ECOLE NORMALE SUPERIEURE D’ENSEIGNEMENT TECHNIQUE- ENSET ORAN –

« Département de génie électrique »

E-mail : allalbouzid@live.fr

Magister :

« Analyse et Commande des Machines électrique »

Année universitaire 2008-20091

THEME:

Présenté par : Mr BOUZID ALLAL EL MOUBAREK2

VI- Simulation et résultat

III- Techniques de modulation avancée

Int roduct ion

I- Généralités sur les onduleurs MLI

II- Différents type de commande MLI

Conc lus ion géné ra l e3

4

L’électronique de puissance traite et contrôle l’énergieélectrique et sa conversion en d’autres forme. Elle a pouravantages:

Une utilisation plus souple et plus adaptée de l’énergieélectrique.

Une amélioration de la gestion, du transport et de ladistribution de l’énergie électrique

Une discrétion par une réduction des masses et desvolumes ainsi que par un fonctionnement ultrasonoredes dispositifs.

5

6

I-1 Familles de convertisseurs statiques

Figure (I-1) : Familles des convertisseurs statiques

Un CS d'énergie est dit réversible lorsque l'énergie peut transiterdans les deux sens de manière naturelle ou commandée. 7

Les onduleurs peuvent être classifiés en deux types : les onduleurs monophasés

Les onduleurs triphasés.

« current-fed inverter », (CFI) : source de courant continu(le courant d’entrée est maintenu constant),

« voltage-fed inverter » (VFI) : source de tension continue(la tension d’entrée est maintenu constante),

un « variable dc linked inverter », si la tension d’entrée estcontrôlable.

I-2 Généralités sur les onduleurs

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I-3 Principe de fonctionnement

Figure (I-3) : Symbole et signal d’un onduleur

Le principe de fonctionnement d’un onduleur est basé surl’électronique de commutation.

On génère une onde de tension alternative a partir d’unetension continu.

9

Quand S1 – S2 sont Fermé (On) et S3 – S4 sont Ouvert (Off)pour t1 < t < t2

on obtient une alternance positif U(t) = Vdc

Figure (I-4) : Fonctionnement et signalde l’onduleur dans le 1er demis cycle

10

Quand S1 – S2 sont Ouvert (Off) et S3 – S4 sont Fermé (On)pour t2 < t < t3

On obtient une alternance négatif U(t) = -Vdc

Figure (I-5) : Fonctionnement et signalde l’onduleur dans le 2éme demis cycle

11

Figure (I-6) : Signal complet de l’onduleur

12

I-4-1 Montage en demi -pont

I-4 Onduleur monophasé

Figure (I-7) : Montage d’un onduleur en demi -pont13

I-4-2Montage en pont

Figure (I-8) : Montage d’un onduleur en pont complet

L’intérêt des montages en pont ou en demi -pont réside dans l’utilisationd’une seule source de tension E.

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I-5 Onduleur triphasé en pont

Figure (I-9) : Montage d’un onduleur triphasé15

I-6 Classification des onduleursLes onduleurs sont en général classés selon les modes

de commutation de leurs interrupteurs.

a. Onduleur autonome :Nécessite des composants commandés à la fois à la

fermeture et à l'ouverture, de fréquence variable.

Les instants de commutations sont imposés par descircuits externes.

La Charge est quelconque. Cet onduleur n'est pasréversible.

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b. Onduleur non autonome :

Les composants utilisés peuvent être de simplesthyristors commandés uniquement à la fermeture.

la commutation est "naturelle".

L'application principale de ce type d'onduleur setrouve dans les variateurs pour moteurs synchrones detrès forte puissance.

17

E

1S

4S

2S

5S

3S

6S

I-7 Modélisation de l’onduleur de tension triphasé

VA

N

VCVB

Circuit De Commande de l’onduleur

Charge

18

VAN = S1.E

VBN = S2.E

VCN = S3.E

Les tensions composées sont:

VAB = VAN+VNB = VAN-VBN = (S1 - S2) E

VBC = VBN+VNC = VBN-VCN = (S2 – S3) E

VCA = VCN+VNA = VCN-VAN = (S3 – S1) E

3

2

1

101

110

011

s

s

s

CA

BC

AB

V

V

V

19

Les tensions simples sont:

VAN = (2/3) VAN – (1/3) (VBN + VCN)

VBN = (2/3) VBN – (1/3) (VAN + VCN)

VCN = (2/3) VCN – (1/3) (VAN + VBN)

3

2

1

211

121

112

3s

s

sE

V

V

V

CN

BN

AN

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I-9 Origine des harmoniquesI-9-1 Déformation d’un signal sinusoïdal.

Avec :• Yo : valeur de la composante continue généralement nulleet considérée comme telle par la suite,

• Yn : valeur efficace de l’harmonique de rang n,• : pulsation de la fréquence fondamentale,• n : déphasage de la composante harmonique à t = 0.

Un signal déformé est la résultante de lasuperposition des différents rangs d’harmoniques.

21

I-9-2 Mode de représentation : le spectre en fréquenceLe spectre est un histogramme fournissant l’amplitude de

chaque harmonique en fonction de son rang et son importance.

Figure (I-12) : Spectre d’harmonique22

I-9-3 L’harmonique mesuré en pratique

• Les harmoniques les plus fréquemment rencontrés dans le cas desréseaux triphasés, sont les harmoniques de rangs impairs.

• Au-delà du rang 50, les courants harmoniques sont négligeableset leur mesure n’est plus significative.

• Une bonne précision de mesure est obtenue en considérant lesharmoniques jusqu’au rang 30.

• les harmoniques de rang 3, 5, 7, 9, 11 et 13 sont les plus surveiller.

• La compensation des harmoniques jusqu’au rang 13 estimpérative, une bonne compensation prendra également en compteles harmoniques jusqu’au rang 25.

23

I-8 Paramètre de performance de l’onduleur

La qualité de l’énergie fournit par un onduleur est évaluée suivant

les paramètres de performance suivant :

Facteur de la nième harmonique :

C’est la mesure de la contribution individuelle des harmoniques

définit comme suit :

1Veff

VeffnHFn

Veffn

1Veff

: Valeur efficace de la Nieme harmonique

: Valeur efficace de la fondamentale.24

1.Distorsion d’harmonique total THD et le facteur DF :

Le taux de distorsion, encore appelé distorsion harmonique totale estdéfini comme le rapport de la valeur efficace globale des harmoniques(c'est-à-dire leur somme quadratique) à la valeur efficace de lacomposante fondamentale.

Il peut s’appliquer soit au courant ou à la tension.1

23

22 ....

F

HHTHD

facteur de distorsion, ou DF.Ce facteur, inférieur à 100 %, est défini par le rapport de la valeurefficace des harmoniques à la valeur efficace du signal total.

...

...

23

221

23

22

HHF

HHDF

25

Le THD en tension caractérise la déformation de l’onde detension.

•Une valeur de THDu inférieure à 5 % est considérée commenormale. Aucun disfonctionnement n’est à craindre.

•Une valeur de THDu comprise entre 5 et 8 % révèle unepollution harmonique significative.

Quelques disfonctionnements sont possibles.

•Une valeur de THDu supérieure à 8 % révèle une pollutionharmonique importante.

Des disfonctionnements sont probables.

26

Le THD en courant caractérise la déformation del’onde de courant.

Une valeur de THDi inférieure à 10 % est considéréecomme normale.

Aucun disfonctionnement n’est à craindre.

Une valeur de THDi comprise entre 10 et 50 % révèleune pollution harmonique significative.

Il y a risque d’échauffement.

Une valeur de THDi supérieure à 50 % révèle unepollution harmonique importante.

Des disfonctionnements sont probables.

27

28

Figure II.1 : MLI d’une simple impulsion

II-1 MLI simple

Cette MLI utilise une seule impulsion par demi-cycle et la largeur de cette

impulsion fait varier l'amplitude de la tension à la sortie de l'onduleur

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II-2 MLI multiple

Figure-II.2 : MLI multiple 30

II-3 MLI sinusoïdale

Figure (II.3.) : MLI sinusoïdale, génération des signaux decommande par une porteuse triangulaire sinusoïdale

la largeur de chaque impulsion varie en fonction de l'amplitude d'une onde sinusoïdaleévaluée au centre de la même impulsion

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II-4 MLI sinusoïdale modifiée

Figure II.4 : MLI sinusoïdale modifier

Sur cette MLI en applique l'onde sinusoïdale durant le début et la fin d'un intervallede 60° par demi cycle;

32

II-5 Commande par déplacement de phase

Figure 2.5 : Contrôle par déplacement de phase33

Conclusion

Aucune de ces techniques ne réduit de façonsignificative ce problème d'harmoniques.

La MLI permet de se rapprocher du signal désiré;

Elle génère dans les machines tournantes desoscillations du couple, des bruits acoustiques et desrésonances électromagnétiques.

Elles injectent du bruit sur la commande et introduit desnon linéarités qui peuvent déstabiliser le système.

Il est donc impératif de minimiser les harmoniques;34

35

III-1 Modulation trapézoïdale

Figure III.1 : Modulation trapézoïdale

Les signaux de commande sont générés en comparant une onde porteuse triangulaireavec une onde modulante trapézoïdale

36

III-2 Modulation en escalier

Figure III.2 Modulation en escalier

Les niveaux de ces escaliers sont calculés pour éliminer des harmoniques spécifiques.

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III-3 Modulation par échelle (stepped)

Figure.III.3 Modulation en échelle

L'onde en échelle n'est pas une approximation échantillonnée de l'onde sinusoïdale.Elle est divisée en des intervalles spécifiques de 20°.

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III-4 Modulation delta hystérésis

Figure.III.4 Modulation delta

Une onde triangulaire est utilisée pour osciller à l'intérieur d'une fenêtre définie ΔVcomme l'enveloppe d'une onde sinusoïdale de référence Vr.

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III-5 Modulation par injection d'harmoniques

Figure.III.5.a Modulation par injection d'harmonique sélectionnée

Le signal modulé est généré par injection d'harmoniques sélectionnées de l'ondesinusoïdale. Il en résulte une forme d'onde "plate" et une réduction de la surmodulation.

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III-6 Modulation pré calculée

III-6-1 MLI monophasée

méthode très efficace pour améliorer la tension et lecourant

Elle consiste à former l’onde de sortie de l’onduleurd’une succession de créneaux de largeurs variables.

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III-6-1-1 Décomposition en série de Fourier d’unsignal MLI

On utilise une onde qui présente une symétrie parrapport au quart de période puis, déduire les autresangles par symétrie.

Figure III-6 : Signal MLI bipolaire. 42

III-6-2 MLI triphasé

Le point milieu de la source de tension est fictif.

Les commandes des interrupteurs d'une même branchesont disjointes.

La décomposition en série de Fourier donne :

Dans ce cas aussi, on cherche à annuler les harmoniquessachant que ceux d'un rang multiple de 3 sontnaturellement éliminés.

M

kk

MA n

n

n

EV

10 )sin()1(2

2sin

43

44

Figure (III-8) : Tensions simple de l’onduleur SHE45

Figure (III-9) : Tensions composée de l’onduleur SHE46

Figure (III-11) : Spectre d’harmonique VAN

H 5 = 1.19% H 7 = 1.44% H 11 = 1.03% H13 = 10.93%

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Figure (III-12) : Spectre d’harmonique VAB

H 5 = 1.11% H 7 = 1.33% H 11 = 1.28% H13 = 13.35%

48

IV- 5 Simulation de la machine asynchrone

les paramètres de simulation de la machine asynchrone :

Resistance statorique : Rs = 4.850 Ω

Resistance rotorique : Rs = 3.805 Ω

Inductance statorique : Ls = 0.274 H

Inductance rotorique : Lr = 0.274 H

Inductance mutuelle : Lm = 0.258 H

Nombre de paire de pole : P = 2

Moment d’inertie : j = 0.031 kg.m2

Couple de charge : Cch = 10 Nm

Coefficient de frottement : Kf = 0.00136 Nm.s.rad-1

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Figure (IV-2) : Schéma de simulation OND + MAS50

IV-5-1 comparaison des courants :

Figure (IV-3) : Allure des courant à vide et en charge

I (A) à vide

I (A) en charge

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

51

Figure (IV-4) : Spectre d’harmonique du courant

H 5 = 0.02% H 7 = 0.01% H 11 = 0.02% H13 = 08.04%

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IV-5-2 comparaison du couple :

Figure (IV-3) : Allure du couple à vide et en charge

Couple N.mà

vide

Couple N.men

charge

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-5

0

5

10

15

20

25

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-5

0

5

10

15

20

25

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IV-5-3 comparaison des vitesses :

Figure (IV-3) : Allure de la vitesse à vide et en charge

Vitesse tr/mnà

vide

Vitesse tr/mnen

charge

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Vitesseatteint 1500

Tr /mn

Vitesseatteint 1410

Tr /mn

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Apres l’étude de la MLI calculer sur notre monographie onpeut dire qu’elle a pour avantage :

Élimination d'harmoniques de rang spécifié,

Élimination d'harmoniques dans une bande de fréquencespécifiée.

Minimisation d'un critère d'harmoniques global.

La modulation est caractérisée par M angles électriques.

Ces angles M permettent :

Soit d'annuler M harmoniques

Soit d'annuler M-1 harmoniques et de fixer L'amplitude de lafondamentale.

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