universitaire larbi ben m’hidi oum el-bouaghi mémoire de
TRANSCRIPT
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Universitaire Larbi Ben M’hidi Oum El-Bouaghi
Faculté des Sciences et TechnologiesDépartement d’Electrotechnique
Mémoire de fin d’étudesEn vue de l’obtention du Diplôme de Master en Systèmes
Electriques & Automatique (SEA)
Option : Génie Electrique (GE)
Thème
Modélisation et commande d'un onduleur MLI
Proposé et Dirigé par : Présenté Par :
Mr: A. Haddoun Melle : Adjimi Nadia Melle : Belaidi Wahiba
Année Universitaire : 2008/2009
Dédicace
J’ai l’honneur de dédier ce travail à mes chers parents, pour leur aide
et leurs soutient continuel.
Ma mère, la lumière des yeux et source de ma volonté.
Mon père qui a sacrifie tout pour je puisse étudier.
A mes frères et ma sœur (Hanane, Kheirreddine, Adel.
A tout ma famille.
A mes copains et copines.
A tout personne qui ma connait et m’aimé surtout ma promotion (2 ème année Master).
A. Nadia
Dédicace
J’ai l’honneur de dédier ce travail à mes chers parents, pour leur aide
et leurs soutient continuel.
Ma mère, la lumière des yeux et source de ma volonté.
Mon père qui a sacrifie tout pour je puisse étudier.
A mes frères et ma sœur (Zahir, Mounira,
Yacine ,Souad,Sihem,Rachida,Houssem,
A tout ma famille.
A mes copains et copines.
A tout personne qui ma connait et m’aimé surtout Mokdad etMa promotion (2 ème année Master).
B. Wahiba
Remerciement
Nous tenons d’abord à remercier dieu tout puissant, qui nous à
éclairé le bon chemin et que nous à permis de réaliser ce modeste
travail.
Nous tenons à exprimer notre chaleureuses gratitudes à Mr :
Abdelhakim Haddoun pour son aide, son encouragement, sa patience
et ses précieux conseils.
Nous remerciemons également tous les membres de jury pour
avoir bien voulu évaluer notre travail.
L’ensemble des enseignants de l’institut d’électrotechnique pour
leurs efforts pendant les années d’étude.
En fin Nous adressons notre remerciements les plus profonds et
les distinguées à tous ceux qui nous aidons de proche ou de loin pour
accomplir ce travail.
Page
1-1. Introduction …………………………………………………………………………..
1-2. Types d’onduleurs et leurs applications ……………………………………….……
1-2.1. L’onduleur autonome …….……………………..……………………………..
1-2.2. L’onduleur non autonome (ou assisté)………………………………………….
1-2.3. L’onduleur de tension .…………..…………………………………………….
1-2.4. L’onduleur de courant ...…………..……………………………………………
1-3. Modélisation du fonctionnement des onduleurs de tension triphasés………………
1-3.1. Structure de l’onduleur de tension triphasé………………………………….
1-3.2. Modèle de commande de l’onduleur de tension triphasé………..……………..
1-4. Commande par signaux carrés……………………………………………………….
1-4.1 Commande adjacente…………………………………………………………..
1-4.2 Commande décalée……………………………………………………………..
1-5. Commande en onde en marge d'escalier......................................................................
1-6. Commande par découpage…………………………………………………………..
1-7. Commande par modulation de largeur d’impulsion………………………………..
1-7.1.Principe de base de MLI…………………...………………………………........
1-7.2.Caractéristiques de la modulation……………………………………………….
1-7.3. Différente technique de modulation en MLI…………………………………...
a. Modulation en boucle ouverte………………………………………………..
b. Modulation d’échantillonnage naturelle……………………………………..
c. Modulation d’échantillonnage régulier………………………………………
Echantillonnage régulier symétrique……………………………... Echantillonnage régulier asymétrique…………… .……………...
d. Modulation en boucle fermée………………………………………………...
1-8. Les différentes possibilités de la génération des signaux MLI...…………………….
02
02
02
03
04
05
06
06
08
10
10
11
11
12
13
13
13
14
14
14
15
15
16
16
17
1-8.1.Technique analogique …….……………………………………………………
1-8.2. Technique digitale …………………………………………………………….
1-8.3. Technique hybride ……………………………………………….……………
17
18
18
Introduction Générale ………...……………...................................................................
Comparaison des Différentes Techniques de Commande
01
CHAPITRE UN
1-9. Conclusion……………………………………………………………………………. 19
2-1. Introduction……………………………………...………………………………...…
2-2. Commande sinus-triangle……………………………………………………..……..
2-2.1. Principe de base…………………………………………………………...…...
2-2.2. Propriétés………………………………………………………………………
2-2.3. Tensions de référence………………………………………………………….
2-2.4. Le schéma de bloc……………………………………………………….……..
2-3. Commande Dent de Scie……………………………………………………….…….
2-3.1. Le schéma de bloc……………………………………………………….……..
2.4. Conclusion……………………………………………………………………..……..
20
20
20
22
22
22
26
26
31
3-1. Introduction………………..………………………………………………………
3-2. La technique de modulation vectorielle ……………………………………….….
3-3. Nouvelle méthode de détermination des secteurs………………………………...….
3-4. Etude de simulation………………………………………………………………..…
3-4.1 MLI vectorielle sous SIMULINK…………………………………………...........
a- Détermination des tensions de références VV , l’angle …………………..…...
b- Déterminer les durées T 1, T 2 et T 0 de temps………………………………….....c- Déterminer la période de commutation de chaque transistor (S1 à S6)………...….
3-4..2. résultats de simulation …………………………………………………..……...
3-5. Conclusion……………………………………………………………………...……
Conclusion générale………………………………………………………………...……
Annexe……………………………………………………………………………….……
Bibliographie……………………………………………………………………………..
32
32
35
36
36
37
38
39
40
44
45
46
47
CHAPITRE DEUXCommande par modulation de largeur d’impulsion
CHAPITRE TROIS MLI Vectorielle
Introduction générale
Introduction générale
Lorsque l’on veut varier la vitesse des machines électriques, on cherche à générer des tensions statoriques à amplitude et fréquence variables. L’idéal serait de générer des tensions purement sinusoïdales. Un dispositif permettant d’obtenir un tel fonctionnement (comme un amplificateur linéaire) engendrerait un rendement assez faible. Ce dernier est essentiellement du aux pertes par effet joule dans les semi conducteurs en fonctionnement continu. Il est donc naturel de se tourner vers un mode d’alimentation par commutation. Ceci implique des formes d’ondes de courants et de tension qui ne sont plus sinusoidales et des pertes par commutation dans les semi-conducteurs. Nous allons donc traiter dans ce travaille, le principe de fonctionnement des circuits de commutation et les effets indésirables qu’ils entraînent sur la machine asynchrone utilisée à vitesse variable. Quelques études de cas auront lieu dans un fonctionnement « basse vitesse ».
Nous disposons essentiellement de l’énergie du réseau d’alimentation alternative pour
alimenter les machines électriques. La tension est donc sinusoïdale à fréquence fixe. Afin d’obtenir une alimentation à fréquence variable, nous utilisons dans la plus parts des cas une associations de différents convertisseur. La chaîne d’alimentation la plus courante peut être composée d’un transformateur d’un redresseur et d’un onduleur alimentant la machine asynchrone. Nous ne détaillerons par l’influence des imperfections du réseau ni celles du transformateur et du redresseur. Nous supposons ceuc-ci inexistants.
Cette étude, comportant trois chapitres, est organisée comme suit : - Le premier chapitre présente les différents types d’onduleurs et leur constitution générale ainsi que leur applications avec la modélisation de fonctionnement, tout en montrant leur principe pour différentes commandes (commande par signaux carrées et commande par MLI).
- Le deuxième chapitre consiste une étude comparative entre les deux stratégies de commandes : la MLI sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie, ces deux stratégies seront basées sur la bande de réglage et le taux d’harmonique des tensions de sorties. - Le dernier chapitre est consacré à l'étude de MLI vectorielle
Les différents résultats de simulation (de tensions ou de courants) sont obtenus par des schémas de simulation, réalisés sous Simulink de l’environnement Matlab. en suite on entame la comparaison entre différentes stratégies de commande avec leurs analyse spectrale.
1
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
2
1.1 INTRODUCTION
Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion continue – alternative,
alimenté en continu, il modifie de façon périodique les connexions entre l’entrée et la sortie et
permet d’obtenir l’alternatif à la sortie. L'onduleur est essentiellement utilisé pour fournir une
tension ou un courant alternatif afin d’assurer l’alimentation en énergie des charges critiques
(micro-ordinateur, station de télécommunication.) pendant la coupure du réseau électrique ou
une alimentation permanente pour les systèmes autonomes (centrales photovoltaïques, engins
aérospatiaux,…) [1]. La représentation symbolique d’un onduleur est donnée par la
figure (1.1) :
1.2 TYPES D’ONDULEURS ET LEURS APPLICATIONS
Les onduleurs sont classés selon le type d’application et les performances désirées, en
deux catégories : les onduleurs autonomes et les onduleurs non autonomes (ou assistés).
1.2.1 L’onduleur autonome
Un onduleur autonome est un système de commutation à transistors ou à thyristors, dont
les instants de commutation sont imposés par des circuits externes, [5]. La fréquence et la
forme d’onde de la tension de sortie sont imposées à la charge, c’est-à-dire elles sont propres
à l’onduleur. L’onduleur autonome peut être :
A fréquence fixe : utilisé comme source de secours ou alimentation sans coupure, Il
est alimenté le plus souvent à partir d’une batterie d’accumulateurs (cas de PC, salles
d’informatique,…) comme il est montré sur la figure (1.2), [5]:
Figure 1.1 Schéma de principe de l’onduleur.
Puissance d’entrée (DC) Puissance de Sortie (AC)
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
3
Il est utilisé aussi pour l’alimentation des charges inductives (fours à induction, …) mais
dans ce cas tous les onduleurs sont monophasés.
A fréquence variable : dans ce cas il est utilisé pour la variation de vitesse des moteurs
asynchrones triphasés, figure (1.3) :
1.2.2 L’onduleur non autonome (ou assisté)
Un onduleur non autonome ou assisté est un système de commutation à thyristors, dont
les instants de commutation sont imposés par la charge, [5]. Dans ce cas, la fréquence et la
forme d’onde de la tension de sortie sont imposées par le réseau alternatif sur lequel débite
l’onduleur. Ce type d’onduleur est utilisé pour :
- Le transport d’énergie en courant continu, on peut transporter de grandes puissances à très
haute tension (de l’ordre du million de volts) par lignes aériennes sur des distances élevées
(500-1000 Km) pour lesquelles, les lignes à courant alternatif posent des problèmes délicats
(stabilité, pertes…). De plus, le transport sur des plus faibles distances par câbles
souterrains dont la capacité très élevée, limite leur emploi en courant alternatif, [6].
- Le freinage par récupération : pendant le freinage de la machine à courant continu qui peut
fonctionner en génératrice, l’énergie fournie dans ce cas peut être récupérée et transférée au
réseau alternatif par un onduleur assisté (domaine de la traction électrique), [7].
Batteries
f, V ( fixes)
Figure 1.2 Alimentation sans coupure.
Réseau triphasé 50Hz
Redresseur Onduleur
Continuef variable
MAS3φ
Figure 1.3 Convertisseur de fréquence.
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
4
Selon la nature de la source continue alimentant l’onduleur, on distingue l’onduleur de
tension et celui de courant.
1.2.3 L’onduleur de tension
C’est un onduleur qui est alimenté par une source de tension continue, d’impédance
interne négligeable. Sa tension n’est pas affectée par la variation du courant qui la traverse, la
source continue impose la tension à l’entrée de l’onduleur et donc à sa sortie, figure (1.4) :
L’onduleur de tension est autonome si la fréquence de la tension de sortie est
indépendante du réseau alternatif, il est non autonome (assisté) si la fréquence est imposée par
le réseau alternatif. Selon le choix des interrupteurs commandés, les onduleurs présentent des
avantages les uns par rapport aux autres. C’est pourquoi un onduleur de tension à transistors
présente des avantages par rapport à celui à thyristors :
- Facilité de commande (le transistor est commandé à l’ouverture et à la fermeture),
- É limination du circuit de commutation forcée,
- Faibles pertes de commutation,
- Possibilité de fonctionnement à des fréquences plus élevées.
Circuit de puissance d’un onduleur de tension : prenons comme exemple d’un onduleur
de tension, le montage d’un pont triphasé à thyristors, figure (1.5) :
SV : Source de tension continue.SI : Source de courant alternative.
OnduleurCE
SV (DC)
SI (AC)
Figure 1.4 Représentation schématique d’un onduleur de tension.
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
5
Les diodes en tête-bêche sur les interrupteurs commandés du circuit de puissance jouent
un rôle fondamental dans le fonctionnement de l’onduleur en assurant essentiellement trois
fonctions :
- Faciliter l’extinction des interrupteurs commandés en les polarisant en inverse
lorsqu’il s’agit de thyristors,
- Autoriser la démagnétisation de la self de la charge inductive au moment de
l’ouverture des interrupteurs,
- Assurer le redressement des courants débits par la charge (cas de la machine
asynchrone) lorsqu’elle fonctionne en génératrice.
1.2.4 L’onduleur de courant
Un onduleur de courant (souvent appelé commutateur de courant) est alimenté par une
source de courant continu (Figure (1.6)), d’impédance interne si grande pour que le courant
qui la traverse ne peut être affecté par les variations de la tension à ses bornes. La source
continue impose le courant à l’entrée de l’onduleur et donc à sa sortie.
Figure 1.5 Onduleur de tension en pont triphasé à thyristors.
SI : Source de tension continue.SV : Source de courant alternative.
Figure 1.6 Représentation schématique d’un onduleur de courant.
Onduleur
L
E
SI
SV
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
6
Circuit de puissance d’un onduleur de courant : prenons comme exemple d’un onduleur
de courant, le montage d’un pont triphasé à thyristors, figure (1.7) :
Les diodes en série servent à isoler les condensateurs de la tension de la charge.
L’inductance « L » empêche les brusques variations du courant (mise en court-circuit de la
sortie n’est pas destructive). Si T3 est amorcé, le condensateur C13 = C bloque T1, de
même si T4 est amorcé, le condensateur C42 = C bloque T2 et ainsi de suite.
1.3 MODELISATION DU FONCTIONNEMENT DES ONDULEURS DE TENSION TRIPHASES
1.3.1 Structure de l’onduleur de tension triphasé
On peut réaliser un onduleur triphasé en groupant trois onduleurs monophasés de l’un
ou de l’autre, il suffit de décaler d’un tiers de période les commandes des trois phases. La
figure (1.8) représente un onduleur de tension triphasé à deux niveaux formés de trois demi
ponts monophasés et utilisant un diviseur capacitif commun.
Figure 1.7 Onduleur de courant en pont triphasé à thyristors.
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
7
Chacune des tensions de sortie est égale tantôt à (+U/2), tantôt à (-U/2). Les
interrupteurs fonctionnent comme en monophasé la seule différence est que le courant
arrivant au point milieu du diviseur est IN telle que IN=IA+IB+IC .
La présence de neutre relié à la source est indispensable si le récepteur est déséquilibré
tout particulièrement s’il comporte des charges monophasées montées entre phase et neutre.
Si le récepteur triphasé est équilibré (moteur triphasé par exemple), on peut supprimer la
liaison entre le point neutre ’N’de la charge et le point milieu ‘O‘du diviseur capacitif, en
supprimant celle-ci on obtient alors l’onduleur de tension en pont triphasé proprement dit
représenté sur la figure (1.9).
Figure 1.8 Onduleur de tension triphasé à un créneau par alternance (déséquilibré).
Figure 1.9 Onduleur de tension triphasé à un créneau par alternance (équilibré).
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
8
1.3.2 Modèle de commande de l’onduleur de tension triphasé
Les interrupteurs '33
'22
'11 ,, etKKetKKetKK , doivent être complémentaires deux à deux,
quelque soit la loi de commande à adopter, il est possible d’établir des relations générales que
nous utiliserons pour la commande MLI ; quels que soient les courants, les interrupteurs
imposent les tensions entre les bornes de sortie A, B, C et le point milieu (fictif) ‘O’ de la
source de tension.
1 1
2 1
3 3
,2 2
,2 2
,2 2
A O
B O
C O
E EV V K fermé K ouvert
E EV V K fermé K ouvert
E EV V K fermé K ouvert
(1.1)
Les interrupteurs imposent donc les tensions composées à la sortie de l’onduleur ainsi
pour la première de ces tensions.
1 2
1 2
1 2
1 2
( ) ( ) .
0 t
.
0
A B A O B O
A B A O B O
A B A O B O
A B A O B O
V V V V V V E Si K fermé et K ouvert
V V V V V V Si K e K fermés
V V V V V V E Si K ouvert et K fermé
V V V V V V Si K et K
.ouverts
(1.2)
Son point neutre étant isolé, si le récepteur est équilibré on peut passer des tensions
composées aux tensions simples VA, VB, VC à la sortie de l’onduleur. Pour que, quelle que soit
leurs formes d’ondes, les trois courants IA, IB, IC aient une somme nulle, il faut que leurs trois
fondamentaux aient une somme nulle et qu’il en soit de même pour les divers harmoniques.
Si le récepteur est équilibré, si trois phases présentent la même impédance pour le
fondamental ainsi que pour les divers harmoniques, les produits impédances ‘Z’- courants,
c’est- dire les tensions ont une somme nulle pour les fondamentaux ainsi que les systèmes
harmoniques successifs, en ajoutant toutes ces sommes on obtient la somme nulle des trois
tensions. A cause de l’équilibre du récepteur: IA+IB+IC=0, entraîne
VA+VB+VC=0.
Donc on peut écrire :
1 1 2 1 1. . . . .
3 3 3 3 31
.3
A B C A A B C
A A B C A
V V V V V V V
V V V V V
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
9
Et
1 1.
3 3A A B C AV V V V V , de même
1 1. .
3 31 1
. .3 3
B B C A B
C C A B C
V V V V V
V V V V V
On obtient finalement :
1. 2.
31
. . 2.31
. . 2.3
A A O B O C O
B A O B O C O
C A O B O C O
V V V V V V V
V V V V V V V
V V V V V V V
(1.3)
Si VAO, VBO et VCO sont les tensions d’entrée de l’onduleur (valeur continues), alors VA,
VB et VC sont les tensions de sorties de cet onduleur (valeurs alternatives), par conséquent
l’onduleur de tension peut être modélisé par une matrice [T] assurant le passage continu -
alternatif (DC-AC).
On aura alors ;
.AC DCV T V (1.4)
Avec :
TAC A B CV V V V : Tension alternatif équilibrée ;
TDC AO BO COV V V V : Tension continue.
1
i 1,2,3 (commutation supposées idéales)
0
iSou(excluif)
2 1 1
1T . 1 2 1
31 1 2
(1.5)
Ainsi l’onduleur est modélisé par cette matrice de transfert [T].
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
10
1.4 COMMANDE PAR SIGNAUX CARRES
1.4.1 Commande adjacente
Cette commande à générer deux signaux carrés de rapport cyclique égale (0.5) pour la
commande alternée des deux interrupteurs simultanément k1.K4 et k2.k3 figure (1.10).
La forme de la tension de sortie de cette technique pour les deux types de charge est
donnée par la figure (1.11). Pour une charge résistive, la tension de sortie est donnée par le
système suivant :
0
2s
U siU
U si
(1.6)
Avec .t
Puisque la tension de sortie et antisymétrique, donc en peut les décomposé en série de
Fourier en terme de )sin( n
00( ) cos( sin( )
2s n n i
aU a n b n (1.7)
Cette technique ne permet pas d’agir sur la valeur efficace et l’amplitude de terme
fondamental de la tension de sortie. La présence des harmoniques d’ordre inférieur influent
sur la tension de sortie, ce qui nécessite un filtrage de ces harmoniques (inconvénient majeur).
k1 Us k3
k2 k4
Figure 1.10 Onduleur monophasé.
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
11
1.4.2 Commande décalée
Le but de cette commande est de fermer ou d’ouvrir les interrupteurs (k1, k4) et (k2, k3),
simultanément mais avec un certain temps de décalage dT . Donc elle permet d’agir sur la
valeur efficace et sur l’amplitude fondamentale de la tension de sortie. Cette technique
présente des pertes importantes à cause de l’existence de circuit de filtrage.
1.5 COMMANDE EN ONDE EN MARGE D'ESCALIER
L’idée de base est de synthétiser une onde sinusoïdale à l’aide un ’échelon en effectuant
des combinaisons séries des sources continues identiques. On obtient donc une onde
synthétise analogue à celle de la figure (1.12.a) pour obtenir la courbe présentée par la figure
(1.12.b), il nécessite d’utiliser quatre commutateurs montés en pont.
Figure 1.11 Signaux de commande de tension de sortie pour une commande adjacente.
K1 K4
2 2K 3K
U
Charge résistive
Charge inductive
si
Figure1.12 Commande en onde en marge d’escalier
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
12
1.6 COMMANDE PAR DECOUPAGE
Le problème du filtrage des harmonique est crucial, surtout pour ceux de faibles
fréquences, ces sont donc ces derniers qu’il faut éliminer et ceci au niveau de la génération de
signal et son après en effet ce problème est résolu en découpant le signal carré
convenablement par une décomposition en série de Fourier, figure (1.13). La tension de sortie
pour (n) impaire est donnée par:
( 1)
2
0
( ) ( 1) 2 sin( )n n
s ni
U V
(1.8)
Avec :
2 2 cos sin2 2
sn
U nk nkV
n
(1.9)
Ce type de découpage ne permet pas de supprimer simultanément les composantes de
fréquence f3 et f5 . Le résidu d’harmonique est donnée par :
12
2
8 1( ) cos cos .
2 2 ( )n
n n
(1.10)
Cette technique apporte une amélioration à la qualité de l’énergie produite par
l’onduleur par une diminution du taux d’harmonique de l’onde de sortie, la tension de sortie
peut être contrôlée en jouant sur le rapport cyclique des impulsions de commande.
L’inconvénient de cette technique réside dans l’augmentation de la fréquence de commutation
qui conduire à des pertes de commutation importantes si les comportant ne sont pas choisi en
conséquence.
U
Figure 1.13 Signal de la commande par découpage.
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
13
1.7 COMMANDE PAR MODULATION DE LARGEUR D’IMPULSION
La modulation de largeur d’impulsion (en anglo-saxon pulse width modulation) consiste
à adapter une fréquence de commutation supérieure à la fréquence des grandeurs de sortie et à
former chaque alternance d’une tension de sortie d’une succession de créneaux de largeurs
convenables. Cette technique peut être considéré comme une extension du principe de la
commande par découpage ou la durée des impulsions n’est plus régulière mais choisie de
façon à supprimer le maximum d’harmoniques de rangs faibles difficiles à filtrer.
1.7.1 Principe de base de MLI
Le principe de base de la modulation de largeur d’impulsion est sur le découpage d’une
pleine onde rectangulaire. Ainsi la tension de sortie de l’onduleur est formée par une
succession de créneaux d’amplitude égale à la tension d’alimentation (continue) et de largeur
variable. La technique la plus répandue pour la reproduction d’un signal MLI est de comparer
un signal triangulaire appelé porteuse de haute fréquence à un signal de référence appelé
modulatrice et qui constitue l’énergie du signal recueil à la sortie de l’onduleur, figure (1.14).
1.7.2 Caractéristiques de la modulation
La technique de la MLI se caractérise par deux grandeurs :
Le coefficient de réglage : qui est défini comme étant le rapport de l’amplitude de l’onde
modulante à celle de l’onde porteuse. Il permet de déterminer l'amplitude du fondamental
de l'onde de modulation de largeur d'impulsion :
p
mR V
VM (1.11)
Comparateur
Porteuse
ModulatriceVers l'interrupteur
Figure 1.14 Schéma synoptique de la M.L.I
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
14
L’indice de modulation : Il est défini comme étant le rapport de la fréquence de l'onde
porteuse à celle de l'onde modulante :
m
pI f
fM (1.12)
1.7.3 Différente technique de modulation en MLI
Le principe de base pour la comparaison des deux ondes est un amplificateur
fonctionnant en comparateur, le chargement d’état du comparateur est obtenu après chaque
intersection des deux ondes, d’où à la sortie on obtient un créneaux d’impulsion de largeur
variables pour cela on distingue deux procédés pour l’obtention des ondes modulés :
Fonctionnement en boucle ouverte ;
Fonctionnement en boucle fermée.
a. Modulation en boucle ouverte
Le fonctionnement en boucle ouverte est caractérisé par deux types de modulation :
Modulation naturelle et la modulation régulière (uniforme).
b. Modulation d’échantillonnage naturelle
L’échantillonnage naturel est un processus de sélection naturel des points
échantillonnés. Le temps d’échantillonnage coricide avec le temps d’apparences des largeurs
d’impulsions modulés. L’échantillonnage naturel comporte : L’échantillonnage naturel à un
seul front, figure (1.15) et l’échantillonnage naturel à deux fronts, figure (1.16).
Dans le premier cas l’impulsion modulée est échantillonnée par un seul coté, tandis que
dans le deuxième cas, l’impulsion modulée par les deux cotés. L’influence du nombre
l’impulsion concernant L’échantillonnage à doubles fronts, est l’amélioration du spectre
d’harmonique.
0
0
+1
-1
+Vdc
-Vdc /2
Modulatrice
Porteuse
Figure 1.15 Technique d’échantillonnage
naturel à un seul front
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
15
c. Modulation d’échantillonnage régulier
On appelle ce processus (d’échantillonnage régulier) car ces échantillons ont un espace
de temps régulier ou uniforme. Dans ce mode l’intervalle entre deux points échantillonnés
successif est constant ; ainsi que l’amplitude du signal modulé reste constante dans tout
l’intervalle il existe deux types d’échantillonnage régulier : Echantillonnage régulier
symétrique et échantillonnage régulier asymétrique.
- Echantillonnage régulier symétrique
Dans ce cas, les fronts de commutation sont déterminés par l’intersection de l’onde
porteuse avec l’onde modulatrice, figure (1.17).
Modulatrice Porteuse
0
+1
-1
+Vdc /2
0
-Vdc /2
Figure 1.16 Technique d'échantillonnage à deux fronts
0
0
+1
-1
+Vdc /2
-Vdc /2
Référence
Figure 1.17 Echantillonnage régulier symétrique
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
16
- Echantillonnage régulier asymétrique
La technique d’échantillonnage régulier asymétrique au même principe que la
technique d’échantillonnage régulier symétrique sauf que l’onde en marge d’escalier est
échantillonnée deux fois par cycle de l’onde porteuse, figure (1.18).
d. Modulation en boucle fermée
On a deux types modulation :
- Modulation aléatoire, figure (1.19).
- Modulation synchronisée, figure (1.20).
Dans le premier cas, elle consiste à commander les interrupteurs avec le signal résultant
à la sortie du détecteur de seuil, tandis que le deuxième cas elle à le même principe que le
premier mais les interrupteurs sont commandés par un signal de sortie d’une bascule de type
(D) commandé par une horloge et montée en cascade avec le comparateur assurant ainsi une
meilleure cohérence des basculements de commande des interrupteurs
.
)(sU
Figure 1.19 Comparaison aléatoire
0
0
+1
-1
+Vdc /2
-Vdc /2
Référence
Figure 1.18 Echantillonnage régulier asymétrique
+
- Signal MLIOnde porteuse
Onde de référence
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
17
1.8 LES DIFFERENTES POSSIBILITES DE LA GENERATION DES SIGNAUX MLI
Pour obtenir des signaux MLI il existe trois techniques sont :
- Technique analogique
- Technique digitale
- Technique hybride
1.8.1 Technique analogique
Parmi ces techniques, on trouve la M.L.I. bipolaire et unipolaire, figure (1.21) et (1.22),
et qui consiste à comparer un signal triangulaire "onde porteuse", avec un signal sinusoïdal
"onde modulatrice". Par exemple dans un onduleur triphasé le circuit exige trois modulations
qui forment le système triphasé équilibré avec amplitude et fréquence variable.
Signal
H
U
Figure 1.20 Comparaison synchronisée
Niveau -1-
Modulatrice
PorteuseUE
US
Niveau -2-
t
tNiveau -3-
0
0
Figure 1.21 M.L.I unipolaire
Signal MLI
B
+-
E
H
Onde porteuse
Onde de référence
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
18
1.8.2 Technique digitale
Dés l'arrivée des microprocesseurs, l'implantation des circuits d'onde M.L.I a reçu une
considérable attention, une façon de classer les exemples existants des circuits M.L.I digitaux
et déterminer leur proportionnalité HARDWARE et SOFTWARE. Parmi les réalisations qui
ont un HARDWARE relativement complet est l'implantation à base du circuit intégré. Dans
ce dernier la modulation est réalisée à l'aide des comparateurs pour les hacheurs, de trois
comparateurs et un décodeur pour les onduleurs. D'autres implantations à base de
microprocesseurs sont proposées dans lesquels la solution est en faveur du SOFTWARE, à
l'aide de ce dernier on élabore des programmes pour la génération des signaux de commande
et aussi le contrôle, figure (1.23).
1.8.3 Technique hybride
Ces techniques sont basées sur l’emploi des combinaisons de circuits analogiques et
digitaux, durant la période de transition de la technique analogique à la technique digitale. Le
principe de cette technique est de comparer deux signaux dont l'un est triangulaire par
exemple généré par un ordinateur, et l'autre sinusoïdale (cas d'un onduleur) par un circuit
analogique, figure (1.24).
SOFTWARE 0t
Figure 1.23 Technique digitale
Modulatrice Porteuse
U
US
Niveau -2-
t
t
Niveau -1-
0
0
Figure 1.22 M.L.I bipolaire
Chapitre Un Comparaison des Différentes Techniques de Commande
19
SOFTWARE
0 t
CIRCUITANALOGIQUE
+
-
1.9 CONCLUSION
Dans ce chapitre, nous avons présenté les différents types des onduleurs et leurs
applications ainsi que la modélisation du fonctionnement de ce dernier. Les critères de choix
des interrupteurs commandés pour un onduleur se fait selon la puissance à commander, la
fréquence de fonctionnement et la possibilité de commande.
Nous avons utilisé deux techniques de commande, une commande par signaux carrés, et une
commande MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion)
Le chapitre suivant est réservé à l’application de différent stratégies de commande: la MLI
sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie.
Figure 1.24 Technique hybride.
PorteusePorteuse
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
20
2.1 INTRODUCTION
Les onduleurs de tension peuvent être pilotés suivant plusieurs stratégies. A fréquence
élevée, ils sont pilotés en modulation de largeur d’impulsion. Cette stratégie permet de régler à la
fois l’amplitude et la fréquence en gardant la source continue constante (pont à diode). Afin de
produire une tension de sortie proche de la sinusoïde, différentes stratégies de commande ont été
proposées par différents auteurs. Nous étudierons dans ce chapitre deux stratégies de
commandes : la MLI sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie, ces deux stratégies seront basées
sur la bande de réglage et le taux d’harmonique des tensions de sorties.[8]
2.2 COMMANDE SINUS-TRIANGLE
2.2.1 Principe de base
La modulation de largeur d’impulsion sinus triangle est réalisée par comparaison d’une
bonde modulante basse fréquence (tension de référence) à une onde porteuse haute fréquence de
forme triangulaire. Les instants de commutation sont déterminés par les points d’intersection
entre la porteuse et la modulante, la fréquence de commutation des interrupteurs est fixée par la
porteuse. En triphasé, trois références sinusoïdale déphasées de 2π/3 à la même fréquence fs.
Comme la sortie de l’onduleur de tension n’est pas purement sinusoïdale, l’intensité de courant
ne l’est pas aussi, donc elle comporte des harmoniques, seuls responsables des parasites
(pulsation de couple électromagnétique) ce qui engendre des pertes supplémentaires. Cette -MLI-
sert à remédier ces problèmes et elle à comme avantages [8] :
Variation de la fréquence de la tension de sortie,
Elle repousse les harmoniques vers des fréquences plus élevées.
D’autre part les conséquences de ces deux avantages sont :
- Minimisation de la distorsion du courant,
- Faible coût du filtre de sortie.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
21
Le principe de cette stratégie peut être résumé par l’algorithme suivant :
( ) 0r pU U S t
Si non S t
(2.1)
Avec :
Ur : tension référence, Up : tension porteuse et S(t) : le signal MLI résultant.
Figure 2.1 Principe de la commande sinusoïdale
Algorithme de commande
Génération de l’onde de référence
Génération de la porteuse
Production dusignal MLI
Figure 2.2 Illustration de la MLI Sinus triangle trianglesinusoïdale
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
22
2.2.2 Propriétés
Cette technique est caractérisée par deux paramètres [8] :
- L’indice de modulation ’m’ qui est l’image du rapport de fréquences de la porteuse fp
sur la référence fref
pf Trefm
fref Tp
(2.2)
- Le taux de la modulation (le coefficient de réglage en tension) ‘‘r’’ qui est l’image du
rapport des amplitudes de tension de la référence Vm ref sur la porteuse Vm p .
mref
mp
V
V
(2.3)
2.2.3 Tensions de référence
Les tensions de référence de l’onduleur triphasé permettent de générer un système de
tension triphasé équilibré directe sont [8]:
1
2
3
sin( )2
2sin( )
2 34
sin( )2 3
ref
ref
ref
EV wt
EV wt
EV wt
(2.4)
2.2.4 Le schéma bloc de la commande sinus-triangle (MLI_ST)
Le schéma fonctionnel de la figure (2.3) montre le principe de la commande sinus-triangle.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
23
Figure 2.3 Schéma fonctionnel de la commande sinus-triangle.
La forme de tension et de courant de sortie de l’onduleur de tension triphasée pour une
charge RLC est représentée par les figures suivantes :
Figure 2.4 Les courants de lignes d’un onduleur à MLI.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
24
Figure 2.5 Les tensions de lignes d’un onduleur à MLI.
Figure 2.6 Les tensions de lignes et leur fondamentale d’un onduleur à MLI.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
25
Figure 2.7 Les tensions fondamentales d’un onduleur à MLI.
Figure 2.8 Formes d'onde de simulation. Tension de phase, courant de ligneEt les tensions fondamentales d’un onduleur.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
26
Figure 2.9 Illustration de MLI Dents de Scie.
On dit que la technique à MLI sinus-triangle produit un déchet de tension. Ce déchet
devient plus important, si on retarde les signaux de commande durant l’ouverture et la fermeture
des interrupteurs pour éviter les courts-circuits de l’onduleur.
2.3 COMMANDE SINUS-DENT DE SCIE
La MLI sinus dents de scie est facilement réalisable par rapport aux autres types de MLI.
Cependant, elle présente quelques défauts, notamment, chaque bras d’onduleur commute en
même temps sur les trois phases (deux fois par période de découpage) et génère ainsi des
ondulations de couple plus importantes que l’autre modulation de largeur d’impulsion. D’autre
type de MLI, plus complexe, peuvent intégrer une composante homopolaire (harmonique de rang
trois) pour améliorer le rendement de l’onduleur. La figure (2.9) représente la forme de la MLI
dite sinus-dents de Scie.
2.3.1 Le schéma bloc de la commande sinus-dent de scie (MLI_SD)
Le schéma fonctionnel de la figure (2.10) montre le principe de la commande sinus Dent
de Scie.
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Temps (s)
A2
(V)
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
27
Figure 2.10 Schéma fonctionnel de la commande sinus-Dent de scie.
La forme de tension et de courant de sortie de l’onduleur de tension triphasée pour une
charge RLC est représentée par les figures suivantes :
Figure 2.11 Les courants de lignes d’un onduleur à MLI.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
28
Figure 2.12 Les tensions de lignes d’un onduleur à MLI.
Figure 2.13 Les tensions de lignes et leur fondamentale d’un onduleur à MLI.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
29
Figure 2.14 Les tensions fondamentales d’un onduleur à MLI.
Figure 2.15 Formes d'onde de simulation. Tension de phase, courant de ligneEt les tensions fondamentales d’un onduleur.
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
30
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
2
4
6
8
10
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant sans onduleur de tension
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant pour fd = 0.5 KHz
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant pour fd = 0.5 KHz
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant pour fd = 1 KHz
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant pour fd = 1 KHz
MLI_ST
MLI_ST
MLI_SD
MLI_SD
Chapitre Deux Commande par modulation de largeur d’impulsion
31
2.4 CONCLUSION
Ce chapitre a été consacré à l’élaboration des modèles des différentes stratégies de
commande MLI sinus-triangle et la commande sinus-dents de scie.
nous avons procédé à simuler les modèles de MLI avec une comparaison entre les
comportements sans et avec onduleur à MLI sinus-triangle et MLI sinus-dents de scie, pour
différentes fréquences, L’étude de l’analyse spectrale montre que les spectres des courants sont
très proches avec ces deux stratégies. Le spectre de la MLI sinus-triangle est légèrement moins
riche que celui de la MLI sinus-dents de scie.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant pour fd = 2 KHz
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant pour fd = 2 KHz
Figure 2.16 Comparaison entre les comportements sans et avec onduleur à MLIST/MLISD, pour différentes fréquences « FFT du courant ».
MLI_ST MLI_SD
Chapitre Trois MLI Vectorielle
32
3.1 INTRODUCTION
La commande souvent adaptée aux convertisseurs statiques est la stratégie MLI.
Plusieurs méthodes ont été développées avec l’objectif de générer à la sortie de l’onduleur une
tension sinusoïdale ayant le moins d’harmonique possible. Pour l’onduleur de notre système
de commande nous utilisons la technique de la modulation vectorielle. Le principe de cette
méthode est la détermination des portions de temps (durée de modulation) qui doivent être
allouées à chaque vecteur de tension durant la période d’échantillonnage. Cette commande
rapprochée (SVM) permet de déterminer les séquences des allumages et des extinctions des
composants du convertisseur et de minimiser les harmoniques des tensions appliquées au
moteur.
3.2 LA TECHNIQUE DE MODULATION VECTORIELLE
La technique de modulation vectorielle (SVM) consiste à reconstituer le vecteur tension
de référence sV
pendant une période d’échantillonnage par les vecteurs tensions
adjacentes )5,.....,0(,,, 071 iVVVV ii
, correspondant aux huit états possibles de l’onduleur.
E/2
E/2
N' SA SB SC
VCN
MAS
VBN
VAN
N
Figure 3.1 Schéma équivalent de l'onduleur de tension (VSI)
0V
1V
2V
sV
sV
4V
5V
6V
1
2
3
4
5
6
Figure 3.2 Vecteur d’espace sV
de l’onduleur de tension
Chapitre Trois MLI Vectorielle
33
La symétrie du système triphasé, nous permet de réduire l'étude au cas général d'un
secteur de 60 degrés. On se place alors dans le cas ou le vecteur de référence sV
est situé
dans le secteur 1. Dans ce cas, la tension de référence sV
dans le repère est reconstituée en
faisant une moyenne temporelle des tensions 1 2 0 7, ,V V V et V
figure (3.3).
Après, il suffit de déterminer la position du vecteur de référence sV
dans le repère ,
et le secteur i dans lequel il se trouve. Pour une fréquence de commutation sT suffisamment
élevée le vecteur d'espace de référence sV
est considéré constant pendant un cycle de
commutation .Tenant compte que 1V
et 2V
sont constants et 070 VV
, il s'en suit pour un
cycle de commutation:
7 1 1 2 2 0 0 0 7sT V T V T V T V T V
(3.1)
Avec:
1T : Temps alloué au vecteur 1V
2T : Temps alloué au vecteur 2V
0T : Temps partagé entre les 2 vecteurs nuls 70 VetV
La résolution de cette équation, après décomposition sur les deux axes du plan
complexe ),( donne :
1
2
0 1 2
2sin( )
32
sin( )3
1( )
2
ss
ss
s
VT T
EV
T TE
T T T T
(3.2)
Avec: 3
0
sV
11V
1V
2V
22V
Figure 3.3 Principe de construction du vecteur de tension sV
Chapitre Trois MLI Vectorielle
34
La valeur efficace maximale correspond au cas où 2
sV
atteint le cercle inscrit à
l'hexagone (tracé en rouge) et de rayon3 2
2 3 2E
r E . Si en compare à la MLI à
intersection, la tension phase neutre maximale possible est 2 2
EV et la tension entre
phase sera 3
2 2E
U . Le rapport entre les deux types de MLI sera donc :
2
1.1547sec 3
MLI VectorielleMLI à Inter tion
Pour équilibrer les commandes. Ainsi on réduit au minimum le nombre de
commutations réalisées pour chaque composant, ce qui encore un autre avantage de la MLI
vectorielle. Chaque zone (1 à 6) impose un ordre précis de conduction des interrupteurs de
l’onduleur. On doit avoir une impulsion unique et centrée sur l'intervalle permet un écart
minimum par rapport au cercle de référence déterminé par la succession des Vecteurs iV
,
une diminution de la non linéarité due à la forme de l’impulsion et une diminution du taux
d’harmonique. Sur la figure (3.4), on observe deux combinaisons possibles pour le centrage
de l’impulsion lorsque le vecteur de commande est placé dans la zone 1 et 3 limitée
respectivement par l’ensemble des vecteurs de tension 1 2,V V
et 3 4,V V
.
Figure 3.4 Séquence des vecteurs 1 2,V V
et 3 4,V V
.
Chapitre Trois MLI Vectorielle
35
Le calcule des largeurs d’impulsion est donné par le système suivant :
1 1 1 1 1
2 2 2 1 2
3 3 3 1 3
1/2 T1/2 T1/2 T
i i
i i
i i
C C
C CC C
(3.3)
3.3 METHODE DE DETERMINATION DES SECTEURS
Le secteur est généralement déterminé par l’angle ou ( / )arctg V V . Dans ce
travail le secteur est déterminé par une méthode simple basée sur les tensions V , V la
détermination est faite comme dans le tableau (3.1), ou A2 est le signe de V et A1 est le signe
de V . On note que A2 égale à 0 si V est négative sinon A2 égale à 1. A1 égale à 0 si V est
négatif sinon A1 égale à 1. A0 égale à 1 si la valeur absolue du rapport )V/V( est
supérieure ou égale à (tan 60 1.732) autrement A0 égale à 0. Cette méthode pour la
détermination du secteur pour la DTC.
Secteur I
30
Secteur II
3
2
3
Secteur III
3
2
)sin(E
V
T
T s
s
3
211 )sin(
E
V
T
T s
s
3
211 )sin(
E
V
T
T s
s
3
211
)sin(E
V
T
T s
s
22
2 )sin(E
V
T
T s
s
22
2 )sin(E
V
T
T s
s
22
2
2
21
1
00 2T
)TT(T
T
T s
2
21
1
00 2T
)TT(T
T
T s
2
21
1
00 2T
)TT(T
T
T s
Secteur IV
3
4
Secteur V
3
5
3
4 Secteur VI
23
5
)sin(E
V
T
T s
s
3
211 )sin(
E
V
T
T s
s
3
211 )sin(
E
V
T
T s
s
3
211
)sin(E
V
T
T s
s
22
2 )sin(E
V
T
T s
s
22
2 )sin(E
V
T
T s
s
22
2
2
21
1
00 2T
)TT(T
T
T s
2
21
1
00 2T
)TT(T
T
T s
2
21
1
00 2T
)TT(T
T
T s
A2 A1 A0 Secteur
Tableau 3.1 Durée des états des commutateurs dans chaque secteur
Chapitre Trois MLI Vectorielle
36
3.4 ETUDE DE SIMULATION
Le schéma de simulation du modèle établi précédemment dans l’environnement
MATLAB/SIMULINK est donné par la figure (3.5).
3.4.1 MLI Vectorielle sous Simulink
Les étapes de la réalisation des blocs du SVM sous Simulink sont :
- Détermination des tensions de référence V et V , ainsi que les secteurs i ;
- Calcule de T1, T2, T0 liée pour chaque secteur et les largeurs d’impulsion τ0,τ1,τ2 ;
- Génération des séries d’impulsion SA,SB,SC
La figure (3.10) illustre les différents blocs réalisés :
0 0 0 5
0 0 1 4
0 1 0 6
0 1 1 1
1 0 0 3
1 0 1 4
1 1 0 2
1 1 1 1
Tableau 3.2 Détermination du secteur
Figure 3.5 Schéma bloc de la SVM
Tsvm
220
u
0.5e-3
50
fs
secteur
T1
T2
T0
T sv m
Sa
Sb
Sc
Sa/b/c
U
f s
T SVM
secteur
T1
T2
T0
T0/T1/T2
4
T0
3
T2
2
T1
1
secteur
500
Valf a
Vbeta
Secteur
teta
Valf a
Vbeta
iden de secteur
Va
Vb
Vc
Valf a
Vbeta
abc/alfa-beta
secteur
teta
Vralf a
Vrbeta
Ucc
Tsv m
T1
T2
T0
T1/2/0
V
f s
Va
Vb
Vc
Source
3
T SVM
2
fs
1
V
3
Sc
2
Sb
1
Sa
secteur
T1
T2
T0
tau1
tau2
tau0
tps de conduction
tau1
tau2
tau0
TPWM
T
Sa
Sb
Sc
Sequencesdes interrupteurs
Clock
5
T svm
4
T0
3
T2
2
T1
1
secteur
Chapitre Trois MLI Vectorielle
37
a- Détermination des tensions de références VV , et l’angle .
À partir de figure (3.6) le Vd, le Vq, le Vref, et l'angle peuvent être déterminés comme
suite :
(3.4)
c
a
b
dV
qV
q
refV
Figure 3.6 Vecteur de l'espace de tension et ses composants dans (d, q).
Figure 3.7 Forme de tension de références VV ,
an
2 2
1
1 1cos60 cos60 V
2 23 30 cos 30 cos 30 0
2 2
1 112 2 203 3 3
2 2
tan 2 ,
d an bn cn bn cn
q bn cn bn cn
and
bn d qrefq
cn
d
q
V V V V V V
V V V V V
VV
V V VV
V
Vt ft
V
V
ou : fréquence fondamentale.f
Chapitre Trois MLI Vectorielle
38
b- Déterminer les durées T 1, T 2 et T 0 de temps
À partir de la figure (3.8), la durée de temps de commutation peut être calculée comme
suit :
- Durée de temps de commutation au secteur 1
1 1 2
1 1 2
1 2 0 1 2Z 20 0
Z 1 2
; T . ( 1. . )
1cos( ) cos( /3)2 2 T . . . . . . . .
0sin( ) sin( /3)3 3 (0
Z ZT T T T T
ref ref
T T T
ref dc dc
V V dt V dt V V T V T V
V T V T V
1 2
0 1 2 Z
60 )sin( /3 ) sin( )
T . . ; T . . sin( /3) sin( /3)
V1 T ( ) ou T et a 2
3
Z Z
ref
ZZ
dc
T a T a
T T Tf V
- Durée de temps de commutation à tout secteur
1
2
3. . 3. .1sin sin
3 3 3
3. . sin cos cos sin
3 3
3. . 3. .1 1 1sin cos .sin sin .cos
3 3 3
ref refZ Z
dc dc
refZ
dc
ref refZ Z
dc dc
T V T Vn nT
V V
T V n nV
T V T Vn n nT
V V
0 1 2 , ou n 1 jusqu'à 6 (c'est-à-dire, Secteur 1 à 6) ZT T T T
1V
2V
refV
11 V
T
T
Z
22 V
T
T
Z
0
Figure 3.8 Vecteur de référence comme combinaison des vecteurs adjacents secteur 1.
Chapitre Trois MLI Vectorielle
39
c- Déterminer la période de commutation de chaque transistor (S1 à S6)
La Figure (3.9) montre des modèles de commutation du vecteur PWM de l'espace à
chaque secteur. (a) Secteur 1. (b) Secteur 2.
0V3V7V2V0V
20T
20T
20T
1T1T 2T2T 20T
ZT ZT
1S
2S
3S
4S
5S
6S
0V1V2V7V7V2V1V0V
(a) Secteur 1
1S
2S
3S
4S
5S
6S
2V7V3V
20T
20T
20T
1T1T 2T2T 20T
ZT ZT
(b) Secteur 2
1S
3S
4S
2S
6S
0V3V4V7V7V0V 3V 4V
5S
3S
4S
2S
6S
0V5V4V7V7V0V 5V 4V
5S
1S
20T
20T
20T
1T1T 2T2T 20T
ZT ZT
20T
20T
20T
1T1T 2T2T 20T
ZT ZT
(c) Secteur 3 (d) Secteur 4
Chapitre Trois MLI Vectorielle
40
3.4.2 Résultats de simulation
Les graphes ci-dessous sont les résultats de simulation du modèle de l’onduleur triphasé
commandé par MLI vectorielle
Figure 3.9 modèles de commutation du vecteur PWM de l'espace à chaque secteur.
Figure 3.10 Les courants de lignes d’un onduleur à MLI.
1S
3S
4S
2S
6S
0V5V6V7V7V0V 5V 6V
5S
1S
3S
4S
2S
6S
0V1V6V7V7V0V 1V 6V
5S
20T
20T
20T
1T1T 2T2T 20T
ZT ZT
20T
20T
20T
1T1T 2T2T 20T
ZT ZT
(e) Secteur 5 (e) Secteur 6
Chapitre Trois MLI Vectorielle
41
Figure 3.12 Les tensions fondamentales d’un onduleur à MLI.
Figure 3.11 Les tensions de lignes et leur fondamentale d’un onduleur à MLI.
Chapitre Trois MLI Vectorielle
42
Figure 3.13 Les tensions de lignes d’un onduleur à MLI.
Figure 3.14 Formes d'onde de simulation. Tension de phase, courant de ligne et les tensions fondamentales d’un onduleur.
Chapitre Trois MLI Vectorielle
43
La figure (3.15) représente l’évolution des courants statoriques avec une analyse
spectrale (FFT). Cette analyse permet d’expliquer que la variation des fréquences de
commutation permet d’éliminer ou bien de minimiser les harmoniques d’ordre faible (les
fréquences autour de la fréquence du fondamentale 50Hz) au niveau du courant statorique.
Une simple comparaison avec les deux stratégies citées au chapitre président, on constate que
le spectre harmonique typique des MLI à fréquence de commutation constante présente des
raies d'amplitude importante autour de cette fréquence et de ses multiples. Ceci entraîne des
problèmes de bruit acoustique, pouvant être amplifié par des phénomènes de résonances
mécaniques.
En remarque que l’amplitude des harmoniques d’ordre faible est important ce qui
provoque une augmentation du taux d’harmonique THD. On peut constater que l’amplitude
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 0.5 KHz
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 1 KHz
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
frequence (Hz)
Cou
rant
Sta
toriq
ue (
A)
Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 2 KHz
Figure 3.15 Analyse spectrale du comportement d’un onduleur à SVM pour différentes fréquences « FFT du courant ».
Chapitre Trois MLI Vectorielle
44
des courants obtenus par le contrôle MLI_ST (MLI_SD) est très grand par rapport au celle du
contrôle SVM cette différence due essentiellement au harmoniques généré par l’onduleur
surtout d’ordre faible ainsi la composante continu qui influe sur l’équilibre des courants
triphasée. L’analyse spectrale permet d’expliqué l’utilité du contrôle SVM qui permet
d’éliminé la composante continu et minimisé l’effet des harmoniques d’ordre faible. Sans
oublier de dire que la SVM permet d’avoir des courant sinusoïdale pour les mêmes fréquences
utilisées par la technique MLI_ST ou MLI_SD.
3.5 CONCLUSION
Dans ce chapitre on a présenté une étude théorique concernant la stratégie de la
modulation de la largeur d’impulsion vectorielle.
Au début de ce chapitre on a commencé par présenter la technique de modulation
vectorielle (SVM) puis nous avons entamé le principe de construction du vecteur de tension
sV
et les durées des états des commutateurs dans chaque secteur, on constate d’après la
simulation et l'analyse spectrale du comportement d’un onduleur à SVM pour différentes
fréquences que la variation des fréquences de commutation permet d’éliminer ou bien de
minimiser les harmoniques d’ordre faible (les fréquences autour de la fréquence du
fondamentale 50Hz) au niveau du courant statorique.
Finalement, On fait une simple comparaison avec les deux stratégies citées au chapitre
précédent, on constate que le spectre harmonique typique des MLI à fréquence de
commutation constante présente des raies d'amplitude importante autour de cette fréquence et
de ses multiples.
Conclusion générale
45
Conclusion générale
Le travail présenté dans ce mémoire s’est porté sur l’étude des onduleurs de tensions en
pont triphasé commandé par MLI.
Les objectifs exposés étaient en premier point: la représentation des différents types des
onduleurs et leurs applications, ainsi que leurs modélisation de fonctionnement. tout en
montrant leur principe pour différentes commandes (commande par signaux carrées et
commande par MLI).
Et en deuxième point le travail consistait à choisir parmi les stratégies disponibles de
régler à la fois l’amplitude et la fréquence en gardant la source continue constante (pont à
diode). Ils sont basés sur la bande de réglage et le taux d’harmonique des tensions de sorties.
En dernier point nous avons exposés une étude comparative entre ces différentes stratégies.
Les résultats de simulation obtenus, sont très satisfaisants et s’adaptent avec le
fonctionnement de l’onduleur de tension en pont triphasé,suivant le type de commande
appliquée.
Pour la suite de ce travail, nous proposons l’application des onduleurs de tensios
commandés par MLI :
- aux convertisseurs statiques triphasés, fonctionnant en régime transitoire,
- pour l’étude des associations convertisseurs statiques-machines à courant alternatif (cas de
l’association onduleur - moteur asynchrone), avec d’autres techniques de commande afin
d’améliorer leurs performances.
Bibliographie
47
Bibliographie
[1] A.Chouder , A. Malek et F. Krim , Modèle de Simulation d’une Commande en Temps
Réel d’un Onduleur de Tension Triphasé; Laboratoire Photovoltaïque, Centre de
Développement des Energies Renouvelables.Laboratoire d’Electronique de Puissance,
Université Ferhat Abbas, Sétif, 1999.
[2] Mémoire « Etude et réalisation d’une carte de commande MLI pour un onduleur
Monophasé », Département d’électrotechnique, Université d’Oum El Bouaghi, Algérie, 2001.
[3] Mr Bouakaze, « Contribution à l’analyse des onduleurs multi niveaux ».Thèse de
Magistère ; Université de Batna ; 2005
[4] Mr Lamine Kisran, «Commande non linéaire de la machine à induction aspect
Expérimentale ».Thèse de magistère ; Université de Batna.
[5] G. Pinson, Physique appliquée : Onduleurs.
[6] Francis MILSANT, Electrotechnique, Electronique de puissance : Cours et problèmes.
Ellipses, 1993.
[7] S. Bendaikha & A. Djermane, Etude sur la commande des onduleurs en pont triphasés,
Mémoire d’ingénieur, Centre Universitaire d’’Oum El-Bouaghi, 2005.
[8] Mr C.Said, «Etude des stratégies de commande de l'onduleur», mémoire d’ingénieur ;
université de Beskra ; 2008
Annexe
46
%FFT d'un SignalTs =1e-5;X = [X1];NX = length(x);% figure (1); plot(x);Fs = 1/Ts;tf = fft(X,NX) /NX ; U= (0:NX-1)/NX*Fs;fmax = 2000;% pour l'affichageff =find (U<=fmax);nf =U (ff);% figure (2); stem (nf, abs (tf (ff)));figure (2);plot (nf,abs(tf(ff)));xlabel ('fréquence (Hz)');ylabel ('Courant Statorique (A)');title ('Spectre harmonique de courant sans onduleur de tension');% title ('Spectre harmonique de courant avec onduleur à SVM pour fd = 0.5 KHz');% title ('Spectre harmonique de courant avec onduleur à SVM pour fd = 1 KHz');% title ('Spectre harmonique de courant avec onduleur a SVM pour fd = 2 KHz');grid;