djeriou salim

7/22/2019 Djeriou Salim

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MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE

LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE FERHAT ABBAS DE SETIF

FACULTE DE TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT DELECTROTECHNIQUE

MEMOIRE

Prsent pour lobtention du diplme de

MAGISTER EN ELECTROTECHNIQUE

Option : MACHINES ELECTRIQUES

Par

DJERIOU SALIM

Thme

Simulation dun systme photovoltaquealimentant une machine asynchrone

Soutenu le 03/07/ 2011

Devant le Jury :

RADJEAI HAMMOUD M.C. Universit FAS Prsident

KHEMLICHE MABROUK M.C. Universit FAS Rapporteur

KHODJA DJALAL EDDINE M.C. Universit Msila Examinateur

HACHEMI MABROUK M.C. Universit FAS Examinateur

HARMAS MOHAMED NAGUIB M.C. Universit FAS Examinateur


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e remercie ALLAH le Tout-puissant de mavoir donner le courage, la volont et la

patience de mener terme ce prsent travail.

Je tiens exprimer mes vifs remerciements et tmoigner ma profonde gratitude Dr.

KHEMLICHE Mabrouk, Matre de confrence luniversit Ferhat Abbas de Setif, qui m

honor de son encadrement et qui a accept la lourde tche de promoteur. Je lui exprime

galement ma profonde reconnaissance pour son dvouement davoir bien voulu me faire

profiter pleinement de ses comptences scientifiques et encore de ses ides par les quelles il ma

orient pour laccomplissement de ce travail.

Je remercie, Dr. KHodja Djalal Eddine & Dr.Barkati Sad, Matres de confrences

luniversit de Msila, pour leur comprhension, leur gentillesse et pour leur aide au cours de la

ralisation du mmoire.

Je tiens galement remercier Dr. Radjeai Hammoud, Matre de confrences luniversit

Stif qui ma fait l'honneur dtre le prsident du jury de ce mmoire. J'adresse aussi mes vifs

remerciements Hachemi Mabrouk, Matre de confrences luniversit de Stif, Harmas M ed

Naguib Matre de confrences, qui mont fait l'honneur d'tre les examinateurs de ce travail.

Je remercie galement Mr. Baali Radhouane & Djeriou Ali (EMP), Mr. Zorig Assam (univ-

Setif), Mr. Mehrez Zahraoui (ENP), Mr. Hadjab Moufdi & Mr. Redwane Sadouni (univ-Sidi Bel

Abbs), Mr. Zemouri Tahir (USTHB), Mr. Abdesslam (univ-Msila) et Mr. Fegriche

Abderrahmane & Bensaadia Labib (univ- Boumerds), pour leur aide, et leur entire

disponibilit.

Jadresse mes vifs remerciements et ma profonde gratitude tous ceux qui ont contribu de

prs ou de loin laboutissement de ce travail, je tiens vivement leur dire merci.

J

emer iement


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Sommaire

Page III

able des matiresTable des matires.. III

Nomenclature. VIListe des figures et des tableaux..... VIII

INTRODUCTION GENERALE....... 1

CHAPITRE I : MODELISATION DUN GENERATEURPHOTOVOLTAQUE

I.1 Introduction ... 3I.2 Gnrateur photovoltaque. 3I.3 Effet photovoltaque ... 4I.4 Cellules photovoltaques ... 4

I.4.1. Modle dune cellule photovoltaque une diode .. 6I.4.2. Modlisation de la cellule photovoltaque .. 7

I.5 Puissance dune cellule PV ... 9I.5.1. Puissance maximale dune cellule PV . 9

I.6 Constitution d'un gnrateur photovoltaque . 9I.6.1. Association en srie .... 10I.6.2. Association en parallle .. 10

I.7 Dveloppement du modle mathmatique du module PV. 11I.7.1. Simulation dun gnrateur photovoltaque . 12I.8 Caractristique lectrique dun gnrateur photovoltaque ... 12I. 9 Comportement dun gnrateur photovoltaque ... 13

I.9.1. Influence de la temprature et lensoleillement sur le rendement ... 13I.9. 2. Influence de lensoleillement .. 13I.9.3. Influence de la temprature .. 14I.9.4. Influence de la temprature sur les courbes I(V) et P(V) 15

I.10 Protection des cellules 16I.11 Conclusion ..... 16

CHAPITRE II : CONVERTISSEURS DC-DC DANS LES SYSTEMES PVET POURSUITE DU POINT DE PUISSANCE MAXIMALE

II.1 Convertisseurs DC-DC dans les systmes PV... 17II.1.1 Introduction ...... 17II.1.2.Types des convertisseurs DC-DC..... 17II.1.3 Convertisseur Cuk ....... 18

II.1.3.1 Formes d'ondes..... 21II.1.3.2 Dimensionnement des composants... 24

II.1.3.2.1 Calcul des inductances... 24II.1.3.2.2 Calcul des capacits... 24

II.1.3.3 Choix de la diode. 25II.1.3.4 Principe du PWM 25


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Sommaire

Page V

III.8 Interprtation des rsultats . 55III.9 Conclusion . 56

CHAPITRE IV : DIAGNOSTIC DUN GENERATEURPHOTOVOLTAQUE PAR RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS

(RNA)

IV.1 Introduction. . 57IV.2 Terminologie propre au diagnostic 57IV.3 Les approches usuelles de dtection .. 61

IV.3.1 Approche avec modle .. 62IV.3.1.1 Diagnostic de dfauts par observateurs.. 62IV.3.1.2 Diagnostic de dfauts par redondance analytique.. 63IV.3.1.3 Diagnostic de dfauts par estimation paramtrique 63

IV.3.2 Approche sans modle. 63IV.3.2.1 Diagnostic de dfauts par reconnaissance des formes 63

IV.3.2.2 Diagnostic de dfauts par systmes dinfrence flous 64IV.3.2.3 Diagnostic de dfauts par rseaux de neurones artificiels.. 64

IV.4 Synthse des RNA et simulation sous MATLAB.. 66IV.4.1 Description du rseau de neurone utilis. 66IV.4.2 tude du rseau de neurone utilis . 67

IV.4.2.1 Construction du bloc de rseaux de neurones ... 67IV.4.2.2 Acquisition des donnes (base dapprentissage) ... 67

IV.4.2.2.1 Rsultats d'essais du rseau sur le GPV 67IV.4.2.2.2 Conception du RNA sous Simulink.. 68

IV.4.2.3 Test du rseau. 68IV.5 Interprtation des rsultats . 69IV.6 Conclusion... 70

CONCLUSION GENERALE .. 71BIBLIOGRAPHIES.. 72


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Nomenclature

Page VI

omenclature

E : Eclairement (w/m2)

Em : Eclairement maximal (w/m2)

Err : Erreur absolu (%)

FF : facteur de forme

I : Courant dbit par le gnrateur PV (A)

Iop : Courant optimal (A)

Iph : Photo courant (A)

Io : Courant de saturation (A)

Isc : Courant de court circuit (A)

G : Irradiation (w /m2)

GPV : Gnrateur photovoltaque

K : Constant de Boltzmann (J/k)

MPP : Maximum power point

MPPT : Maximum power point tracking

ns : Nombre de modules en sries

np : Nombre de modules en parallles

PV : Photovoltaque

P&O : Perturbation & Observation

Pop : puissance optimale (W)

q : Charge de llectron (coulomb)R : Rsistance ()

Rs : Rsistance srie ()

Rp : Rsistance shunt ()

T : Temprature (C)

Tc : Temprature de cellule (C)

Tr : Temprature de rfrence (C)

V : Tension aux bornes du panneau PV (V)

Voc : Tension en circuit ouverte (V)

Vop : Tension optimal (V)

V0 : Tension de sortie de lhacheur (V)

Vth : Tension thermique (V)T : Priode (s)

ts : Temps (s)

(s), (r), (e) : indice respectifs du stator, du rotor et dentrefer

d : axe d du repre tournant (d, q)

q : axe q du repre tournant (d, q)

: axe du repre statorique (, )

: axe du repre statorique (, )

n : grandeur nominale

Rs, ls : rsistance et inductance propre dune phase statorique

Rr,lr : rsistance et inductance propre dune phase rotorique

Ms : coefficient de mutuelle inductance entre deux phases de statorMr : coefficient de mutuelle inductance entre deux phases de rotor


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Nomenclature

Page VII

Msr : maximum de linductance mutuelle entre dune phase de stator et une phase du

rotor

Ls : inductance cyclique statorique

Lr : inductance cyclique rotorique

Tr : constante de temps rotorique

M : inductance mutuelle cyclique entre stator et rotorp : nombre de paires de ples

J : moment d'inertie ramen sur l'axe moteur

fr : coefficient de frottement visqueux

xs, xs : grandeurs statoriques lies au repre fixe au stator

xrd , xrq : grandeurs rotoriques lies au repre tournant (d, q)

xsd , xsq : grandeurs statoriques lies au repre tournant (d, q)

vsa, vsb, vsc : tensions statoriques simples

CRT : Contre raction de tension : position du rotor

s

: angle lectrique entre l'axe d du rfrentiel tournant et le rfrentiel fixe li au

stator

r

: angle lectrique entre l'axe d du rfrentiel tournant et le rfrentiel fixe li au

rotor

: vitesse angulaire mcanique du rotor

: vitesse angulaire lectrique du rotor.

s

: vitesse des axes d, q dans le repre statorique.

r

: vitesse des axes d, q dans le repre rotorique.

Cem : couple lectromagntique dlivr par le moteur

Cr : couple rsistant, ou de charge

x

: driv de la grandeur x (=dx/dt).

[P] : matrice de transformation de Park

m : indice de modulation.

r : coefficient de rglage en tension

Wij : poids de la connexion du neurone j vers le neurone i


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Liste des figures et des tableaux

Page IX

Figure III.2 : Schma dun onduleur de tension triphase alimentant le stator de laMAS

45

Figure III.3 : Interrupteur bidirectionnel de paire transistor-diode 48Figure III.4 : Principe de la MLI Sinus-Triangle (DC/AC) 49Figure III.5 : Bloc de simulation de lalimentation de la MAS. 51Figure III.6 : Rsultat de simulation de lalimentation (GPV)-Onduleur-MAS en tatsain lors d'une application d'un couple rsistant (Cr =15N.m) (t=1.4 s). 53Figure III.7 : Rsultat de simulation de la MAS en cas de court circuit de la tension

dalimentation (t=1.8 s), avec une charge de (Cr =15N.m) (t=1.4 s).

55

Figure IV.1 : Anomalies et Observations classes par criticit croissante. 60

Figure IV.2 : principales mthodes utilises en diagnostic des systmes physiques 62

Figure IV.3 : Larchitecture du rseau neuronal propos. 66

Figure IV.4 : Evaluation de lerreur quadratique en fonction du nombre ditrations

dapprentissage (en utilisant la mthode de rtro propagation du

gradient).

68

Figure IV.5 : Rseau de neurones artificiel sous Simulink 68

Figure IV.6 : Evolution du courant statorique et de la tension de sortie du GPV surdiffrents tats de fonctionnement (en appliquant un court circuit).

69

2. Liste des tableauxTableau I.1 : Caractristiques lectriques du module photovoltaque BP SX 150. 12Tableau II.1 : Rapports de transformation des principaux convertisseurs DC-DC. 18

Tableau III.1 : Les paramtres de la machine asynchrone. 50Tableau IV.1 : Classification des diffrents dfauts. 61Tableau IV.2 : Classification des diffrents dfauts 67Tableau IV.3 : Les diffrents dfauts. 69


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Introduction gnrale

Page 1

ntroduction gnralePar nergie renouvelable, on entend des nergies issues du soleil, du vent, de la

chaleur de la terre, de leau ou encore de la biomasse. A la diffrence des nergies fossiles, les

nergies renouvelables sont des nergies ressource illimite qui regroupent un certain

nombre de filires technologiques selon la source dnergie valorise et lnergie utile

obtenue.

Aujourdhui lnergie solaire fournit un bon rendement de conversion nergtique,

alors que le rendement dun systme fond sur la combustion dun minerai fossile est au

mieux de30 35% [1].Dans le temps prsent, cette utilisation doit tre encourage par des mesures

appropries et une politique nergtique des tats. Dans les pays industrialiss, les lois sur les

nergies renouvelables ont permis de booster fortement le march du photovoltaque.

LAlgrie, pays du soleil et de lespace, peut sinspirer de ces programmes pour une

exploitation grande chelle de lnergie solaire. Elle a les moyens humains et financiers la

mesure de ces programmes. Lenjeu est grand, et vital. LAlgrie est dans le monde lun des

pays de fort potentiel dexportation de lnergie lectrique solaire [2].

Le gnrateur photovoltaque est le seul convertisseur direct pour transformer lalumire en nergie lectrique [3], et offre la possibilit de produire de l'lectricit directement

partir dune ressource renouvelable et largement disponible. Leurs dveloppements

constituent de ce fait, un enjeu majeur dans la perspective dun approvisionnement

nergtique compatible avec la contrainte d'environnement local et global. Le champ

dutilisation des systmes photovoltaques est large avec beaucoup de configurations

autonomes et relies au rseau de distribution. Les applications de l'nergie solaire incluent le

pompage deau, rfrigration, climatisation, sources lumineuses, vhicules lectriques,

centrales photovoltaques, utilisation militaire, domaine spatial [4], et dans les systmes

hybrides [5].

Une caractristique importante des panneaux solaires est que la puissance maximaledisponible est fournie seulement en un seul point de fonctionnement dfini par une tension et

un courant connus, appel point de puissance maximale. En outre, la position de ce point nest

pas fixe mais elle se dplace en fonction de lirradiation et de la temprature des cellules

solaires ainsi que de la charge utilise [5]. A cause du cot relativement onreux de ce genre

dnergie, on doit extraire le maximum de puissance des panneaux solaires. Cela ncessite un

mcanisme de poursuite de ce point afin que la puissance maximale soit gnre en

permanence [1]. Plusieurs algorithmes sont proposs dans la littrature, une attention

particulirement a t porte sur la mthode des perturbationset observations.Le diagnostic industriel a une valeur imprative dans l'objectif de mettre la lumire sur

quelques dfaillances des matriels des systmes industriels.


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Introduction gnrale

Page 2

La ncessit de dtecter et localiser une dfaillance cause des besoins de lindustrie et

la complexit des systmes fait appel plusieurs techniques de diagnostic qui possdent des

caractristiques diffrentes et qui permettent de rsoudre les problmes.

Le systme de diagnostic a comme tche, la dtection des symptmes et l'analyse des

donnes, ou l'interprtation des informations. Pour avoir accs ce diagnostic, nous devons

avoir comme source une intelligence artificielle.

L'axe principal de notre recherche rside dans le diagnostic par les rseaux de

neurones artificiels.

Lobjectif de ce travail tant de diagnostiquer et de simuler lassociation dun panneauphotovoltaque avec un convertisseur DC/DC alimentant une machine asynchrone partir

dun convertisseur DC /AC.

De ce fait, le prsent mmoire est subdivis en quatre chapitres dont le contenu est

succinctement rsum ci-dessous.

Nous aborderons dans le premier chapitre le principe de fonctionnement dun panneau

photovoltaque, sa modlisation mathmatique et ses caractristiques.

Le deuxime chapitre reprsentera une tude prliminaire des principaux

convertisseurs DC-DC utiliss dans les chaines de conversion photovoltaques. Ce chapitreferra lobjet aussi dune modlisation de ces convertisseurs et on prsentera les principaux

algorithmes de recherche du point de puissance maximale de la source photovoltaque.

Lalgorithme de poursuite bas sur la commande directe sera lobjet dune application sur les

diffrents convertisseurs tudis auparavant.

Dans le troisime chapitre nous dtectons les dfauts de lassociation moteur-onduleur

une alimentation dun gnrateur photovoltaque. Commenant par la modlisation de la

machine dans le repre de Park puis lassociation de la MAS-Onduleur de tension ltat sain

et en prsence des dfauts puis leurs rsultats de simulation laide du logiciel

Matlab/Simulink.

Et pour parvenir au quatrime chapitre, qui se rsume dans la manire avec laquelle

nous prsentons le diagnostic du systme photovoltaque prenons des dfauts du gnrateur

photovoltaque et leurs influences sur la machine asynchrone, en appliquant la mthode des

rseaux de neurones artificiels.

En fin, on terminera par une conclusion gnrale discutant les rsultats obtenus et les

perspectives entreprendre dans les futurs travaux.


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Chapitre I Modlisation dun gnrateur photovoltaque

Page 3

hapitre IModlisation dun gnrateurphotovoltaque

I.1. Introduction

Le soleil fournit une nergie colossale la terre (10.000 fois lnergie ncessaire) sousforme lumineuse. Mais le problme rside en ce que la forme sous laquelle nous la recevonsnest pas ncessairement celle sous laquelle elle est utilisable. Cest pourquoi, nous devonsutiliser des processus de conversion. Par exemple, les cellules solaires photovoltaques

permettent de convertir lnergie lumineuse du soleil en nergie lectrique. Lappauvrissementdes sources nergtiques traditionnelles (ptrole...) due une utilisation accrue de celles-ci etlaugmentation considrable du prix du ptrole, entranent que ltude des nergies renouvelablesrevt une importance cruciale pour les annes venir.

Llectricit solaire est une importante source dnergie renouvelable qui pourrait treune alternative aux autres sources classiques afin de satisfaire les larges besoins dnergie dans

le futur. Cette nergie trouve tout son avantage dans des applications de petite et moyenneconsommation dans des rgions isoles et loin des lignes de distribution lectrique.

Dans le cadre de notre tude, nous nous sommes concentrs sur la production dlectricit partir de lnergie photovoltaque. Dans ce chapitre nous dtaillons les lments ayant traits cette ressource et sa transformation en nergie lectrique.

I.2. Gnrateur photovoltaque

Le gnrateur photovoltaque est un ensemble dquipements mis en place pour exploiterlnergie photovoltaque afin de satisfaire les besoins en charge. En fonction de la puissancedsire, les modules peuvent tre assembls en panneaux pour constituer un "champ

photovoltaque". Reli au rcepteur sans autre lment, le panneau solaire fonctionne "au fil du

soleil", c'est--dire que la puissance lectrique fournie au rcepteur est fonction de la puissanced'ensoleillement. Elle est donc son maximum lorsque le soleil est au znith et nulle la nuit[1].

Mais, trs souvent, les besoins en lectricit ne correspondent pas aux heuresd'ensoleillement et ncessitent une intensit rgulire (clairage ou alimentation derfrigrateurs, par exemple). On quipe alors le systme de batteries d'accumulateurs qui

permettent de stocker l'lectricit et de la restituer en temps voulu[1].

Un rgulateur est alors indispensable pour protger les batteries contre les surcharges oules dcharges profondes nocives sa dure de vie.

Pour un certain nombre d'applications, le courant continu produit, par le gnrateur

photovoltaque, est convertit l'aide d'un onduleur en courant alternatif.


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Figure I.1: Composantes principales dune chane photovoltaque

I.3. Effet photovoltaque

Lnergie photovoltaque (PV) est la transformation directe de la lumire en lectricit. Alencontre de lnergie solaire passive, qui utilise les lments structuraux dun btiment pourmieux le chauffer (ou le refroidir), et de lnergie solaire active, qui utilise un caloporteur(liquide ou gazeux) pour transporter et stocker la chaleur du soleil (on pense au chauffe-eau),lnergie photovoltaque nest pas une forme dnergie thermique. Elle utilise une photopile pourtransformer directement lnergie solaire en lectricit.

Leffet photovoltaque, cest--dire la production dlectricit directement de la lumire,fut observe la premire fois, en 1839, par le physicien franais Edmond Becquerel. Toutefois,ce nest quau cours des annes 1950 que les chercheurs de la compagnie Bell-Lab, aux tats-Unis, parvinrent fabriquer la premire photopile, llment primaire dun systme

photovoltaque [1].

I.4. Cellules photovoltaques

Lutilisation des cellules solaires dbute dans le domaine spatial. Les recherches ontpermis damliorer leurs performances et leur taille mais il faudra attendre la crise nergtiquede 1973 pour que les gouvernements et les industriels investissent dans la technologie

photovoltaque et ses applications terrestres.

La cellule est compose dun matriau semi-conducteur qui absorbe lnergie lumineuseet la transforme directement en courant lectrique. Un semi-conducteur est un matriau dont la

concentration en charges libres est trs faible par rapport aux mtaux. Pour quun lectron li son atome (bande de valence) devienne libre dans un semi-conducteur et participe laconduction du courant, il faut lui fournir une nergie minimum pour quil puisse atteindre lesniveaux nergtiques suprieurs (bande de conduction).

Cest lnergie du " bande gap ", Eg en lectron-volt (eV). Cette valeur seuil est propre chaque matriau semi-conducteur et va de 1.0 1.8 eV pour les applications photovoltaques.Elle est de 1.1 eV pour le silicium cristallin, et de 1.7 eV pour le silicium amorphe. La figure I.2montre le phnomne de conduction dans les matriaux semi-conducteurs[2].

Convertisseur

Continu-continu

(Hacheur)

Batterie

Convertisseur

Continu alternatif

(Onduleur)

Charge

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Gnrateur

photovoltaque


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Chapitre

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Page 6

I.4.1. Modle dune cellule photovoltaque une diode

Le choix du modle cinq paramtres, permet deffectuer une analyse et une valuationdes performances du module photovoltaque, les plus proches de la ralit.

Ce modle reprsente la cellule solaire comme source de courant qui modlise laconversion du flux lumineux en nergie lectrique. La rsistance monte en srie reprsentela rsistance de contact et de connexion, une autre rsistance en parallle dite la rsistanceshunt reprsente le courant de fuite. Une diode en parallle qui modlise la jonction PN(figure I.4) [1] :

Figure I.4: Schma quivalent de la cellule solaire une diode

A partir du circuit quivalent de la figure I.4, on peut crire:

I=ID+I+I (I.1)Le courant qui passe dans la rsistance est donn par :I= (I.2)Le courant dans la diode est donn par :

ID=I[e -1] (I.3)avec I:courant de saturation de la diode donn par :I=KTe (I.4)O :

V=

tension thermique la temprature T.

q : charge de llectron (1 .60210C)K: constantede Boltzmann (1.38110J/k)K: constante (1.2A/cm K)n : facteur de non idalit de la jonctionT: temprature effective de la cellule en degr KelvinE : nergie de gap (pour le silicium cristallin est gale 1.12 eV)Donc lexpression de la caractristique est :

I=I-I[e -1]- (I.5)


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Page 7

I.4.2. Modlisation de la cellule photovoltaque

Rappelons lquation donnant la caractristique de la cellule base sur le circuitquivalent une diode :

I=

I-

I[

e

-1]-

(I.6)

- Calcul de Le courant de court-circuit reprsente le courant maximum gnr par la cellule. Il est

produit lorsquelle est soumise un court circuit 0 .Comme I, il est possible aussi de calculer VCpar la relation suivante :VCO=nVln( ) (I.9)

Le courant de saturation inverse de rfrence de la diode

I est donn par :

I=I/[e -1] (I.10): la tension thermique pour une temprature de rfrence Si lon suppose que la rsistance parallle est infinie (=) lquation (I.7) se simplifie :I I-I [e -1] (I.11)

O

: le courant fourni par la cellule.:la tension aux bornes de la cellule.- Calcul de la rsistance srie dans le point

La diffrentiation de lquation (I.11), donne :

dI=0-IS( ) e (I.12)

Ce qui en rsulte :


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Page 8

R=- (I.13)En circuit ouvert la tension est V Vet lquation (I.14) devient:

R=-

-

(I.14)

Oest la pente de la courbe IVdans le point V= (calcule partir de la courbeI V

dans la fiche technique du module puis divise par le nombre de cellules en srie) [4].

On rcrit lquation (I.12) sous la forme suivante :

fI=II-I[e -1] (I.15)La mthode de Newton est utilise gnralement pour rsoudre lquation non linaire

(I.16). Rappelons que la mthode de Newton est exprime par [5] :

x=x (I.16)O:

fx Drive de la fonctionfx .x Valeur actuelle de x.x: Valeur prochaine de x.Lapplication de la mthode de Newton permet de calculer la valeur du courant Ipourchaque itration par :

I=I .

..

(I.17)

Les quations tablies jusqu' prsent ne sont valables que pour un mode defonctionnement spcifique en termes dclairement et de temprature. Pour gnraliser lamodlisation pour diffrents clairements et tempratures, nous utilisons le modle qui dplacela courbe de rfrence de nouveaux emplacements.

Alors la nouvelle valeur du courant de court circuit I pour une irradiation G et unetemprature T donnes est calcule selon lquation suivante :IG, T I 1aT T (I.18)Avec :

I: le courant de court-circuit mesur sous une irradiation 1000W/ma: le coefficient de variation du courant en fonction de la temprature (a=0.65e-3) .

T: la temprature de rfrence, 298K (25C).


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Page 9

Le courant de saturation de la diode dpend de la temprature. Sa valeur pour une temprature Tdonne est calcule par:

I(T) =I (T) (e (I.19)

I.5. Puissance dune cellule PV

Dans des conditions ambiantes de fonctionnement fixes (clairement, temprature, vitessede circulation de l'air ambiant, etc), la puissance lectrique P(W) disponible aux bornes d'unecellule PV est :

P VI (I.20)PW :Puissance fournie par la cellule PV.VV : Tension mesure aux bornes de la cellule PV.IA : Intensit dbite par la cellule PV.I.5.1. Puissance maximale dune cellule PV

Pour une cellule solaire idale, la puissance maximale P,correspondrait donc la tensionde circuit ouvert Vmultiplie par le courant de court-circuit I:P,=VI (I.21)P, (W): La puissance fournie par la cellule PV.V(V): La tension de circuit ouvert mesure aux bornes de la cellule PV.

IA: Lintensit de court-circuit dbite par la cellule PV.En pratique, la courbe caractristique d'une cellule PV est plus "arrondie" (figure I.5), etla tension au point de puissance maximale est infrieure la tension de circuit ouvert ,de mme que le courant fourni est infrieur, pour cette mme tension, au courant decourt-circuitI . Lexpression de la puissance en ce point est donne par:PM=VMI M (I.22)I.6. Constitution d'un gnrateur photovoltaque

Afin daugmenter la tension dutilisation, les cellules PV sont connectes en srie.La fragilit des cellules au bris et la corrosion exige une protection envers leur environnementet celles-ci sont gnralement encapsules sous verre. Le tout est appel un module

photovoltaque.

Les modules peuvent galement tre connects en srie et en parallle pourconstruire le champ photovoltaque afin daugmenter la tension et lintensit dutilisation.Toutefois, il est important de prendre quelques prcautions car lexistence de cellulesmoins efficaces et locclusion dune ou plusieurs cellules (dues de lombrage, de la

poussire, etc...), peuvent endommager les cellules de faon permanente.


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Figure I.7 : Cellules connectes en parallle avec leur caractristique courant-tension

I.7. Dveloppement du modle mathmatique du module PV

Les principales quations utilises dans le modle mathmatique du module sont lessuivantes [6]:

IM n I

I M n IVM n S V V M n VIM n I (I.23)

Avec :

M: indice affect au module.

: nombre de cellules en srie.: nombre de cellules en parallle.Ce qui donne pour un module :

IM I M-I M[e -1] (I.24)Avec :

: rsistance srie du module.En circuit ouvert et (T=T) partir de lquation (I. 24) le courant peut scrire pour unmodule comme suit :

IM (I.25)Avec :IM: Courant de saturation rfrence du module.IM: Courant de court circuit rfrence du module.

Pour gnraliser la modlisation pour diffrents clairements et tempratures, nousutilisons le modle qui dplace la courbe de rfrence de nouveaux emplacements.

La nouvelle valeur du courant de court circuit du module IMpour une irradiation G etune temprature T donnes est calcule selon lquation suivante :

IMG, T I M 1aT T (I.26)


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Le courant de saturation dpendI M de la temprature. Sa valeur pour une temprature T donneest calcule par :

IM(T) =I M(T) (e (I.27)

I.7.1.Simulation dun gnrateur photovoltaque

Pour raliser cette simulation, nous avons choisi un groupe des modules photovoltaquesBP SX 150S de BP Solaire. La srie SX de BP Solaire fournit une puissance photovoltaquerentable destine un usage gnral par exploitation directe des charges courant continu, oudes charges courant alternatif sur les systmes munis donduleur [7]. Le gnrateur choisi estcompos de 8 modules connectes en srie et 7 modules connectes en parallle. Lescaractristiques lectriques de module photovoltaque sont donnes dans le tableau (I.1):

Puissance maximale () 150 Tension () 34.5 VCourant () 4.35ATension circuit ouvert () 43.5 VCourant de court circuit de rfrence () 4.75ACoefficient de temprature de -16020 mV /CCoefficient de temprature de (a) 0.0650.015% / CCoefficient de temprature de la puissance -0.50.05%C

Temprature nominale dopration de la cellule (NOCT) 472 C

Tableau I.1: Caractristiques lectriques du module photovoltaque BP SX 150

I.8. Caractristique lectrique dun gnrateur photovoltaque

La caractristique courant-tension illustre dans la figure (I.8) dcrit le comportement du

gnrateur photovoltaque sous linfluence des conditions mtorologiques spcifiques (niveaudclairement G=1000 /et temprature ambiante T=25C).

La courbe du module photovoltaque passe par trois points importants qui sont :- Le courant de court-circuit IMen C.- La tension de circuit ouvert VMen S.- La puissance maximale Pmaxen M.

Il est difficile de donner un caractre source de courant ou de tension un gnrateurphotovoltaque sur toute ltendue de la caractristique courant-tension. Par consquent, legnrateur photovoltaque est considr comme une source de puissance avec un point Pmaxo la

puissance se trouve maximale. Il est donc intressant de se placer sur ce point pour tirer lemaximum dnergie et ainsi exploiter au mieux la puissance crte installe. Il est important de


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noter que certains rgulateurs solaires ralisent une adaptation dimpdance afin qu chaqueinstant on se trouve proche de ce point Pmax.

Figure I.8: Caractristique IVdun gnrateur photovoltaqueI.9. Comportement dun gnrateurphotovoltaque

De par sa constitution, un gnrateur PV aura un comportement plus ou moins optimiset pourra ainsi produire plus ou moins de puissance.

I.9.1. Influence de la temprature et lensoleillement sur le rendement

On peut remarquer que la caractristique IV dun panneau photovoltaque dpendfortement de l'insolation et de la temprature. Ceci devient trs vident en valuant l'quation(I.26) pour des valeurs choisies de la temprature et de linsolation et en traant les rsultats.

I.9. 2. Influence de lensoleillement

Une baisse de lensoleillement provoque une diminution de la cration de paires lectron-trou avec un courant chang lobscurit. Le courant du panneau solaire tant gal lasoustraction de la photo courant et du courant de diode lobscurit, il ya une baisse du courantsolaire ICCM proportionnelle la variation de lensoleillement accompagne dune trs lgrediminution de la tension et donc un dcalage du point Pmaxdu panneau solaire vers les

puissances infrieuresLes graphes suivants reprsentent les caractristiques P(V) et I(V) respectivement dun

gnrateur photovoltaque pour une temprature constante (T=25C) et un ensoleillementvariable.

0 100 200 300 400 500 6000

5

10

15

20

25

30

35

40

tension(V)

courant(A)

Caractris tique I(V) dun gnrateur photovoltaque l'aide des modulesBP SX 150S

C

M

S


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Figure I.12 : Courbes P(V) dun gnrateur PV pour diffrentes tempratures G=1000W/m

I.10. Protection des cellules

Un problme persiste en montant les cellules solaires en srie ou en parallle pourgnrer une tension ou un courant suffisant pour le fonctionnement du systme. En effet,lorsquune ou plusieurs cellules sont ombres par un quelconque objet ou lorsquil existe desdfaillances de quelques-unes, ces cellules deviennent des consommatrices de puissance et nondes gnratrices ce qui cause des pertes dnergie. Pour remdier ce problme on prend

quelques cellules voisines et on les shunte par une diode en parallle appele Bypass diode.Ces diodes viteront que le courant ne passe travers ces cellules lorsque leur tension tombe au-dessous de la tension de seuil de la diode [5]. On place aussi une diode en srie avec le panneau

pour viter le retour du courant des autres panneaux monts en parallles lorsquun panneau estmal ensoleill.

I.11. Conclusion

Lnergie solaire photovoltaque provient de la transformation directe dune partie durayonnement solaire en nergie lectrique. Cette conversion dnergie seffectue par lacellule photovoltaque base sur un phnomne physique appel effet photovoltaque. La tension

gnre peut varier en fonction du matriau utilis pour la fabrication de la cellule.Lassociation de plusieurs cellules en srie et/ou parallle donnent lieu un module

photovoltaque qui a une caractristique courant-tension non linaire prsentant un point depuissance maximale.

Les performances dun module photovoltaque sont fortement influences par lesconditions climatiques, particulirement lirradiation solaire et la temprature du module. Nousavons opt pour le modle une diode pour simuler le fonctionnement du module

photovoltaque pour diffrentes conditions dirradiation et de temprature. Le principal intrt dece modle rside dans sa simplicit et sa facilit de mise en uvre partir des caractristiquestechniques donnes par le constructeur.

0 100 200 300 400 500 6000

5000

10000

15000

25C

50C

75C

100C

tension(V)

puissance(W)

caractristique P(V) l'aide des modules BP SX 150S


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Chapitre II Convertisseurs DC-DC dans les systmes PV

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Chapitre IIConvertisseurs DC DC dans les systmes PVet Poursuite du point de puissancemaximaleII.1Convertisseurs DC-DC dans les systmes PVII.1.1 Introduction

Lutilisation des convertisseurs DC-DC permet le contrle de la puissance lectrique dansles circuits fonctionnant en courant continu avec une trs grande souplesse et un rendementlev. Dans les systmes photovoltaques les convertisseurs DC-DC permettent de poursuivre le

point de fonctionnement optimum.

Dans ce chapitre nous allons voir le principe de fonctionnement des convertisseurs DC-DC dont le rle primordial est de transformer une puissance continue dentre fixe en une

puissance continue de sortie variable. Le dimensionnement de ces convertisseurs est galementenvisag [8].

II.1.2. Types des convertisseurs DC-DC

Il y a un plusieurs topologies des convertisseurs DC-DC. Ils sont classs par catgorieselon que la topologie isole ou non isole. Les topologies isoles emploient un transformateurdisolement fonctionnant haute frquence, elles sont trs employes souvent dans lesalimentations dcoupage. Les topologies les plus connues dans la majorit des applicationssont le Flyback, en demi-pont et en pont complet. Dans les applications photovoltaques (PV),les systmes de couplage avec le rseau lectrique emploient souvent ces types de topologiesquand l'isolement lectrique est prfr pour des raisons de sret [4].

Les topologies non isoles ne comportent pas de transformateurs disolement. Elles sontgnralement utilises dans lentrainement des moteurs courant continu [4]. Ces topologiessont encore classes en trois catgories :

- Abaisseurs (Buck);- Elvateurs (Boost);- Elvateurs - Abaisseurs (Buck-Boost).

La topologie Buck est employe pour les faibles tensions. Dans les applications PV, leconvertisseur Buck est habituellement employ comme chargeur de batteries et dans dessystmes de pompage de leau.

La topologie Boost est employe pour augmenter la tension. Les systmes de production

de lnergie emploient un convertisseur boost pour augmenter la tension de sortie au niveau duservice avant l'tage de londuleur. Puis, il y a des topologies capables daugmenter et de


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diminuer la tension telles que le Buck-Boost, le Cuk, et le Sepic. Les convertisseurs DC-DCpeuvent tre vus comme des transformateurs DC-DC.

Le tableau II.1 rsume les principaux rapports de transformation en fonction du rapportcyclique pour les diffrentes structures de convertisseurs statiques avec et sans isolementgalvanique. O D dsigne le rapport cyclique du convertisseur et K le rapport de transformationdu transformateur disolement [9].

ConvertisseurRapport de

transformation en fonction de(D)

Isolementgalvanique

Buck D Non

Boost 11

Non

Buck-Boost 1

Non

Cuk 1

Non

SEPIC 1

Non

Flyback

K

OUI

Push-pull KD OUI

Forward KD OUI

TableauII.1: Rapports de transformation des principaux convertisseurs DC-DC

II.1.3 Convertisseur Cuk

Un convertisseur Cuk utilise un condensateur pour stocker l'nergie. Le convertisseurCuk tient son nom de son inventeur; et le premier dcrire cette topologie dans un article [10].

Le Cuk est constitu de deux inductances, de deux condensateurs, d'un interrupteur(gnralement un transistor) et d'une diode. Le schma de base d'un convertisseur Cuk estreprsent par la figure (II.1).

Un inconvnient subsiste concernant linversion du signe de la tension de sortie parrapport celle de lentre. Par sa structure, le convertisseur Cuk peut travailler avec des tensionsde sortie plus petites ou plus grandes que la tension dentre.

Le fonctionnement de base dun convertisseur Cuk en mode de conduction continueest lobjet de cette section. En rgime permanent, les tensions moyennes des inductances sont


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nulles, ainsi en appliquant la loi des mailles autour de la boucle extrieure du circuit reprsent

sur la figure (II.1) on trouve :

(II.1)

Figure II.1: Circuit lectrique dun convertisseur DC-DC de type Cuk

A l'tat initial linterrupteur (S) est bloqu, la diode (D) est passante, et le condensateur est charg [6]. L'opration du circuit peut tre divise en deux modes.

Mode 1: Quand linterrupteur est ferm, le circuit est reprsent sur la figure II.2

La tension du condensateur () bloque la diode (D) par polarisation en inverse.

Figure II.2:Circuit quivalent du convertisseur Cuk avec S ferm

Le condensateur () dcharge son nergie dans la charge travers la boucle forme parlinterrupteur (S),,, et. Les inductances sont supposes assez grandes, ainsi que lesondulations de leurs courants sont ngligeables [4]. Ce qui donne :

(II.2)

Mode 2 : Quand linterrupteur est ouvert, le circuit est reprsent sur la figure II.3

V

SV


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Figure II. 3: Circuit quivalent du convertisseur Cuk avec S ouvert

Le condensateur () se charge par la tension d'entre () travers linductance ().L'nergie stocke dans l'inductance () est transfre la charge par la boucle constitue par, ,et [4]. On peut crire donc :

avec (II.3)

Comme le phnomne est priodique, le courant moyen du condensateur est nul.Ainsi, des quations (II.2)et(II.3)[4], il vient :

| |1 0 (II.4)

O : D est le rapport cyclique, et T est la priode de commutation.

Lquation (II.4) se simplifie :

1 0 (II.5)

Ce qui conduit :

=

(II.6)

En supposant que le convertisseur est idal, la puissance moyenne fournie par la sourcedoit tre gale la puissance moyenne absorbe par la charge [4].

(II.7)

Ce qui donne

(II.8)

Il vient donc :

=

(II.9)

A partir des quations (II.6) et (II.9), la tension de sortie du convertisseur Cuk est :

=

(II.10)

Durant lintervalle de conduction du transistor S, les quations suivantes sont vrifies :

= (II.11)

(II.12)

(II.13)

V


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Page 21

(II.14)

Durant lintervalle de conduction de la diode, les quations sont vrifies :

(II.15)

(II.16)

(II.17)

(II.18)

II.1.3.1 Formes d'ondes

Les figuressuivantes donnent les formes donde des grandeurs du convertisseur Cuk surune priode de commutation [11].

Figure II.4: Tension de linductancedans un convertisseur CukA partir de la figure (II.4), la valeur moyenne de 1 est :

|| 0 (II.19)

Avec 1

Figure II.5: Tension de linductance dans un convertisseur CukA partir de la figure (II.5), la valeur moyenne de la tension

est :

|| 0 (II.20)

1

t

0 DT T

1

t


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t

Figure II.6: Courant moyen du condensateur dans un convertisseur Cuk

A partir de la figure (II.6), la valeur moyenne de est :

||

= 0 (II.21)

Figure II.7: Courant de l'inductancedans un convertisseur Cuk

A partir de la figure (II.7), durantlintervalle de conduction du transistor S, nous avons :

(II.22)

(II.23)

Figure II.8: Courant d'inductancedans un convertisseur Cuk

t

t

0

= 0 1

0


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Page 23

A partir de la figure (II.8),durant lintervalle de conduction de la diode, nous avons :

(II.24)

(II.25)

Figure II.9: Tension du condensateur dans un convertisseur Cuk

A partir de la figure (II.9)et durantlintervalle de conduction de transistor S, nous avons:

(II.26)

Par contre durant lintervalle de conduction de la diode, nous avons:

(II.27)

A partir de lquation (II.22), on peut crire:

=

(II.28)

De lquation (II.23), il vient:

(II.29)

En utilisant lquation (II.26),il vient:

(II.30)

Et partir des quations (II.19), (II.20) et (II.21) on a :

(II.31)

(II.32)

(II.33)

En remplaant lquation (II.33) dans lquation (II.30) et les quations (II.31), (II.32) danslquation (II.29) Ce qui nous donne en dfinitive :

(II.34)

(II.35)

t

t)


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Page 24

=

(II.36)

(II.37)

II.1.3.2Dimensionnement des composants

La figure II.11 reprsente le schma dun convertisseur Cuk reli la sortie du panneauphotovoltaque (PV) dont le point de puissance maximale est dfini par une tension V=360 Vetun courantI=29.45 A.

Calculons la tension de sortie, le rapport cyclique et le courant de sortie, sachant que larsistance de charge estR=15.08.

La puissance consomme par la charge est :

La puissancedoit tre gale la puissance maximale fournie par le panneau photovoltaique 10600 , 15.08 la tension de sortie est gale : 400

partir lquation (II.10) : 0.52

Et partir lquation (II.6), le courant de charge est :

..

. 26.64

II.1.3.2.1Calcul des inductances

La taille de linductance dpend de londulation du courant de l'inductance fixegnralement 5% du courant moyen de linductance [4].

A partir de lquation (II.36), linductance calcule par :=

0.05 0.05 29.45 0.05 1.47

Pour 0.525, 360, 50 , on trouve :

.

. 2.567

Et partir de lquation (II.35), linductance est calcule par :

=

=0.05 0.05 26.64 0.05 1.332

Donc :

Pour 0.525, 360, 50 , on trouve :

.

. 2.837

II.1.3.2.2Calcul des capacits

Les capacits des condensateurs sont calcules en supposant que les ondulations de

tension ne dpassent 5% de leurs valeurs moyennes.

A partir de lquation (II.34), la capacit est calcule par :


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360 400 760

760 0.05 23

Pour 360 , 0.525, 50 , 15.08 , 760 , on trouve :

.

. . 0.120

A partir de lquation (II.37), la capacit est calcule par :

0.05 400 20

Pour 1.332, 0.525, 400 , 50 , on trouve :

.

0.1665

II.1.3.3 Choix de la diode

Quand linterrupteur de puissance est bloqu la diode conduit et permet le passage ducourant pour linductance. Les critres les plus importants pour le choix de la diode sont :

La rapidit de la commutation, la tension de claquage, le courant qui la traverse, satension inverse ce qui va rduire au minimum la dissipation de puissance [10].

II.1.3.4 Principe du PWM

Dans les convertisseurs DC-DC, la tension de sortie doit tre rgule pour treconstamment gale une tension de rfrence, du fait que la tension dalimentation V et lescaractristiques de la charge peuvent varier.

Une mthode pour rguler la tension de sortieafin dobtenir une tension moyenne fixe consiste ajuster en permanence le rapport cyclique de commande de linterrupteur

sans modifier T.

Cette mthode qui consiste faire varier la largeur des impulsions de commande delinterrupteur est appele mthode de Modulation de Largeur dImpulsion (MLI) ou encorePWM (Pulse Width Modulation).

Le signal de contrle de linterrupteur S devra tre labor par comparaison entre lerapport cyclique D et une tension en dents de scie comme suit :

Figure II.10: Principe du PWM (DC/DC)

Comparateur


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.

- Lorsque > VDS : S= 1,linterrupteur S est command la fermeture (tat ON).- Lorsque < VDS : S= 0,linterrupteur S est command louverture (tat OFF).

II.1.3.5 Rsultats de Simulation

La figureII.11 montre le schma du circuit du Cuk alimentant une charge rsistive R.

FigureII.11: Circuit lectrique dun convertisseur DC-DC de type Cuk

La simulation du Cuk a t ralise en utilisant les paramtres suivants :

Tension dentre 360

Courant dentre 29.45

2.567

2.837

15.08

0.120

0.1665

0.525

50

PWM D

PV


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Figure II.12: Tension dentre du convertisseur Cuk

Figure II.13: Tension de sortie du convertisseur Cuk

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

temps(s)

tensiond'entre(V)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

50

100

150

200

250

300

350

400

450

temps(s)

tensiondesortie(V)


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Figure II.14: Courant dentre du convertisseur Cuk

Figure II.15 :Courant de sortie du convertisseur Cuk

Les rsultats de simulation montrent que la tension de sortie illustre par la figure II.13est conforme celle calcule thoriquement. La tension dentre est proche de leur valeurcalcule thoriquement, ceci est d linfluence des pertes dans les composants de puissances

non prisent en compte lors du dimensionnement des convertisseurs.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

33.25

33.25

33.25

33.25

33.25

33.25

33.25

temps(s)

courantd'entre(A)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

5

10

15

20

25

30

temps(s)

courantdesortie(A)


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II.2Poursuite du point de puissance maximale

II.2.1 Introduction

Les cellules photovoltaques sont utilises pour fournir de lnergie dans de nombreusesapplications lectriques. Pour obtenir la puissance maximale du panneau solaire, lalgorithme de

poursuite du point de puissance maximale (Maximum Power Point Tracking : MPPT) est utilis

pour contrler les variations de la caractristique courant-tension des cellules. A noter que lacaractristique dune cellule est affecte par lclairement et la temprature.

Notre systme doit donc pouvoir voluer, rapidement et efficacement, en fonction deschangements dilluminations et variation du point de puissance maximale (Maximum PowerPoint : MPP) [8]. Une possibilit aurait t de fixer un point de fonctionnement, en abaissant latension du panneau et dans un mme temps en augmentant le courant. Or ceci nest plus valablelorsque le point de puissance maximale change. Ainsi le systme MPPT doit suivre le point defonctionnement optimal du panneau [3].

Dans le domaine de la conversion d'nergie, la commande MPPT contrle leconvertisseur DC-DC assurant l'interface de puissance du gnrateur photovoltaque et la charge.

Cette commande permet au gnrateur d'nergie de fournir une puissance maximale [12].Dans ce contexte plusieurs mthodes de poursuite et algorithmes ont t mises en

application, chacune prsente des avantages et des inconvnients. Ce chapitre donne uneprsentation gnrale des deux mthodes de poursuite du point de puissance maximale les plusrpandues.

II.2.2 Algorithme de perturbation et dobservation

II.2.2.1 Algorithme P&O simple

Cest lalgorithme de poursuite du PPM le plus utilis, et comme son nom lindique, il estbas sur la perturbation du systme par laugmentation ou la diminution de ou en agissantdirectement sur le rapport cyclique du convertisseur DC-DC, puis lobservation de leffet sur la

puissance de sortie du panneau. Si la valeur de la puissance actuelle P(k) du panneau estsuprieure la valeur prcdente P (k-1) alors on garde la mme direction de la perturbation

prcdente sinon on inverse la perturbation du cycle prcdent. La figure II.16 donnelorganigramme de cet algorithme.

Avec cet algorithme la tension de fonctionnement est perturbe chaque cycle duMPPT. Ds que le MPP sera atteint, V oscillera autour de la tension idale defonctionnement. Ceci cause une perte de puissance qui dpend de la largeur du pas d'une

perturbation simple.

Si la largeur du pas est grande, l'algorithme MPPT rpondra rapidement aux changementssoudains des conditions de fonctionnement, mais les pertes seront accrues dans les conditionsstables ou lentement changeantes [13].

Si la largeur du pas est trs petite, les pertes dans les conditions stables ou lentementchangeantes seront rduites, mais le systme ne pourra plus suivre les changements rapides de latemprature ou de l'insolation.

Linconvnient de la mthode P&O est lorsquune augmentation brutale delensoleillement est produite on aura une augmentation de la puissance du panneau, lalgorithme

prcdent ragit comme si cette augmentation est produite par leffet de perturbation prcdente,alors il continue dans la mme direction qui est une mauvaise direction, ce quil loigne du vrai

point de puissance maximale.


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Ce processus continu jusqu la stabilit de lensoleillement o il revient au vrai point depuissance maximale. Ceci cause un retard de rponse lors des changements soudains desconditions de fonctionnement et des pertes de puissance [12].

II.2.2.2 Algorithme P&O amlior

Pour remdier linconvnient de la mthode P&O simple, une version amliore delalgorithme P&O est propose. On introduit une nouvelle condition la branche Oui de lacondition 0 . Si est positif dans les deux cycles prcdents de perturbation ousi la direction de perturbation tait dans la mme direction dans les deux cycles prcdents, alorsla prochaine perturbation sera inverse par rapport la prcdente sans prise en compte de ladirection de variation de la puissance [13].

Figure II.16: Organigramme de lalgorithme de perturbation et dobservation (P&O)

Dbut

Mesurer Ik, Vk

Pk IkV k

Pk Pk Pk1

Vk 1 V

Pk 1 Pk

Diminuer la tension Augmenter la tensionDiminuer la tension

Pk

Vk 0 Vk 0

V V Vk1

Augmenter la tension

OuiNon

OuiOui

Non Non


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II.2.2.3 Commande MPPT

Comme expliqu dans la section prcdente, l'algorithme MPPT indique un contrleurde MPPT comment dplacer la tension d'opration. Puis, il est la tche d'un contrleur de MPPTd'apporter la tension un niveau dsir et de la maintenir. Il y a plusieurs mthodes employes

pour raliser le MPPT [4].

II.2.2.4 Commande directe

Suivant la figure II.17, cette mthode de contrle est plus simple et emploie seulementune boucle d'avertissement, et elle effectue l'ajustement du rapport cyclique dans l'algorithmeMPPT.

La rsistance vue par le PV est la rsistance d'entre du convertisseur. Dans unconvertisseur Cuk, la rsistance dentre est exprime en fonction de la rsistance de charge par :

12

2 (II.38)

: la rsistance de la chargeD: le rapport cyclique du convertisseur Cuk.

Selon lquation (II.6), laugmentation de D diminuera la rsistance d'entre (), ainsi latension d'opration du PV se dplace vers la gauche. De mme, la diminution de Daugmentera), ainsi la tension d'opration se dplace vers la droite. Lalgorithme de

poursuite (P&O) prend la dcision comment dplacer la tension d'opration.

La rponse temporelle de l'tage de puissance et de la source de PV est relativement lente(10 50 millisecondes selon le type de charge) [4].

II.2.2.5Commande directe de la sortie

Cette mthode est une variante de la commande directe exigeant uniquement deuxcapteurs lun pour la tension et lautre pour le courant de sortie. Les deux mthodes mentionnesci-dessus emploient des capteurs d'entre ce qui permet davoir une commande prcise du pointde fonctionnement du module. Cependant, elles exigent habituellement d'autres capteurs pourdtecter l'tat de surtension et de surintensit de la charge. La ncessit de quatre capteurs renddifficile la rduction du cot du systme.

Cette mthode dtecte la variation de puissance du PV ct sortie du convertisseur etutilise le rapport cyclique comme variable de contrle.

La figure II.18 montre l'organigramme de l'algorithme en question. Il perturbe le rapportcyclique et mesure la puissance de sortie du convertisseur. Si la puissance augmente, le rapportcyclique est encore perturb dans la mme direction; dans le cas contraire la direction serarenverse [4].

II.2.2.6 Limitations du MPPT

L'inconvnient principal du MPPT est qu'il n'y a aucun contrle de la sortie tandis qu'ildpiste un point de puissance maximum. Il ne peut pas rgler l'entre et la sortie en mmetemps.

En ralit le convertisseur DC-DC utilis dans le MPPT n'est pas 100% efficace. Le gaind'efficacit du MPPT est grand, mais le systme doit tenir compte des pertes d'efficacit duconvertisseur DC-DC. Il y a un compromis tenir en compte entre l'efficacit et le cot. Il est


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galement ncessaire de chercher d'autres mthodes d'amlioration de l'efficacit telles quel'utilisation d'un traqueur du soleil [4].

Figure II.17:Schma fonctionnel du MPPT avec une commande directe

Convertisseur

DC-DC

PWM

Algorithme MPPT avec rapport cyclique

Panneau

PV

Charge


43/85


Page 33

Figure II.18: Organigramme de lalgorithme perturbation et observation contrle direct

II.2.2.7Simulations du MPPT avec une charge rsistive

La figureII.19 montre le schma bloc du systme simul. Il comprend le module BP SX150 S avec une irradiation G=1000/ et de temprature T=25qui alimente unconvertisseur DC-DC (Cuk), Ce dernier est contrl par lalgorithme MPPT et alimente sontour une charge rsistive R= 16 .Le MPPT utilis est base de contrle direct de la sortie.

Dbut

Mesurer de ,

1

1

Dk 1 D

Diminuer lerapport cyclique

Diminuer lerapport cyclique

Augmenter lerapport cyclique

Augmenter lerapport cyclique

Dk Dk 1 0

0

Dk Dk 1 0

OuiNon

OuiOui

NonNon


44/85


Page 34

Figure II.19:Schma du convertisseur Cuk contrl par MPPTII.2.2.8 Rsultats de simulation

Les figures suivantes reprsentent les rsultats de simulation de lassociation panneau-convertisseur DC-DC pour G=1000/ avec T=25C :

Figure II.20:Tension de sortie du convertisseur Cuk (P&O)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

50

100

150

200

250

300

350

400

450

temps(s)

tensiondesortie(V)

MPPT

PWMPanneau


45/85


Page 35

Figure II.21:Tension dentre du convertisseur Cuk (P&O)

Figure II.22:Puissance dentre du convertisseur Cuk (P&O)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

100

200

300

400

500

600

temps(s)

tensiond'entre(V)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

5000

10000

15000

temps(s)

puissance(W)


46/85


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Les rsultats de simulation montrent que les tensions sont trs proches de leurs valeurscalcules thoriquement, ceci est d linfluence des pertes dans les composants de puissancesnon prisent en compte lors du dimensionnement des convertisseurs.

II.2.3 Mthodes contre raction de tension

Dans ce cas on se repose sur le contrle de la tension de fonctionnement des panneaux par

la comparaison de cette tension avec une tension de rfrence. Cela gnre une tension derreurqui fait varier le rapport cyclique de la PWM de commande afin dannuler cette erreur.

II.2.3.1 Mthode tension de rfrence fixe

A cause de la dpendance de la tension du panneau avec lensoleillement et la temprature,la tension de puissance maximale est dvie, alors la tension de rfrence doit tre corrige pourdiffrents ensoleillements et tempratures au long des priodes de lanne [13]. Dans cettemthode la tension de rfrence est prdfinie. Elle correspond la tension moyenne delintervalle des points de puissances maximales releves par des tests sous diffrentes conditionsdensoleillement et de temprature.

Afin de gnrer le maximum de puissance on fait varier simplement les diffrents facteursde pondration lors de la mise au point.

La figure II.23 prsente le schma synoptique de cette mthode.

Figure II.23: Principe de la mthode contre raction de tension avec rfrence

La partie commande pour objectif de dterminer les valeurs de consigne pour la valeur

de la tension de sortie du hacheur ainsi que pour le courant circulant dans ce dernier.

Plusieurs contraintes doivent tre appliques au systme de commande de ce hacheur demanire assurer un fonctionnement correct.

Nous dfinissons le mode de fonctionnement pour le rgulateur de tension. dans ce mode,seul le rglage de la tension par le contrle du rapport cyclique de la commande delinterrupteur.la valeur de la tension U reste dans les limites imposes [Umin,Umax]= [350.450].

pour fixer la tension de sortie une rfrence, on effectue un test sur la valeur de cette tension eton validera un rapport cyclique (commande) suivant son niveau [2].

Convertisseur

DC -DCCharge

PWM

D

Panneau


47/85


Page 37

Figure II.24: Organigramme de lalgorithme tension de rfrence fixe.

II.2.3.2 Simulations du MPPT sur une charge inductive quelconque autour de la puissancemaximale de GPV

La figureII.23 montre le schma bloc du systme simul. Il comprend le gnrateur PVavec une irradiation G=1000/qui alimente un convertisseur DC-DC (Cuk,). Ce dernier estcontrl par lalgorithme MPPT et alimente son tour une charge inductive quelconque. LeMPPT utilis est base de contrle direct de la sortie.

II.2.3.3 Rsultats de simulation

Les figures suivantes reprsentent les rsultats de simulation de lassociation panneau-

convertisseur DC-DC pour G=1000/ avec T=25C:

D = 0,5

D = 0,001

Dbut

Capture de Ventreet Vsortie

Ventre= Vref

Ventre>Vref

D = D +DD = D - D

D= 0,1 D= 0,9

D = D +D D = D - D

Oui Oui

Oui

Oui

Non

NonNon


48/85


Page 38

Figure II.25:Tension de sortie du convertisseur Cuk (CRT)

Figure II.26:Tension dentre du convertisseur Cuk (CRT)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

100

200

300

400

500

600

temps(s)

tensiondesortie(V)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

100

200

300

400

500

600

temps(s)

tensiond'entre(V)


49/85


Page 39

Daprs les rsultats de simulation obtenus, on remarque que la poursuite du point depuissance maximale base sur lalgorithme de commande directe de la sortieest performante soitdu cot poursuite du point de puissance maximale du systme photovoltaque soit du ct dergler la tension dsire du sortie ;car le rgulateur gre le systme suivant les fonctions dcrites

prcdemment.la tension de sortie se stabilise la tension de rfrence voulue aprs un rgimetransitoire caus par laccumulation dnergie dans la bobine.

II.3 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons prsent toutes les quations qui rgissent le fonctionnementet le principe de fonctionnement des convertisseurs de type Cuk .

Les rsultats de simulation ont montr la validit de la mthode adopte pour ledimensionnement des composants. Puis, nous avons mis en vidence la conception dun systme

photovoltaque optimis et par nature difficile. En effet, ct source, pour un panneauphotovoltaque, la production de puissance varie fortement en fonction de lclairement, de latemprature, mais aussi du vieillissement global du systme. Nous avons montr galement que

tel panneau fonctionne le plus souvent possible dans son rgime optimal, la solutioncommunment adopte est dintroduire un convertisseur statique qui jouera le rle dadaptateursource-charge. La commande MPPT permet de faire fonctionner un panneau photovoltaque defaon produire en permanence le maximum de sa puissance.


50/85

Chapitre III Etude du comportement de la MAS en prsence dun dfaut au GPV

Page 40

Chapitre IIIEtude du comportement de la M S enprsence dun dfaut au GPV

III.1 Introduction

Entrainer des charges vitesse variable, tout en contrlant la vitesse ou le couple, est devenuincontournable dans les industries modernes. De la montre au concasseur, en passant par

llectromnager, les systmes de traction, de levage, les applications sont innombrables et varis,

de mme que les solutions techniques. Toutefois, depuis une vingtaine dannes, les entrainements

par moteurs lectriques connaissent un essor important. Ceci est du en grande partie aux progrsraliss dans le domaine de la commande des machines a courant alternatif, et est grce audveloppement de la technologie des composants de llectronique de puissance, et lapparition des

processus numriques a frquence leve et a forte puissance de calcul [14, 15].

Dans ce chapitre, on prsentera, dans une premire partie, la modlisation dune machine

asynchrone associe un convertisseur statique (un onduleur MLI).

La simulation du comportement de la machine asynchrone en tat sein, ainsi en cas dedfaillance la fin de ce chapitre.

III.2 Modlisation de la MAS

Les modles des machines lectriques les plus utiliss sont bass sur la thorie unifie des

machines lectriques classiques, dite encore thorie gnralis. Cette thorie est base sur latransformation dePark, qui rapporte les quations lectriques statoriques et rotoriques un systme

cartsien daxes, d, q [16].

III.2.1 Hypothses simplificatricesLes phnomnes physiques inhrents au fonctionnement du systme peuvent tre partiellement

ou totalement pris en compte dans un modle. Ils dcoulent plusieurs niveaux de modlisation lisaux hypothses simplificatrices associes [14].

On adopte les hypothses suivantes [17]: entrefer constant,

circuit magntique non satur et permabilit constante,

pertes ferromagntiques ngligeables, la constance des inductances propres . . .,

La figure (III.1) tir du [17] reprsente la distribution spatiale des enroulements statoriques et

rotoriques dune telle machine asynchrone.


51/85

Chapitre

Fi

III.2.2

III.2.2.

Parmachin

On dd

et rotor

Le roto

III.2.2.

La mat

rabc

sabc

III

ure III.1:

quations

Equation

applicatio, la loi des

it pour le

ques:

tant en c

Equation

ice des flu

[ ] [[ ]

rs

s

M

L

eprsentat

gnrales

s des tensi

de la loimailles se

semble de

/

urt-circuit

s des flux

rels fait

]]

rabc

sabc

r

sr

i

i

L

ion des enr

e la machi

ns

eFaradayxprime par

phases,st

0

ses tension

pparaitre q

Etude du co

ulements

ne

lun desla relation

toriques

s sont nulle

atre sous-

portement

e la MAS

six enroul[17] :

s.

atrices d

de la MAS en

riphas da

ments stat

nductances

prsence d

s lespace

riques et r

[17] :

n dfaut au

Pag

lectrique

otoriques d

(II

(III

(III.

(II

PV

e 41

e la

.1)

. 2)

3)

I.4)


52/85


Page 42

Finalement :

[ ] [ ][ ] ( )[ ][ ] [ ][ ]{ }rabcsrsabcssabcssabc iMiLdtdiRv ++= / (III.5)

[ ] [ ][ ] ( )[ ] [ ] [ ][ ]{ }rabcrsabct

srsabcrrabc iLiMdtdiRv ++= / (III.6)

III.2.2.3 Equations mcaniques

Lquation fondamentale de la mcanique dcrivant la dynamique du rotor de la

machine [14]:

=

=+

.p

CCfdt

dJ remr

(III.7)

avec :

J : moment dinertie du rotor,

: vitesse angulaire mcanique du rotor, rf : coefficient de frottement visqueux, emC : couple lectromagntique dlivr par le moteur,

rC : couple rsistant, ou de charge,

: vitesse angulaire lectrique du rotor.

III.2.3 Modlisation de Park de la machine asynchrone

III.2.3.1 Principe de la transformation de Park

La transformation directe de Park est dfinie par la matrice [P]. Aux vecteurs originaux [v abc],

[i abc] et [ abc], la transformation de Park fait correspondre les vecteurs [v dq0], [i dq0] et[ dq0]. La transformation de Park est applique de manire identique au vecteur de tensions, decourants, et de flux [x dqo]= [xo xd xq]t . Le vecteur xo reprsente la composante homopolaire,

normale au plan form par les vecteurs x a , x b , et x c . Les vecteurs x d et x q

reprsentent les vecteurs diphass qui correspondent aux vecteurs x a , x b , et x c [14 ,15 ].

La transformation deParkest dfinie par :

[ ] [ ] [ ]abcdq xPx =0 (III.8)O [P] est la matrice de passage direct, elle est donne par :

[ ]

+

+

=

2/12/12/1

)3/2sin()3/2sin(sin

)3/2cos()3/2cos(cos

.

cP

(III.9)


53/85


Page 43

Avec )( s= pour le stator, ou )( r= pour le rotor. c est une constante qui peut prendre soit

les valeurs (2/3) ou 1 pour la non conservation de puissance, soit la valeur (2/3) pour uneconservation de puissance [18].

Dans notre cas, nous prendrons : c= (2/3)

On remarque que s et r sont naturellement lis par la relation rigide : = )( rs (III.10)

On dduit par drivation :

=== pdt

drs

)(

(III.11)

o:

s : vitesse des axes d, q dans le repre statorique,

r : vitesse des axes d, q dans le repre rotoriques.

III.2.3.2 Equations des tensions

Les quations deParkstatoriques et rotoriques scrivent :

( )

( )

( )( )

=++==+=

++=

+=

0/)/(

0/)/(

/)/(

/)/(

rdrrqrqrrq

rqrrdrdrrd

sdssqsqssq

sqssdsdssd

dtddtdiRv

dtddtdiRv

dtddtdiRv

dtddtdiRv

(III.12)

avec :

=

=

dtd

dtd

rr

ss

/

/

(III.13)

III.2.3.3Equations magntiques

+=

+=

+=

+=

sqrqrrq

sdrdrrd

rqsqssq

rdsdssd

MiiL

MiiL

MiiL

MiiL

(III.14)

III.2.3.4 Equation mcanique

( )24.=

rrem fCCdt

dJ

(III.15)


54/85


Page 44

III.2.4 Expression du couple lectromagntique

Le couple lectromagntique peut prendre diverses formes, en fonction des variables que lon

limine (opest le nombre de paires de ples) [15]:

( )25.)( = sdrqsqrdr

em iiL

pMC

(III.16)

III.3 Choix du rfrentiel

Il y a trois transformations de rfrentiel qui sont couramment employes dans la simulation des

machines lectriques. Danschaque cas il s'agit d'assigner une vitesse particulire au rfrentiel pourobtenir une transformation donne. Ces transformations se font dans les rfrentiels suivants [19]:

rfrentiel (d, q) fix au stator ou stationnaire :

0=dtd s , =dt

d r

(III.17)

La transformation dans le rfrentiel (d, q) fix au stator ou stationnaire porte aussi le nom detransformation de Clarke ou transformation (, ). Ce rfrentiel tant fixe, la vitesse est nulle.Commela vitesse est nulle, langle du rfrentiel demeurera constant et sa valeur est arbitraire. Nousavons choisi de travailler avec un angle nul [19].

rfrentiel (d, q) fix au rotor :

=dt

d s, 0=

dt

d r

(III.18)

La vitesse du rfrentiel ainsi que sa position angulaire deviennent celles du rotor.

rfrentiel (d, q) synchrone :

ss

dt

d

= , rs

r

dt

d

==

(III.19)

Ce rfrentiel tourne lavitesse du champ tournant du stator.

Le choix de transformation de rfrentiel est essentiellement dict par les variables de phase quenous voulons observer ainsi que I application.

Si les variables de phases au stator et au rotor ne nous intressent pas, la machine peut tre

simule dans le rfrentiel synchrone sans qu'aucune transformation ne soit ncessaire. Si l'on dsire

simuler cette machine dans des conditions quilibres mais que cette fois, on dsire observer lescourants de phase statoriques, la transformation dans le rfrentiel stationnaire est celle qui requiert

le moins de calculs. Si par contre on s'intresse aux courants de phase rotoriques, la transformation

dans le rfrentiel fix au rotor sera la plus avantageuse [19].

III.3.1 Rfrentiel li au champ tournant

En substituant (III.17)dans(III.12) on obtient les quations de la machine asynchrone dans le

repre (d, q) li au champ tournant :


55/85


Page 45

=++=

=+=

++=

+=

0)()/(

0)()/(

)/(

)/(

rdsrqrqrrq

rqsrdrdrrd

sdssqsqssq

sqssdsdssd

dtdiRv

dtdiRv

dtdiRv

dtdiRv

(III.20)

L'avantage d'utiliser ce rfrentiel, est d'avoir des grandeurs constantes en rgime permanent. Il

est alors plus ais de faire la rgulation [19].

III.3.2 Rfrentiel li au stator

Pour obtenir les quations de la machine asynchrone dans le rfrentiel (d, q) li au stator, ilsuffit donc de substituer dans le systme dquations du rfrentiel (d, q) arbitraire (III.12) les

valeurs (III.17), et en remplaant d par et q par . Dans ces conditions, on obtient

le systme dquations (III.21) :

=+=

=++=

+=

+=

0)/(

0)/(

)/(

)/(

rrrrrr

rrrrrr

ssss

ssss

dtdiRv

dtdiRv

dtdiRv

dtdiRv

(III.21)

Cest le repre le mieux adapt pour travailler avec les grandeurs instantanes, il possde des

tensions et des courants relles et peut tre utilis pour tudier les rgimes de dmarrage et defreinage des machines courant alternatif

III.4 Modlisation de la machine asynchrone alimente en tension

III.4.1 Mise en quation dtat

Unecaractristique importante du modle est la nature des variables d'tat. Dans la plupart desmodles de machines lectriques, les variables d'tat sont gnralement les courants circulant dansles divers enroulements de la machine ou les flux de ces mmes enroulements. Le choix devrait tre

dict par le systme d'quations qui requiert le moins de calcul [19].

Pour une machine asynchrone alimente en tension, les tensions statoriques vs et vs

reprsentent les variables de commande, et nous considrons les courants statoriques ),( ss ii , les

flux rotoriques ),(

rr

et la pulsation mcanique comme variables dtat, le couple

rsistant rC tant comme perturbation. .

On cherche obtenir un systme dquation crit sous forme :

=

+=

CXY

BUAXX

(III.31)

avec :

X: vecteur dtat,

Y: vecteur de sortie,

(III.22)


56/85


Page 46

A: matrice dvolution dtat du systme, B: matrice de commande (dentre), U: vecteur du systme de commande, C: matrice dobservation.

Les quations d'tat de la partie lectrique de notre modle s'obtiennent en substituant les flux

de (III.14) dans les quations des tensions (III.21)puis en isolant les drives des courants et des

flux. On obtient alors le systme dquations (III.23) suivant :

( )32.

1

1

1

1

+=

=

+++=

+++=

rr

rsr

r

rrr

sr

r

ss

rr

rss

ss

rrr

ss

Ti

T

M

Ti

TM

vLT

kkii

vL

kT

kii

par identification :

( )33.0010

0001,

00

00

10

01

,

10

10

0

0

=

=

= CL

L

B

TT

M

TT

M

T

k

k

kT

k

As

s

rr

rr

r

r

avec :

),(1 2

rrs

ssr TL

MR

Let

LL

Mk +==

rsLL

M21= : Facteur de dispersion,

r

rr

R

LT = :Constante du temps rotorique.

(III.24)

(III.23)


57/85

Chapitre

III.4.2

Decelle d

=em

dt

dJ

C

III.5 M

Le

largem

matire

perforcesse g

base d'd'excu

III.5.1

Un

interrup

bche a

court-cimanir

Le

donn

F

Pour si

la

la

III

quations

(III.15),lmouveme

++ rr

sr

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fC

iL

pM(

odlisatio

onduleurs

nt utiliss

de semi-c

ants. En sandissante

rchitectureer en temp

odlisati

onduleur

teurs. Pour

vec une di

rcuitage decomplme

schma st

ar la figure

igure III.2 :

plifier l

commutati

chute de te

mcanique

xpressiont sont don

=

em

sr

C

i )

de lalim

de tensio

dans les s

onducteur

cond lieu,des proces

reconfigus rel des a

n de lon

e tension t

chaque in

de de rcu

la source,ntaire [14,

ucturel de

(III.2) :

Schma d

ude, on su

on des inte

nsion aux

s

u couple e par :

ntation de

, associs

ystmes d'

nt permis

l'volutioseurs de sig

able (FPGgorithmes

uleur de t

riphas est

errupteur e

pration. P

es interrup21,17].

londuleur

un ondule

posera que

rupteurs es

ornes des i

Etude du co

lectromag

la MAS

aux machi

ntraneme

la ralisati

des technnaux (DSP

A,"Fieldcomplexes

nsion trip

constitu

st form p

ur assurer

eurs k11et

de tension

r de tensio

[21]:

t instantan

terrupteur

portement

tique exp

es cour

t industri

on de con

iques num, "Digital

rogrammade contrle

as

e trois cell

r un transi

la continui

12,k21et

alimentan

triphase

e,

est nglig

de la MAS en

im dans

nt alternat

ls. En pre

ertisseurs

riques, noignal Proc

le Gate Ades conve

ules (bras)

stor (ou u

t des cour

22, k31 et k3

le stator

alimentant

eable,

prsence d

otre rfre

if, sont de

ier lieu,

statiques d

amment l'essing") et

rray"), pertisseurs [2

de commu

thyristor)

ants alterna

2 doivent

u moteur

le stator d

n dfaut au

Pag

tiel (,

(III.

nos jours

es progrs

e plus en

tilisation sdes systm

et dsor].

tation de d

mont en t

tifs et vite

tre contrl

synchrone

la MAS

PV

e 47

, et

25)

trs

en

lus

anss

ais

eux

te-

r le

de

est


58/85

Chapitre

la

Do o

Onkci,on

=

=

=

31

21

11

1

1

1

f

f

f

avec :

fci fci

L

nuds

par les

=

=

=

cn

bn

an

v

v

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Les ten

=

=

=

u

u

u

sca

sbc

sab

Postatoriq

+ sbsa vv

Les ten

III

charge trip

prsente c

F

dfinit laa :

30

20

10

f

f

f

=1 si lint=0 si lint

nduleur es

a , b

ensions sui

c

c

c

U

U

U

31

21

11

ions comp

(

(

(

31

21

11

fU

fU

fU

c

c

c

r une chaes simples

0=+ scv

ions simpl

has est q

haque pair

igure III.3 :

onction de

rrupteur esrrupteur es

aliment

et c de

vantes :

oss dlivr

)

)

)

11

31

1

rge triphasont relis

es sont li

ilibre, co

transistor-

Interrupte

connexion

t ferm,t ouvert.

ar un gn

londuleur

es par cet

quilibrpar :

s aux tensi

Etude du co

pl en toi

diode par u

r bidirecti

fci (c{1,

ateur phot

triphas pa

nduleur so

e, coupl

ns compos

portement

le avec un

ne seule in

onnel de p

, 3},i {

voltaque,

rapporta

t donns p

en toile

es par :

de la MAS en

eutre isol

erruptrice

ire transist

1, 2}) com

damplitud

point mili

ar :

avec un

prsence d

.

idirection

or-diode

e ltat d

eUc.Le

eu fictif

eutre isol

n dfaut au

Pag

elle.

linterrup

(III.

potentiels

sont do

(III.

(III.

, les tensi

(III.

PV

e 48

eur

26)

des

ns

27)

8)

ons

29)


59/85


Page 49

=

=

=

)(3

1

)(3

1

)(3

1

sbcscasc

sabsbcsb

scasabsa

uuv

uuv

uuv

(III.30)

Aprs arrangement les quations des deux systmes (II.28) et (II.30), on obtient le systme

matricielle suivant :

=

31

21

11

211

121

112

3f

f

fU

v

v

vc

sc

sb

sa

(III.31)

Pour dterminer les fonctionsfci, on prsentera dans ce qui suit la stratgie de commande de

londuleur.

III.5.2 Commande de londuleur par la stratgie triangulo-sinusodale

La MLI Sinus-Triangle utilise le principe d'intersection entre une rfrence sinusodale de

frquence f, appele modulante, et un signal triangulaire de haute frquence fp, appele la porteuse

P, pour dterminer les instants de commutation. Le schma de principe est donn par la figure(III.4) [20].

Figure III.4:Principe de la MLI Sinus-Triangle(DC/AC)

Les signaux de rfrence sont dfinis par [22]:

3,2,1,3

)1(22sin)( =

= jjftVtV mrefj

(III.32)

La porteuse est donne par [21]:


60/85


Page 50

( )

( )

++

++

+

+

=

])1(,2

1[344

]2

1,[14

4

)(

pp

p

pm

pp

p

pm

p

TnTntsinT

tV

Tn

nTtsinT

tV

tV

(III.33)

avec : Tppriode de Vp

La commandeMLIest caractrise par les deux paramtres [16] :

lindice de modulation m gal au rapport de la frquence de modulation sur la frquence derfrence,

Le coefficient de rglage en tension r gal au rapport de lamplitude de la tension de

rfrence la valeur crte (Uc/2) de londe de modulation.

Notez que laugmentation de m rejette les premiers harmoniques non nuls vers les frquencesleves et donc facilite le filtrage. Mais m est limit par le temps de commutation des interrupteurs

du londuleur et donc par la largeur minimale des impulsions [16].

Alors, le choix de m procde dun compromis entre la neutralisation des harmoniques et le

rendement de londuleur, dans notre travail nous avons prend m=100. Tandis que, par action sur r

on peut faire varier la valeur efficace du fondamental de la tension de sortie.

III.6 Simulation du comportement du systme en tat sain

III.6.1 paramtres de la machine asynchrone

Pour toute simulation dans ce mmoire, nous avons adopt une machine asynchrone de puissance

5.5Kw dont les caractristiques suivantes :

La tension nominale : U=220/380V.

Le courant nominal : 21/12A.

Frquence du rseau : 50 Hz.

Vitesse nominale : Nn= 2930 tr/mn.

Nombre de paires de ples : p = 1.

Rsistance statorique : Rs = 2.25 Ohm.

Inductance cyclique statorique : Ls = 0.1232 H.

Rsistance rotorique : Rr = 0.70 Ohm.

Inductance cyclique rotorique : Lr = 0.1122 HInductance mutuelle cyclique : M = 0.1118 H.

Constant

djeriou salim

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