Variation à ase d’onduleur · c- Redresseur à diodes + Onduleur à MLI. M. Khafallah/EEP210/MAS...

Variation à base d’onduleur

M. Khafallah/EEP210/MAS 2

p

fN s

s

L’action sur la fréquence, modifie la vitesse de synchronisme ainsi que le point defonctionnement.

Loi de commande V/f :

Tr

P1P2P3

Ns1

f1

Ns2

f2<f1

Ns3

f3<f2Tem

Ns

Pour une bonne maîtrise d’un processusd’entraînement, on cherche à conserver uncouple moteur maximal constant. Auvoisinage de la vitesse du synchronismel’expression du couple maximal Tmax s’écrit :

f

Vs est représentatif du flux magnétisant

2

s

2

s

2

2max

f

VK

f

V

L8

p3T

2s

2

s

max

L

1V

2

3T

p

f2s

avec :

f varie et on veut maintenir Tmax , il faut que Vs varie pour que : Cste

f

Vs

Fonctionnement à flux constant

Moteurs asynchrones en fréquence et tension variables

Variateur à base d’onduleur


On distingue plusieurs types de convertisseurs de fréquence dont le schéma synoptique resteidentique au schéma suivant :

MAS

Redresseur Filtrage Onduleur

Réseau

f = cste f = var

Schéma synoptique d’un convertisseur de fréquence

La fonction assurée par l’étage redresseur est de convertir de l’énergie alternative en énergie continue.

Convertisseurs de fréquence :



Le rôle du filtre est : soit de créer une source de tension continue (condensateur). soit de créer une source de courant continue (self).

L’onduleur permet de convertir l’énergie continue en énergie alternative à tension et fréquence variables sous forme d’un réseau triphasé.


Suivant le type d’alimentation, on distingue deux grandes catégories de convertisseurs defréquence :

1- Alimentation en tension :




a- Redresseur commandé + onduleur 180°




1- Alimentation en tension :


b- Redresseur à diodes + hacheur + onduleur 180°

c- Redresseur à diodes + Onduleur à MLI


2- Alimentation en courant :

On parle de commutateurs de courant ou onduleurs de courant où l’étage « redresseur-filtre » constitue une source de courant continu pour l’onduleur.


Variateur à base d’onduleurConvertisseurs de fréquence :

MAS

Commande 120°

fa VCircuit d’amorçage

Le commutateur de courant de type auto-séquentiel est le plus souvent utilisé à cause desa robustesse.


Constitué principalement de six interrupteurs de puissance

Onduleurs triphasés

E/2

VCN

Charge triphasé

eee

i3 i2

i1

C B

A

+

VD1

E

-

iE

iD5

D5 T5

iT5

iD4

D4 T4

iT4

iD1

D1 T1

iT1

iD6

T6

iT6

iD3

D3 T3

iT3

iD2

D2 T2

iT2

E/2

O

D6 N

VAO VBO

VCO

Onduleur triphasé de tension



T3 T5

T2T6 T6T4

T1

0° 120° 180° 240° 300° 360°

Commande 120° :

Dans une commande à 120° chaque transistor est commandé pendant 120°.





- E

0

0

0

0

0

iA

UAB

VCO

VBO

VAO

T5 T3 T1

t

t

t

t

t

E/2

-E/2

E/2

-E/2

E/2

-E/2

E

E/2R

- E/2R

T1

E/2

-E/2

T4 T2 T6 T2 T6

Formes d’ondes : Commande 120°cas d’une charge résistive

Commande 120° :


T/2

-E

0

0

0

0

0

UCA

UAB

VCO

T5T2

T3T6T3T6

T

t

t

t

t

t

E/2

-E/2

E/2

-E/2T

T/2

E/2

-E/2

E

T

E

-E

T/2 T

T5 T2

T/2

T1T4 T1

VAO

VBO

Formes d’onde : commande 180°cas d’une charge résistive


Moteurs asynchrones en fréquence et tension variablesVariateur à base d’onduleur

Commande 180° :

Chaque transistor est commandépendant 180°.


Le courant de charge est une onde quasi carrée, chaque thyristor conduit durant 120°.

T/2

0

0

0

ic

ib

ia

T6T4T2T6

T5T3T1

T

t

t

t

T

T/2 T

T1

T2

T/2

Onduleurs triphasés de courant


Pour un onduleur de courant ou commutateur de courant, la source continue impose uncourant constant.


Onduleurs à MLI :


La MLI ou PWM consiste à introduire des commutations supplémentaires àfréquence plus élevée que celle du fondamental, transformant la tension en unesuite de créneaux d’amplitude et de largeur variables.

Onduleur MAS

Commande MLI

TB

S

T

R

T4 Machine

Asynchrone

N

T1 T5

T2

C

E

Redresseur Filtrage Freinage Onduleur de tension (VSI)

RB

B

T3

T6

A

Schéma bloc d’un onduleur à MLI


Vp Vm

Principe de la MLI :

Onduleurs à MLI :


La commande à MLI présente une neutralisation efficace des harmoniquespermettant ainsi de se rapprocher du signal sinusoïdal désiré.


MLI sinusoïdale

1- MLI sinusoïdale naturelle

E/2

-E/2

1

t

t

Porteuse triangulaire Référence sinusoïdale

Te

t1 t2

2

T)]tsin()t[sin(V

E2

T)k( e

21me

Onduleurs à MLI :


Avantage :

Souplesse d’implantation

Inconvénients :

Maîtrise incomplète des harmoniques Implantation inadaptée en temps réel

Différentes techniques de modulation de largeur d’impulsion ont été développées aucours de ces dernières années. Deux variantes de commande ont eu beaucoupd’intérêt :

La modulation sinusoïdale (SPWM)

La modulation vectorielle (SVPWM)

Techniques de commande à MLI


2- MLI Sinusoïdale régulière

E/2

-E/2

1

t

t

Porteuse triangulaire Référence échantillonnée Référence sinusoïdale

Te

a- MLI Sinusoïdale régulière symétrique

e

ref T]E

)k,i(V

2

1[)k,i(

Onduleurs à MLI :


E/2

-E/2

1

t

t

Porteuse triangulaire Référence échantillonnée Référence sinusoïdale

Te

b- MLI Sinusoïdale régulière asymétrique

2

T]T)5.0ksin(kT[sinV

E2

T)k,i( e

tem

e

* Maîtrise des instants de commutation

* Facilement réalisable en temps réel

par microprocesseur

Avantages :


MLI vectorielle

Onduleurs à MLI :


Concept de vecteur d’espace

Dans l’étude des machines à courant alternatif, le concept de vecteur d’espace est très utileet est souvent utilisé. En effet, pour une machine asynchrone, il est judicieux dereprésenter les grandeurs triphasées (tensions, courants, flux, …) xa, xb et xc, dans un plancomplexe (a,), par un vecteur d’espace x(t) d’amplitude x et de position angulaire ,défini par :

)3

4tcos(Xx

)3

2tcos(Xx

)tcos(Xx

mc

mb

ma

Xm est l’amplitude de la composante fondamentale. Les composantes xa et x se calculent à l’aide de la transformation orthogonale de Concordia.

a

c

b

a

x

x

x

x

x

2

3

2

30

2

1

2

11

3

2


Concept de vecteur d’espace

b

a

)t(x

T

b ,x, 003

2

a

T

cx,,003

2

T

a ,,x 003

2

xb

xa xc a xa

x

)t(x

c

a jxx)x.ax.ax()t(x c

2

ba32

3

2j

ea

MLI vectorielle

Onduleurs à MLI :


MASN

A

BC

T1

T2

T3

T4

T5

T6

E/2

-E/2

))tcos(VV mAN

)3

2tcos(VV mBN

)3

4tcos(VV mCN

a ssCN

2

BNANs jVV)VaV a(V3

2V

Vecteurs d’espace d’un onduleur triphasé de tension


Ainsi, chaque état de commutationde l’onduleur est caractérisé par lesymbole [SA, SB, SC] dont les valeurssont "1" ou "0" suivant la connexiondes bornes SA, SB et SC de l'onduleurà la borne positive et à la bornenégative de la source de tensioncontinue (figure), ce qui détermineparfaitement les tensions de sortiede l’onduleur triphasé.

2

E

2

E

SA SB SC N

VAN

VCN

VBN

MAS 0

Onduleurs à MLI :


MLI vectorielle


Une analyse combinatoire de tous les états possibles des interrupteurs et uneapplication de la transformation triphasée/biphasée suivante :

permet de calculer les tensions Vsα et Vs correspondant :

Onduleurs à MLI :


MLI vectorielle


sont 2 vecteurs nuls0V

7V

et

Représentation du polygone de commutation

]101[ V6

]001[ V5

I

II

III

IV

V

a

VI

]100[V1

]110[ V2

]010[ V3

]011[ V4

c

b

a ]000[ V0

]111[ V7

sV

Ces huit états possibles du vecteur d’espace définissent les limites de 6 secteurs dans leplan complexe (α,). Six de ces huit configurations génèrent une tension de sortie nonnulle et sont connus comme vecteurs de commutation non nuls V1, V2, V3, V4, V5, V6 et lesdeux autres configurations génèrent une tension de sortie nulle et sont connus commevecteurs de commutation nuls V0 et V7.

Onduleurs à MLI :


MLI vectorielle


Reconstituer la tension de référence Vs , pendant une période d'échantillonnage Te parcombinaison des vecteurs tensions adjacents et des vecteur nuls pendant les intervalles detemps T1, T2 et T0.

Afin d'aboutir à des séquences optimales au niveau énergétique, conduisant auminimum d’harmoniques avec le minimum de commutations, la sélection d'ordre decommutation doit se faire avec inversion d’ordre des états sur une période d'échantillonnageTe. Dans ce cas, le passage d’un état du convertisseur au suivant se fait en commutantseulement un seul bras

Les huit vecteurs de tension, définis auparavant, correspondent à la tension statoriquequ’on pourrait avoir si les interrupteurs de l’onduleur restaient dans un état correspondantà un vecteur donné. Pour avoir une tension statorique quelconque, La MLI vectorielleconsiste à:

MLI vectorielleOnduleurs à MLI :


Technique de Modulation Vectorielle :



Par conséquent, la tension de référence Vs est reconstituée en faisant une moyenne

temporelle des tensions 0721 V te V,V, V

Après, il suffit de déterminer la position du vecteur de référence Vs et le secteur danslequel il se trouve.

La symétrie du système triphasé, permet de réduire l'analyse au cas général d'unsecteur de 60 degrés. On se place alors dans le cas où le vecteur de référence ou deposition est situé dans le secteur I.

U

1

e

1 VT

T 1V

sV2V

7V

2

e

2 VT

T

I

0V

Principe de construction du vecteur (secteur I)sV




Pour une fréquence de commutation suffisamment élevée le vecteur d’espace deréférence Vs est considéré constant pendant un cycle de commutation. Tenant compteque V1 et V2 sont constants et V0 et V7 , on trouve :

2211se VTVTVT

La résolution de cette équation, après décomposition sur les deux axes du plancomplexe (α,) donne :

)3

sin(VE

2T s1

)sin(VE

2T s2

)TTT(2

1T 21e0

30

Avec :





SA

SB

1

0

1

0

1

0

SC

0V

1V

2V

7V

2V

1V

0V

7V

T0/2 T0/2 T0/2 T0/2 T1/2 T1/2

Te

T2/2 T2/2

SA

SB

1

0

1

0

1

0

SC

0V

3V

2V

7V

2V

3V

0V

7V

T0/2 T0/2 T0/2 T0/2 T3/2 T2/2

Te

T2/2 T3/2

SA

SB

1

0

1

0

1

0

SC

0V

3V

4V

7V

4V

3V

0V

7V

T0/2 T0/2 T0/2 T0/2 T3/2 T4/2

Te

T4/2 T3/2

SA

SB

1

0

1

0

1

0

SC

0V

5V

4V

7V

4V

5V

0V

7V

T0/2 T0/2 T0/2 T0/2 T5/2 T4/2

Te

T4/2 T5/2

SA

SB

1

0

1

0

1

0

SC

0V

5V

6V

7V

6V

5V

0V

7V

T0/2 T0/2 T0/2 T0/2 T5/2 T6/2

Te

T6/2 T5/2

SA

SB

1

0

1

0

1

0

SC

0V

1V

6V

7V

6V

1V

0V

7V

T0/2 T0/2 T0/2 T0/2 T1/2 T6/2

Te

T6/2 T1/2

Secteur 1 Secteur 2 Secteur 3

Secteur 4 Secteur 5 Secteur 6



Ces dernières équations peuvent être facilement étendues si le vecteur de référence estplacé dans les secteurs II,…,VI. Ceci résulte dans les ordres de commutations définis.


Etude comparative : indice de modulation

2E

V

V

Vm max

porteuse

ulantemod

15.1)SVPWM(m

1)SPWM(m

2

EV*

2

3V maxmax s

3

EVmax

c2

E

2

3OS ;

2

EOM

Modulation sinusoïdale

b

a a0S N

Modulation vectorielle

M

2V

1V

(SPWM)max sV

(SVPWM)max sV



Comparaison entre la MLI sinusoïdale et la MLI vectorielle.

mi Stabilité du couple

TDH

MLI sinusoïdale < 1 faible faible

MLI vectorielle >1 meilleure meilleure

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