérable attention, une façon de classer les exemples existants des circuits M.L.I digitaux

et déterminer leur proportionnalité HARDWARE et SOFTWARE. Parmi les réalisations qui

ont un HARDWARE relativement complet est l'implantation à base du circuit intégré. Dans

ce dernier la modulation est réalisée à l'aide des comparateurs pour les hacheurs, de trois

comparateurs et un décodeur pour les onduleurs. D'autres implantations à base de

microprocesseurs sont proposées dans lesquels la solution est en faveur du SOFTWARE, à

l'aide de ce dernier on élabore des programmes pour la génération des signaux de commande

et aussi le contrôle, figure (1.23).

1.8.3 Technique hybride

Ces techniques sont basées sur l’emploi des combinaisons de circuits analogiques et

digitaux, durant la période de transition de la technique analogique à la technique digitale. Le

principe de cette technique est de comparer deux signaux dont l'un est triangulaire par

exemple généré par un ordinateur, et l'autre sinusoïdale (cas d'un onduleur) par un circuit

analogique, figure (1.24).

SOFTWARE 0t

Figure 1.23 Technique digitale

Modulatrice Porteuse

U

US

Niveau -2-

t

t

Niveau -1-

0

0

Figure 1.22 M.L.I bipolaire


19

SOFTWARE

0 t

CIRCUITANALOGIQUE

+

-

1.9 CONCLUSION

Dans ce chapitre, nous avons présenté les différents types des onduleurs et leurs

applications ainsi que la modélisation du fonctionnement de ce dernier. Les critères de choix

des interrupteurs commandés pour un onduleur se fait selon la puissance à commander, la

fréquence de fonctionnement et la possibilité de commande.

Nous avons utilisé deux techniques de commande, une commande par signaux carrés, et une

commande MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion)

Le chapitre suivant est réservé à l’application de différent stratégies de commande: la MLI

sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie.

Figure 1.24 Technique hybride.

PorteusePorteuse

Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion

20

2.1 INTRODUCTION

Les onduleurs de tension peuvent être pilotés suivant plusieurs stratégies. A fréquence

élevée, ils sont pilotés en modulation de largeur d’impulsion. Cette stratégie permet de régler à la

fois l’amplitude et la fréquence en gardant la source continue constante (pont à diode). Afin de

produire une tension de sortie proche de la sinusoïde, différentes stratégies de commande ont été

proposées par différents auteurs. Nous étudierons dans ce chapitre deux stratégies de

commandes : la MLI sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie, ces deux stratégies seront basées

sur la bande de réglage et le taux d’harmonique des tensions de sorties.[8]

2.2 COMMANDE SINUS-TRIANGLE

2.2.1 Principe de base

La modulation de largeur d’impulsion sinus triangle est réalisée par comparaison d’une

bonde modulante basse fréquence (tension de référence) à une onde porteuse haute fréquence de

forme triangulaire. Les instants de commutation sont déterminés par les points d’intersection

entre la porteuse et la modulante, la fréquence de commutation des interrupteurs est fixée par la

porteuse. En triphasé, trois références sinusoïdale déphasées de 2π/3 à la même fréquence fs.

Comme la sortie de l’onduleur de tension n’est pas purement sinusoïdale, l’intensité de courant

ne l’est pas aussi, donc elle comporte des harmoniques, seuls responsables des parasites

(pulsation de couple électromagnétique) ce qui engendre des pertes supplémentaires. Cette -MLI-

sert à remédier ces problèmes et elle à comme avantages [8] :

Variation de la fréquence de la tension de sortie,

Elle repousse les harmoniques vers des fréquences plus élevées.

D’autre part les conséquences de ces deux avantages sont :

- Minimisation de la distorsion du courant,

- Faible coût du filtre de sortie.


21

Le principe de cette stratégie peut être résumé par l’algorithme suivant :

( ) 0r pU U S t

Si non S t

(2.1)

Avec :

Ur : tension référence, Up : tension porteuse et S(t) : le signal MLI résultant.

Figure 2.1 Principe de la commande sinusoïdale

Algorithme de commande

Génération de l’onde de référence

Génération de la porteuse

Production dusignal MLI

Figure 2.2 Illustration de la MLI Sinus triangle trianglesinusoïdale


22

2.2.2 Propriétés

Cette technique est caractérisée par deux paramètres [8] :

- L’indice de modulation ’m’ qui est l’image du rapport de fréquences de la porteuse fp

sur la référence fref

pf Trefm

fref Tp

(2.2)

- Le taux de la modulation (le coefficient de réglage en tension) ‘‘r’’ qui est l’image du

rapport des amplitudes de tension de la référence Vm ref sur la porteuse Vm p .

mref

mp

V

V

(2.3)

2.2.3 Tensions de référence

Les tensions de référence de l’onduleur triphasé permettent de générer un système de

tension triphasé équilibré directe sont [8]:

1

2

3

sin( )2

2sin( )

2 34

sin( )2 3

ref

ref

ref

EV wt

EV wt

EV wt

(2.4)

2.2.4 Le schéma bloc de la commande sinus-triangle (MLI_ST)

Le schéma fonctionnel de la figure (2.3) montre le principe de la commande sinus-triangle.


23

Figure 2.3 Schéma fonctionnel de la commande sinus-triangle.

La forme de tension et de courant de sortie de l’onduleur de tension triphasée pour une

charge RLC est représentée par les figures suivantes :

Figure 2.4 Les courants de lignes d’un onduleur à MLI.


24

Figure 2.5 Les tensions de lignes d’un onduleur à MLI.

Figure 2.6 Les tensions de lignes et leur fondamentale d’un onduleur à MLI.


25

Figure 2.7 Les tensions fondamentales d’un onduleur à MLI.

Figure 2.8 Formes d'onde de simulation. Tension de phase, courant de ligneEt les tensions fondamentales d’un onduleur.


26

Figure 2.9 Illustration de MLI Dents de Scie.

On dit que la technique à MLI sinus-triangle produit un déchet de tension. Ce déchet

devient plus important, si on retarde les signaux de commande durant l’ouverture et la fermeture

des interrupteurs pour éviter les courts-circuits de l’onduleur.

2.3 COMMANDE SINUS-DENT DE SCIE

La MLI sinus dents de scie est facilement réalisable par rapport aux autres types de MLI.

Cependant, elle présente quelques défauts, notamment, chaque bras d’onduleur commute en

même temps sur les trois phases (deux fois par période de découpage) et génère ainsi des

ondulations de couple plus importantes que l’autre modulation de largeur d’impulsion. D’autre

type de MLI, plus complexe, peuvent intégrer une composante homopolaire (harmonique de rang

trois) pour améliorer le rendement de l’onduleur. La figure (2.9) représente la forme de la MLI

dite sinus-dents de Scie.

2.3.1 Le schéma bloc de la commande sinus-dent de scie (MLI_SD)

Le schéma fonctionnel de la figure (2.10) montre le principe de la commande sinus Dent

de Scie.

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Temps (s)

A2

(V)


27

Figure 2.10 Schéma fonctionnel de la commande sinus-Dent de scie.

La forme de tension et de courant de sortie de l’onduleur de tension triphasée pour une

charge RLC est représentée par les figures suivantes :



28




29


Figure 2.15 Formes d'onde de simulation. Tension de phase, courant de ligneEt les tensions fondamentales d’un onduleur.


30

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

2

4

6

8

10

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant sans onduleur de tension

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant pour fd = 0.5 KHz

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant pour fd = 0.5 KHz

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant pour fd = 1 KHz

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)


MLI_ST

MLI_ST

MLI_SD

MLI_SD


31

2.4 CONCLUSION

Ce chapitre a été consacré à l’élaboration des modèles des différentes stratégies de

commande MLI sinus-triangle et la commande sinus-dents de scie.

nous avons procédé à simuler les modèles de MLI avec une comparaison entre les

comportements sans et avec onduleur à MLI sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie, pour

différentes fréquences, L’étude de l’analyse spectrale montre que les spectres des courants sont

très proches avec ces deux stratégies. Le spectre de la MLI sinus-triangle est légèrement moins

riche que celui de la MLI sinus-dents de scie.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)


0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)


Figure 2.16 Comparaison entre les comportements sans et avec onduleur à MLIST/MLISD, pour différentes fréquences « FFT du courant ».

MLI_ST MLI_SD

Chapitre Trois MLI Vectorielle

32

3.1 INTRODUCTION

La commande souvent adaptée aux convertisseurs statiques est la stratégie MLI.

Plusieurs méthodes ont été développées avec l’objectif de générer à la sortie de l’onduleur une

tension sinusoïdale ayant le moins d’harmonique possible. Pour l’onduleur de notre système

de commande nous utilisons la technique de la modulation vectorielle. Le principe de cette

méthode est la détermination des portions de temps (durée de modulation) qui doivent être

allouées à chaque vecteur de tension durant la période d’échantillonnage. Cette commande

rapprochée (SVM) permet de déterminer les séquences des allumages et des extinctions des

composants du convertisseur et de minimiser les harmoniques des tensions appliquées au

moteur.

3.2 LA TECHNIQUE DE MODULATION VECTORIELLE

La technique de modulation vectorielle (SVM) consiste à reconstituer le vecteur tension

de référence sV

pendant une période d’échantillonnage par les vecteurs tensions

adjacentes )5,.....,0(,,, 071 iVVVV ii

, correspondant aux huit états possibles de l’onduleur.

E/2

E/2

N' SA SB SC

VCN

MAS

VBN

VAN

N

Figure 3.1 Schéma équivalent de l'onduleur de tension (VSI)

0V

1V

2V

sV

sV

4V

5V

6V

1

2

3

4

5

6

Figure 3.2 Vecteur d’espace sV

de l’onduleur de tension


33

La symétrie du système triphasé, nous permet de réduire l'étude au cas général d'un

secteur de 60 degrés. On se place alors dans le cas ou le vecteur de référence sV

est situé

dans le secteur 1. Dans ce cas, la tension de référence sV

dans le repère est reconstituée en

faisant une moyenne temporelle des tensions 1 2 0 7, ,V V V et V

figure (3.3).

Après, il suffit de déterminer la position du vecteur de référence sV

dans le repère ,

et le secteur i dans lequel il se trouve. Pour une fréquence de commutation sT suffisamment

élevée le vecteur d'espace de référence sV

est considéré constant pendant un cycle de

commutation .Tenant compte que 1V

et 2V

sont constants et 070 VV

, il s'en suit pour un

cycle de commutation:

7 1 1 2 2 0 0 0 7sT V T V T V T V T V

(3.1)

Avec:

1T : Temps alloué au vecteur 1V

2T : Temps alloué au vecteur 2V

0T : Temps partagé entre les 2 vecteurs nuls 70 VetV

La résolution de cette équation, après décomposition sur les deux axes du plan

complexe ),( donne :

1

2

0 1 2

2sin( )

32

sin( )3

1( )

2

ss

ss

s

VT T

EV

T TE

T T T T

(3.2)

Avec: 3

0

sV

11V

1V

2V

22V

Figure 3.3 Principe de construction du vecteur de tension sV


34

La valeur efficace maximale correspond au cas où 2

sV

atteint le cercle inscrit à

l'hexagone (tracé en rouge) et de rayon3 2

2 3 2E

r E . Si en compare à la MLI à

intersection, la tension phase neutre maximale possible est 2 2

EV et la tension entre

phase sera 3

2 2E

U . Le rapport entre les deux types de MLI sera donc :

2

1.1547sec 3

MLI VectorielleMLI à Inter tion

Pour équilibrer les commandes. Ainsi on réduit au minimum le nombre de

commutations réalisées pour chaque composant, ce qui encore un autre avantage de la MLI

vectorielle. Chaque zone (1 à 6) impose un ordre précis de conduction des interrupteurs de

l’onduleur. On doit avoir une impulsion unique et centrée sur l'intervalle permet un écart

minimum par rapport au cercle de référence déterminé par la succession des Vecteurs iV

,

une diminution de la non linéarité due à la forme de l’impulsion et une diminution du taux

d’harmonique. Sur la figure (3.4), on observe deux combinaisons possibles pour le centrage

de l’impulsion lorsque le vecteur de commande est placé dans la zone 1 et 3 limitée

respectivement par l’ensemble des vecteurs de tension 1 2,V V

et 3 4,V V

.

Figure 3.4 Séquence des vecteurs 1 2,V V

et 3 4,V V

.


35

Le calcule des largeurs d’impulsion est donné par le système suivant :

1 1 1 1 1

2 2 2 1 2

3 3 3 1 3

1/2 T1/2 T1/2 T

i i

i i

i i

C C

C CC C

(3.3)

3.3 METHODE DE DETERMINATION DES SECTEURS

Le secteur est généralement déterminé par l’angle ou ( / )arctg V V . Dans ce

travail le secteur est déterminé par une méthode simple basée sur les tensions V , V la

détermination est faite comme dans le tableau (3.1), ou A2 est le signe de V et A1 est le signe

de V . On note que A2 égale à 0 si V est négative sinon A2 égale à 1. A1 égale à 0 si V est

négatif sinon A1 égale à 1. A0 égale à 1 si la valeur absolue du rapport )V/V( est

supérieure ou égale à (tan 60 1.732) autrement A0 égale à 0. Cette méthode pour la

détermination du secteur pour la DTC.

Secteur I

30

Secteur II

3

2

3

Secteur III

3

2

)sin(E

V

T

T s

s

3

211 )sin(

E

V

T

T s

s

3

211 )sin(

E

V

T

T s

s

3

211

)sin(E

V

T

T s

s

22

2 )sin(E

V

T

T s

s

22

2 )sin(E

V

T

T s

s

22

2

2

21

1

00 2T

)TT(T

T

T s

2

21

1

00 2T

)TT(T

T

T s

2

21

1

00 2T

)TT(T

T

T s

Secteur IV

3

4

Secteur V

3

5

3

4 Secteur VI

23

5

)sin(E

V

T

T s

s

3

211 )sin(

E

V

T

T s

s

3

211 )sin(

E

V

T

T s

s

3

211

)sin(E

V

T

T s

s

22

2 )sin(E

V

T

T s

s

22

2 )sin(E

V

T

T s

s

22

2

2

21

1

00 2T

)TT(T

T

T s

2

21

1

00 2T

)TT(T

T

T s

2

21

1

00 2T

)TT(T

T

T s

A2 A1 A0 Secteur

Tableau 3.1 Durée des états des commutateurs dans chaque secteur


36

3.4 ETUDE DE SIMULATION

Le schéma de simulation du modèle établi précédemment dans l’environnement

MATLAB/SIMULINK est donné par la figure (3.5).

3.4.1 MLI Vectorielle sous Simulink

Les étapes de la réalisation des blocs du SVM sous Simulink sont :

- Détermination des tensions de référence V et V , ainsi que les secteurs i ;

- Calcule de T1, T2, T0 liée pour chaque secteur et les largeurs d’impulsion τ0,τ1,τ2 ;

- Génération des séries d’impulsion SA,SB,SC

La figure (3.10) illustre les différents blocs réalisés :

0 0 0 5

0 0 1 4

0 1 0 6

0 1 1 1

1 0 0 3

1 0 1 4

1 1 0 2

1 1 1 1

Tableau 3.2 Détermination du secteur

Figure 3.5 Schéma bloc de la SVM

Tsvm

220

u

0.5e-3

50

fs

secteur

T1

T2

T0

T sv m

Sa

Sb

Sc

Sa/b/c

U

f s

T SVM

secteur

T1

T2

T0

T0/T1/T2

4

T0

3

T2

2

T1

1

secteur

500

Valf a

Vbeta

Secteur

teta

Valf a

Vbeta

iden de secteur

Va

Vb

Vc

Valf a

Vbeta

abc/alfa-beta

secteur

teta

Vralf a

Vrbeta

Ucc

Tsv m

T1

T2

T0

T1/2/0

V

f s

Va

Vb

Vc

Source

3

T SVM

2

fs

1

V

3

Sc

2

Sb

1

Sa

secteur

T1

T2

T0

tau1

tau2

tau0

tps de conduction

tau1

tau2

tau0

TPWM

T

Sa

Sb

Sc

Sequencesdes interrupteurs

Clock

5

T svm

4

T0

3

T2

2

T1

1

secteur


37

a- Détermination des tensions de références VV , et l’angle .

À partir de figure (3.6) le Vd, le Vq, le Vref, et l'angle peuvent être déterminés comme

suite :

(3.4)

c

a

b

dV

qV

q

refV

Figure 3.6 Vecteur de l'espace de tension et ses composants dans (d, q).

Figure 3.7 Forme de tension de références VV ,

an

2 2

1

1 1cos60 cos60 V

2 23 30 cos 30 cos 30 0

2 2

1 112 2 203 3 3

2 2

tan 2 ,

d an bn cn bn cn

q bn cn bn cn

and

bn d qrefq

cn

d

q

V V V V V V

V V V V V

VV

V V VV

V

Vt ft

V

V

ou : fréquence fondamentale.f


38

b- Déterminer les durées T 1, T 2 et T 0 de temps

À partir de la figure (3.8), la durée de temps de commutation peut être calculée comme

suit :

- Durée de temps de commutation au secteur 1

1 1 2

1 1 2

1 2 0 1 2Z 20 0

Z 1 2

; T . ( 1. . )

1cos( ) cos( /3)2 2 T . . . . . . . .

0sin( ) sin( /3)3 3 (0

Z ZT T T T T

ref ref

T T T

ref dc dc

V V dt V dt V V T V T V

V T V T V

1 2

0 1 2 Z

60 )sin( /3 ) sin( )

T . . ; T . . sin( /3) sin( /3)

V1 T ( ) ou T et a 2

3

Z Z

ref

ZZ

dc

T a T a

T T Tf V

- Durée de temps de commutation à tout secteur

1

2

3. . 3. .1sin sin

3 3 3

3. . sin cos cos sin

3 3

3. . 3. .1 1 1sin cos .sin sin .cos

3 3 3

ref refZ Z

dc dc

refZ

dc

ref refZ Z

dc dc

T V T Vn nT

V V

T V n nV

T V T Vn n nT

V V

0 1 2 , ou n 1 jusqu'à 6 (c'est-à-dire, Secteur 1 à 6) ZT T T T

1V

2V

refV

11 V

T

T

Z

22 V

T

T

Z

0

Figure 3.8 Vecteur de référence comme combinaison des vecteurs adjacents secteur 1.


39

c- Déterminer la période de commutation de chaque transistor (S1 à S6)

La Figure (3.9) montre des modèles de commutation du vecteur PWM de l'espace à

chaque secteur. (a) Secteur 1. (b) Secteur 2.

0V3V7V2V0V

20T

20T

20T

1T1T 2T2T 20T

ZT ZT

1S

2S

3S

4S

5S

6S

0V1V2V7V7V2V1V0V

(a) Secteur 1

1S

2S

3S

4S

5S

6S

2V7V3V

20T

20T

20T

1T1T 2T2T 20T

ZT ZT

(b) Secteur 2

1S

3S

4S

2S

6S

0V3V4V7V7V0V 3V 4V

5S

3S

4S

2S

6S

0V5V4V7V7V0V 5V 4V

5S

1S

20T

20T

20T

1T1T 2T2T 20T

ZT ZT

20T

20T

20T

1T1T 2T2T 20T

ZT ZT

(c) Secteur 3 (d) Secteur 4


40

3.4.2 Résultats de simulation

Les graphes ci-dessous sont les résultats de simulation du modèle de l’onduleur triphasé

commandé par MLI vectorielle

Figure 3.9 modèles de commutation du vecteur PWM de l'espace à chaque secteur.


1S

3S

4S

2S

6S

0V5V6V7V7V0V 5V 6V

5S

1S

3S

4S

2S

6S

0V1V6V7V7V0V 1V 6V

5S

20T

20T

20T

1T1T 2T2T 20T

ZT ZT

20T

20T

20T

1T1T 2T2T 20T

ZT ZT

(e) Secteur 5 (e) Secteur 6


41




42


Figure 3.14 Formes d'onde de simulation. Tension de phase, courant de ligne et les tensions fondamentales d’un onduleur.


43

La figure (3.15) représente l’évolution des courants statoriques avec une analyse

spectrale (FFT). Cette analyse permet d’expliquer que la variation des fréquences de

commutation permet d’éliminer ou bien de minimiser les harmoniques d’ordre faible (les

fréquences autour de la fréquence du fondamentale 50Hz) au niveau du courant statorique.

Une simple comparaison avec les deux stratégies citées au chapitre président, on constate que

le spectre harmonique typique des MLI à fréquence de commutation constante présente des

raies d'amplitude importante autour de cette fréquence et de ses multiples. Ceci entraîne des

problèmes de bruit acoustique, pouvant être amplifié par des phénomènes de résonances

mécaniques.

En remarque que l’amplitude des harmoniques d’ordre faible est important ce qui

provoque une augmentation du taux d’harmonique THD. On peut constater que l’amplitude

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 0.5 KHz

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

7

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 1 KHz

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

1

2

3

4

5

6

frequence (Hz)

Cou

rant

Sta

toriq

ue (

A)

Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 2 KHz

Figure 3.15 Analyse spectrale du comportement d’un onduleur à SVM pour différentes fréquences « FFT du courant ».


44

des courants obtenus par le contrôle MLI_ST (MLI_SD) est très grand par rapport au celle du

contrôle SVM cette différence due essentiellement au harmoniques généré par l’onduleur

surtout d’ordre faible ainsi la composante continu qui influe sur l’équilibre des courants

triphasée. L’analyse spectrale permet d’expliqué l’utilité du contrôle SVM qui permet

d’éliminé la composante continu et minimisé l’effet des harmoniques d’ordre faible. Sans

oublier de dire que la SVM permet d’avoir des courant sinusoïdale pour les mêmes fréquences

utilisées par la technique MLI_ST ou MLI_SD.

3.5 CONCLUSION

Dans ce chapitre on a présenté une étude théorique concernant la stratégie de la

modulation de la largeur d’impulsion vectorielle.

Au début de ce chapitre on a commencé par présenter la technique de modulation

vectorielle (SVM) puis nous avons entamé le principe de construction du vecteur de tension

sV

et les durées des états des commutateurs dans chaque secteur, on constate d’après la

simulation et l'analyse spectrale du comportement d’un onduleur à SVM pour différentes

fréquences que la variation des fréquences de commutation permet d’éliminer ou bien de

minimiser les harmoniques d’ordre faible (les fréquences autour de la fréquence du

fondamentale 50Hz) au niveau du courant statorique.

Finalement, On fait une simple comparaison avec les deux stratégies citées au chapitre

précédent, on constate que le spectre harmonique typique des MLI à fréquence de

commutation constante présente des raies d'amplitude importante autour de cette fréquence et

de ses multiples.

Conclusion générale

45

Conclusion générale

Le travail présenté dans ce mémoire s’est porté sur l’étude des onduleurs de tensions en

pont triphasé commandé par MLI.

Les objectifs exposés étaient en premier point: la représentation des différents types des

onduleurs et leurs applications, ainsi que leurs modélisation de fonctionnement. tout en

montrant leur principe pour différentes commandes (commande par signaux carrées et

commande par MLI).

Et en deuxième point le travail consistait à choisir parmi les stratégies disponibles de

régler à la fois l’amplitude et la fréquence en gardant la source continue constante (pont à

diode). Ils sont basés sur la bande de réglage et le taux d’harmonique des tensions de sorties.

En dernier point nous avons exposés une étude comparative entre ces différentes stratégies.

Les résultats de simulation obtenus, sont très satisfaisants et s’adaptent avec le

fonctionnement de l’onduleur de tension en pont triphasé,suivant le type de commande

appliquée.

Pour la suite de ce travail, nous proposons l’application des onduleurs de tensios

commandés par MLI :

- aux convertisseurs statiques triphasés, fonctionnant en régime transitoire,

- pour l’étude des associations convertisseurs statiques-machines à courant alternatif (cas de

l’association onduleur - moteur asynchrone), avec d’autres techniques de commande afin

d’améliorer leurs performances.

Bibliographie

47

Bibliographie

[1] A.Chouder , A. Malek et F. Krim , Modèle de Simulation d’une Commande en Temps

Réel d’un Onduleur de Tension Triphasé; Laboratoire Photovoltaïque, Centre de

Développement des Energies Renouvelables.Laboratoire d’Electronique de Puissance,

Université Ferhat Abbas, Sétif, 1999.

[2] Mémoire « Etude et réalisation d’une carte de commande MLI pour un onduleur

Monophasé », Département d’électrotechnique, Université d’Oum El Bouaghi, Algérie, 2001.

[3] Mr Bouakaze, « Contribution à l’analyse des onduleurs multi niveaux ».Thèse de

Magistère ; Université de Batna ; 2005

[4] Mr Lamine Kisran, «Commande non linéaire de la machine à induction aspect

Expérimentale ».Thèse de magistère ; Université de Batna.

[5] G. Pinson, Physique appliquée : Onduleurs.

[6] Francis MILSANT, Electrotechnique, Electronique de puissance : Cours et problèmes.

Ellipses, 1993.

[7] S. Bendaikha & A. Djermane, Etude sur la commande des onduleurs en pont triphasés,

Mémoire d’ingénieur, Centre Universitaire d’’Oum El-Bouaghi, 2005.

[8] Mr C.Said, «Etude des stratégies de commande de l'onduleur», mémoire d’ingénieur ;

université de Beskra ; 2008

Annexe

46

%FFT d'un SignalTs =1e-5;X = [X1];NX = length(x);% figure (1); plot(x);Fs = 1/Ts;tf = fft(X,NX) /NX ; U= (0:NX-1)/NX*Fs;fmax = 2000;% pour l'affichageff =find (U<=fmax);nf =U (ff);% figure (2); stem (nf, abs (tf (ff)));figure (2);plot (nf,abs(tf(ff)));xlabel ('fréquence (Hz)');ylabel ('Courant Statorique (A)');title ('Spectre harmonique de courant sans onduleur de tension');% title ('Spectre harmonique de courant avec onduleur à SVM pour fd = 0.5 KHz');% title ('Spectre harmonique de courant avec onduleur à SVM pour fd = 1 KHz');% title ('Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 2 KHz');grid;

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