1 onduleur de Tension commande adjacente

1.1 Montage avec fil neutre tude de la structureTrois bras d'onduleurs sont connects en parallle. Un diviseur capacitif cre un neutre artificiel O; chaque condensateur a la tension E/2 ses bornes. La charge est forme de trois branches courant formant un systme quilibr direct :

La fig.2 donne l'allure des grandeurs pour un dphasage N positif.

le courant is fourni par la source est la somme des courants dans les interrupteurs suprieurs des trois bras. De 0 T/3 , K1 et K3 conduisent et K2 est bloqu; is = ia+ic = -ib ; de T/3 2.T/3, K1 conduit seul donc is = ia ; comme ib(U) = IA(U2.p/3), ib(U+T/3)= IA(U), le courant source est de priode T/3. Pour N < T/3, le courant is est toujours positif; pour N > T /3, le courant is est ngatif chaque amorage puis positif ensuite; la source doit donc tre rversible instantanment en courant. Sa valeur moyenne est :

; elle est donc toujours positive. Les graphes du courant ik1 et de la tension vk1 de l'interrupteur K1+D1 montrent que les commutations ne sont pas naturelles donc que K1 doit tre command la fermeture et l'ouverture.tude sur charge R - L

L'onduleur est un onduleur de tension donc les graphes des tensions simples du rcepteur ne dpendent pas de la charge. La tension van est un crneau symtrique d'amplitude E/2; sa dcomposition en srie de Fourier est de la forme :

Si la charge est quilibre, les harmoniques de mme rang des trois phases ont la mme valeur efficace et le mme dphasage courant-tension. Les harmoniques de rang 6.p+1 forment des systmes quilibrs directs de somme nulle; les harmoniques de rang 6.p+5 forment des systmes quilibrs inverses de somme nulle; les harmoniques de rang 6.p+3 forment des systmes homopolaires de somme gale 3 fois l'harmonique de ia Le courant dans le fil neutre in = ia + ib + ic ne contient donc que des composantes de rang 6.p+3. Les tensions composes uab, ubc et uca , diffrences de deux tensions simples ne contiennent pas d'harmoniques de rang multiple de 3.

1.2 Montage sans neutreSi la charge est quilibre, on peut supprimer le fil neutre et les deux condensateurs C. Les tensions composes ne sont pas modifies car elles ne dpendent que de la commande des interrupteurs.

La somme courants Ia + ib + ic est nulle donc celle des tensions simples va + vb + vc l'est aussi . Nous en dduisons :

La fig.3 donne l'allure des tensions.

On peut galement calculer les tensions simples partir de celles du montage avec neutre. Les tensions composes tant les mmes dans les deux cas, les deux systmes de tensions (va ; vb ; vc) et (van ; vbn ; vcn) ont les mmes composantes directes et inverses; seules les composantes homopolaires diffrent : vo =(va + vb + vc)/3 = 0 et von =(van + vbn + vcn) /3 { 0. Avec les graphes de la fig.2, on calcule von : on obtient une tension en crneau de priode 2.T/3 valant E/6 de 0 T/3 et -E/6 de T/3 2.T/3. On en dduit va = van -von . Les tensions simples ont pour valeur efficace V=E.(2) / 3 et les tensions composes U=E.(2 /3).

La dcomposition en srie de Fourier de va se dduit de celle de van en retirant les composantes homopolaires donc tous les harmoniques multiples de 3 :

2 onduleur de tension commande MLI

2.1 PrincipeLa structure est celle de la fig.1 sans fil neutre. Le principe de la modulation est identique celui utilis en monophas. Pour une modulation sinus - triangle, on gnre trois signaux sinusodaux triphass quilibrs de frquence f, d'amplitude m < 1 et un signal triangulaire de frquence p.f et d'amplitude 1. La comparaison de chaque sinusode au triangle donne les angles de commutation du bras d'onduleur de la phase correspondante. Pour la phase a si la rfrence sa est suprieure au triangle, K1 est ferm et van = E/2; dans le cas contraire K'1 est ferm et van = -E/2. On peut ainsi construire les tensions van, vbn et vcn que l'on aurait avec le diviseur capacitif et le neutre. On peut alors en dduire les tensions composes uab = van-vbn. Pour obtenir les tensions simples va, vb et vc sans fil neutre, on opre comme au paragraphe 1 : va = (2.uab+ubc)/3 ou on calcule la composante homopolaire von =(van + vbn + vcn) /3 et on en dduit va = van -von . La fig.4 donne l'allure des tensions pour m=0,8 et p = 6. Le calcul des angles de commutation pour la phase a est identique celui en monophas ( Cf Chapitre 7.1, paragraphe 5.3.1); les angles de commutation des deux autres phases s'en dduisent par dcalage de -2.T/3 pour la phase b et de +2.T/3 pour la phase c.

2.2 Choix de la frquence de modulationOn sait que, sans fil neutre, les tensions simples et composes ne peuvent contenir d'harmonique multiple de 3. On sait galement que le premier harmonique d'amplitude important est celui de rang p; on a donc intrt choisir une valeur de p multiple de 3. Si on prend p = 12 , le fondamental de la tension va est d'amplitude m; le premier harmonique sera de rang p-2 = 10, le suivant de rang p+2 = 14; puis on aura des harmoniques de rang 23, 25,32, 34, 38, 40

2.3 Augmentation de l'amplitude du premier harmoniqueAvec une commande MLI, le fondamental de la tension par phase est d'amplitude m.E; comme m e 1, la valeur efficace du fondamental ne peut dpasser 0,707.E. On peut augmenter la valeur efficace du fondamental en ajoutant la sinusode de rfrence pour la modulation une composante de frquence 3.f. Le signal servant dterminer les angles de commutation de la phase a sera de la forme s'a= m.sin(2.T.ft)+m'.sin(6.T.f.t). Cette modification de la commande permettra m de dpasser la valeur 1.

Cherchons la valeur maximale que l'on peut donner m en choisissant au mieux m', sachant que l'on doit avoir s'a= e 1.

La fig.5 donne l'allure du signal s'a et du signal triangle dans ce cas, pour la phase a. et pour p = 12.

Le calcul des 24 angles d'intersection se fait comme en monophas ainsi que le calcul des harmoniques de la tension van. Les harmoniques de la tension va sont ceux de la tension van pour les rangs diffrents de 3.k et sont nuls pour tous les rangs multiples de 3. La fig.6 donne les harmoniques pour une rfrence sinusodale avec m = 0,8 et p = 12 et les harmoniques pour une rfrence avec composante de frquence 3.f pour m = 1.154 et m' =0,193.

Le fondamental avec injection d'harmonique 3 peut atteindre 1,154.E en valeur maximale soit 0,816.E soit un gain de 15 % par rapport au fonctionnement avec rfrence sinusodale. La prsence de l'harmonique 3 rajoute des harmoniques de rang 8, 16, 17, 19. Ces harmoniques correspondent la modulation MLI avec l'harmonique 3 de la rfrence qui donne un indice de pulsation p' = p /3 = 4. Pour viter d'introduire des harmoniques de rang faible, il faudra avoir un indice de pulsation p lev.3 Onduleur de courant commande adjacente 3.1 Structure La source est une branche de type courant continu; la charge triphase est forme de trois branches idales de tension sinusodale.

Les six interrupteurs sont unidirectionnels en courant. Chaque interrupteur est ferm sur un tiers de priode; les commande des interrupteurs d'un mme bras sont dcales d'une demie-priode et les commandes de deux bras conscutifs sont dcales d'un tiers de priode pour avoir un systme de courants quilibrs.

3.2 Analyse On suppose le courant source parfaitement liss et va = Vmax.cos(q + a). v Le courant ia est gal Is lorsque K1 est ferm, -Is lorsque K'1 est ferm et 0 lorsque les deux interrupteurs du bras sont ouverts. La valeur efficace du courant est Ia = Is. (2/3) La dcomposition en srie de Fourier de ce courant ne contient que des harmoniques de rang impairs; Les harmoniques de rang 3.p des trois courants forment un systme homopolaire; comme ia + ib + ic = 0, ces composantes homopolaires sont nulles donc les harmoniques de rang multiple de 3 sont galement nuls. Le fondamental est iaf = (2.3.Is/p).cos(q - p/3)

v La tension va tant sinusodale de frquence f, seul le fondamental du courant de mme frquence peut crer de la puissance puissance; le dphasage j = (iaf, va) = a - (-p/3) = a + p/3 donc pour les trois phases P = 3.Va.Iaf.cos j . La puissance ractive est Q = 3.Va.Iaf.sinj . La puissance apparente prend en compte tous les harmoniques donc S = 3.Va.Ia = 6.V.Is. Le facteur de puissance est : Fp = P/S = Iaf.cos j / Ia , soit Fp = 3.cos j / p. La prsence d'harmoniques dans le courant cre de la puissance dformante : D = (S - P - Q) = 3.V. (Ia - Iaf ) = 0,727.Va.Is. v La tension us aux bornes d'un bras est de frquence 6.f. De 0 T/6, K1 et K'2 conduisent donc us = va - vb = uab ; sa valeur moyenne est gal E puisque la tension moyenne aux bornes de l'inductance Ls est nulle. La puissance E.Is fournie par la source est gale la puissance P reue par la charge : E.Is = 3.Va.Iaf.cos j = 3.Va.(6/p).Is.cos j donc E = 3.(6/p).Va.cos j v L'intensit dans l'interrupteur K1 est gale Is lorsqu'il est ferm et 0 lorsqu'il est ouvert. La tension aux bornes de K1 est nulle lorsqu'il est ferm, gale vb - va lorsque K2 conduit et vc - va lorsque K3 conduit.

Lorsque la charge est inductive ( j > 0) : w l'ouverture de K1, ik1 et vk1 sont positifs : l'ouverture ne peut tre spontane et doit tre commande w la fermeture de K1, la tension est ngative; la fermeture est priori impossible; elle est pourtant forc par la fermeture de K3 et la continuit de Is qui impose le passage de ce courant dans K1 Lorsque la charge est capacitive ( j< 0) : w l'ouverture de K1, vk1 est ngatif : la fermeture de K2 impose une tension ngative aux bornes de K1 et peut forcer le blocage s'il s'agit d'un thyristor w la fermeture de K1, la tension est positive; la fermeture doit tre commande Dans le cas d'une charge inductive on doit utiliser des transistors ou des GTO pour raliser les interrupteurs. Pour une charge capacitive, on peut utiliser des thyristors.