Convertisseur multicellulaire série à p cellules
S’il est possible de mettre en série deux cellules de commutation, il est alors possible de mettre en série p cellules de commutation (Figure I-12). Les deux interrupteurs de la cellule de commutation ont des commandes complémentaires pour éviter les courts-circuits des I.D Le Convertisseur Multicellulaire Série (FC) 14 sources de tension. La mise en série de p cellules de commutation impose de placer dans la structure (p – 1) condensateurs flottants. L’utilisation d’une cellule de commutation permet d’avoir une variation de la tension entre deux niveaux de E. Avec la structure précédente, le FC 3 niveaux, la variation entre 2 niveaux est égale à E/2. L’extension pour une structure multicellulaire série à p cellules permet d’avoir une variation de tension de sortie entre deux niveaux de E/p. Il en est de même pour la tenue en tension des IGBT, chaque composant semi-conducteurs doit bloquer une tension égale à E/p. Ceci va imposer les valeurs des différentes sources de tension flottante. En effet pour assurer la tenue en tension pour chaque composant, les sources de tension flottantes doivent avoir pour valeur : p E V k Ck k 1,…, p Eq. I-1 Comme pour le cas de l’onduleur FC 3 niveaux, les sources de tension sont réalisées par des condensateurs flottants qui ont pour valeur [CAR] : dec s s p F V I C Eq. I-2 étant l’ondulation de tension de condensateur acceptable, p le nombre de cellules imbriquées et Is le courant maximal en sortie. Cependant cette tension doit être stable pour assurer une tension de sortie multiniveaux de bonne qualité. Pour cela, les courants circulants dans chaque condensateur flottant doivent avoir une valeur moyenne nulle sur une période de modulation [GAT97]. Avec un rapport cyclique constant, les ordres de commande doivent être déphasés d’un angle Φk. Cet angle est donné par la formule : p k k 2 ( 1) k 1,…, p Eq. I-3 Le nombre de niveau en sortie dépend du nombre de cellules de commutation mises en série. Pour un onduleur avec p cellules, le nombre de niveaux que le convertisseur est capable de générer en sortie est : Nniv p+ 1.Comme pour l’onduleur FC 3 niveaux, le convertisseur multicellulaire série possède des propriétés intéressantes en sortie : grâce aux redondances de certains niveaux, il est possible d’augmenter la fréquence apparente de découpage par rapport à la fréquence de découpage des cellules de commutation. Pour une structure à p cellules, la fréquence apparente est égale à : app dec f p f Eq. I-5 Les premiers harmoniques du spectre n’apparaissent alors seulement qu’à cette fréquence et leur amplitude est p fois plus faible que pour un onduleur 2 niveaux classique. De plus les harmoniques suivants ne sont qu’autour des fréquences multiples de cette fréquence apparente. Pour illustrer ces différents résultats, une simulation d’un onduleur avec 4 cellules de commutation (Figure I-13) a été faite avec les mêmes paramètres que les deux structures précédentes pour la charge, la tension du bus d’entrée, la fréquence de découpage et la modulante.
Le Convertisseur Multicellulaire Superposé (SMC)
Cette structure est une évolution du convertisseur multicellulaire série. Elle a été brevetée en 2000 en France [BRE2] et 2001 dans le monde [BRE3]. Pour comprendre cette structure, la première partie est une description de la cellule élémentaire 3 niveaux, puis dans un deuxième temps, comme pour la structure multicellulaire série, les caractéristiques générales de ce convertisseur sont données.
La Cellule 3 Niveaux (SMC1x2)
La cellule élémentaire du convertisseur multicellulaire est composée de 4 ou 6 interrupteurs (Figure I-17). Les branches extérieures sont composées de deux interrupteurs 3 segments : la mise en série d’interrupteurs est nécessaire pour la tenue en tension. La tenue en tension de l’ensemble des différents interrupteurs est E/2. Doubler les interrupteurs, n’augmente pas les pertes par commutation, car un seul des deux interrupteurs commute à la fréquence de découpage, l’autre ne commutant uniquement que deux fois par période de modulation. La branche du milieu est composée de deux interrupteurs placés en opposition. Pour ces interrupteurs la tenue en tension maximale est égale à E/2, ils n’ont pas besoin d’être doublés. I.E Le Convertisseur Multicellulaire Superposé (SMC) 18 Figure I-17 Onduleur SMC1x2 3 Niveaux Comme pour le NPC 3 niveaux, la commande se sépare en deux parties : Pendant l’alternance positive de la modulante, les interrupteurs T2 et T4 restent fermés alors que T5 et T6 restent en position OFF. Pour avoir la tension de sortie égale à E/2, T1 doit être en position ON alors que T3 doit être bloqué. Au contraire T3 doit être amorcé et T1 en position OFF pour avoir le niveau 0. Pendant l’alternance négative, T3 et T5 doivent être passants alors que T1 et T2 sont en position OFF. Pour avoir en sortie le niveau 0, l’interrupteur T4 doit être passant alors que T6 doit être en position OFF. Pour le niveau –E/2, l’interrupteur T5 doit être passant alors que T6 est OFF. Il y a donc 2 couples d’interrupteurs commandés de manière complémentaire : T1 et T3, et T4 et T6. Chaque interrupteur découpe au maximum pendant une moitié de période de modulation comme pour le NPC 3 niveaux. Le passage du courant dans chaque interrupteur se fait soit par l’IGBT soit par la diode, cela dépend du signe du courant. Le Tableau I-1 résume les différentes conductions des différents composants semi-conducteurs en fonction du signe du courant de sortie et du niveau désiré.
Introduction Générale |
Télécharger le document complet
