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CONVERTISSEURS ALTERNATIF – CONTINU ETUDE, CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS

Ce chapitre est consacré à la présentation des résultats pratiques relatifs aux convertisseurs ac-dc que nous avons obtenu dans le cadre des mémoiresd’ingénieurs et des projets d’étudiants effectués successivement à l’Ecole Normale Supérieure d’Antsiranana, à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antsiranana et à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.
Il s’agit successivement de :
1. L’élaboration d’un logiciel de dimensionnement des redresseurs couramment utilisés en monophasé et en triphasé [26][36][41][73] ;
2. La réalisation d’un redresseur monophasé à quatre hyristors avec son circuit électronique de commande.
Ce montage est appliqué à :
L’alimentation à vitesse variable d’un moteur à cou rant continu [25][26][41][73] ;
La récupération de l’énergie solaire injectée au seauré électrique (EDF en France ou JiRaMa à Madagascar) [41][73] ;
3. La réalisation d’un convertisseur bidirectionnel à huit thyristors suivie de la conception et de la réalisation de son circuit électronique de commande.
Ce convertisseur alimente un moteur à courant conti nu dans les deux sens de rotation pour ouvrir et fermer un portail. Le déclenchement de l’ouverture s’effectue par un rayon laser puis la fermeture est automatique avec détection d’obstacle [26][41][73] ;
Les photos de chaque réalisation ainsi que les résultats obtenus lors des essais expérimentaux seront présentés à la fin de chaque paragraphe.

THEORIES GENERALES SUR LES CONVERTISSEURS AC-DC

Les redresseurs à thyristors sont des convertisseur s qui reçoivent à l’entrée des tensions alternatives et fournissent à la sortie des tension s continues dont la valeur moyenne varie en fonction de l’angle de retard d’allumage.
Ils sont très utilisés dans plusieurs domaines industriels : citons entre autres l’alimentation des moteurs pour les voitures électriques (tramway). Nous allons présenter par la suite les montages de base et leur principe de fonctionnement ainsi que les équations théoriques qui vont servir pour le dimensionnement d’un convertisseur qui alimentera une charge résistive pure puis un moteur à courant continu fortement ind uctif.

Schéma de base

D’une manière générale, les montages à thyristors onts conçus à partir des commutateurs à cathodes communes (figure 10.a) et à anodes communes (figure 10.b).
Convertisseurs d’énergie intégrés dans l’automatisme industriel – Deux nouveaux modèles – Applications
(a) (b)
Figure 10 : Les commutateurs à thyristors

Définitions et fonctionnement

Définitions

Pour redresser q tensions alternatives, on peut classer les différents montages en trois catégories suivant le couplage au secondaire du transformateur et le nombre des diodes utilisées :
– Si le secondaire est monté en étoile et si on utilise q thyristors, ils sont appelés montages « parallèle q » ou Pq.
– Si le secondaire est en étoile et si on utilise 2q thyristors, ils sont appelés montages
« parallèle double q » ou PDq.
– Si le secondaire est en étoile et si on utilise 2q thyristors, ils sont appelés montages
« série q» ou Sq.

Principe de fonctionnement

Montages Pq et PDq
Pour le montage à cathodes communes, le thyristor c onducteur est celui qui présente à ses bornes la plus positive des tensions et qui, en même temps reçoit sur sa gâchette une impulsion.
Pour le montage à anodes communes, le thyristor con ducteur est celui qui présente à ses bornes la plus négative des tensions et qui reçoit en même temps une impulsion sur sa gâchette.
Montages Sq
Pour le montage à cathodes communes, le thyristor c onducteur est celui qui reçoit une impulsion sur sa gâchette et dont la tension à ses bornes vient de devenir positive.
Pour le montage à anodes communes, le thyristor con ducteur est celui qui reçoit une impulsion sur sa gâchette et dont la tension à ses bornes vient de devenir négative.

Les montages courants

Suivant la combinaison des commutateurs décrits dans le paragraphe précédent, il existe plusieurs montages. Cependant, nous allons montrer ici les montages les plus utilisés et les tensions qu’ils délivrent [9]. Dans tous les cas, nous considérons que la charge est fortement inductive.
Le montage P2
Ce montage comprend deux thyristors et un transformateur à point lieu. L’allure de la tension à la sortie ainsi que les intervalles de conduction des thyristors sont présentés à lafigure 11. Pour ne pas alourdir le schéma, le primaire du transformateur n’est pas représenté.
Convertisseurs d’énergie intégrés dans l’automatisme industriel – Deux nouveaux modèles – Applications
Figure 11 : P2 tout thyristors, (a) Schéma du montage, (b) Allure de ud et durée de conduction des thyristors
Le montage PD2
Ce montage comprend quatre thyristors. Les tensions à la sortie ainsi que les intervalles de conduction des thyristors sont présentés à lafigure 12.
On a les relations [9]:
Figure 12 : PD2 tout thyristor, (a) Schéma du montage, (b) Allures de ud, ud1, ud2 et durée de conduction des thyristors
En triphasé les montages les plus utilisés sont lesP3 et PD3.
Convertisseurs d’énergie intégrés dans l’automatisme industriel – Deux nouveaux modèles – Applications
Montage P3
Ce montage possède un transformateur triphasé dontle secondaire est monté en étoile et trois thyristors à cathodes communes.
Figure 13 : P3 tout thyristor, ( a) Schéma de montage, (b) Allure de ud pour α= 75°
La tension à la sortie, les courants secondaires i1 , i2 et i3 ainsi que le courant de charge id sont présentés sur lafigure 13.
Montage PD3
Le montage est composé de six thyristors dont troissont montés à cathodes communes et les trois autres sont montés à anodes communes. Le secondaire du transformateur est monté en étoile.
Figure 14: PD3 tout thyristor, (a) Schéma, Allurede ud, ud1, ud2 et durée de conduction des thyristors
Convertisseurs d’énergie intégrés dans l’automatisme industriel – Deux nouveaux modèles – Applications

Etude des tensions

Nous considérons à nouveau une charge fortement inductive, l’expression de la valeur moyenne de la tension continue redressée dépend dutype de montage [9] [16].
Type Pq : Équation 1
Avec Équation 2 où α est l’angle de retard d’allumage de thyristors et Uco la valeur de la tension redressée siα est égal à zéro.
Si la charge est résistive pure, cette expression dépend de l’angle de retard α [16]:
Équation 3 si0 ≤ α ≤ 30°
√ Équation 4 si 30° < α ≤ 180°
Notons que l’allure de u d est différente pour une charge purement résistive(figure 15).
Convertisseurs d’énergie intégrés dans l’automatisme industriel – Deux nouveaux modèles – Applications

Phénomènes d’empiètement

Ce phénomène apparaît lors de la commutation d’un hyristor à un autre. Puisque le courant ne peut ni s’annuler brusquement ni passer de zéro à la valeur nominale, il y a une conduction simultanée de deux thyristors. Sur la figure 16, ce laps de temps est désigné parµ, on l’appelle « angle d’empiètement ». Durant cet intervalle, la tension ud s’écrit :
Cet angle va limiter la valeur maximale du retard α à 150° comme on le verra au paragraphe suivant.

Fonctionnement en onduleur

Le phénomène d’empiètement comporte des problèmes pécifiques au fonctionnement en onduleur. Il faut tenir compte du temps de désamorçage tq du thyristor sinon, un « raté de commutation » apparaît. Nous détaillerons ce phénomène au paragraphe suivant.
La figure 17 montre l’allure des tensions et des courants pour α=150°. A cause de ce grand angle de retard d’allumage, la tension aux bornes du thyristor bloqué est positive pour la plupart du temps. Elle n’est négative que pendant une duréeγ appelé « angle d’extinction ».
Le temps de désamorçage tγ correspondant à cet angle doit être supérieur à tqafin d’assurer un blocage parfait pour le régime bloqué.
Nous avons la relation : tγ > tq
Pour une fréquence de 50Hz, si γ = 10°, tγ = 555µs. Or, dans la pratique, tq varie de 100 à 200µs. Donc, pour obtenir une sécurité suffisante et en tenant compte de l’angle d’empiètement µ, en général la valeur maximale de α est limitée à αmax= 150° pour le fonctionnement en onduleur. Cette limitation s’effectue au niveau de la conception du circuit électronique qui commande les thyristors.

Raté de commutation

Sur la figure 18 sont dessinés les tensions et les courants lors d’un défaut de blocage. Ici, le thyristor T2 n’a pas été allumé. Ce phénomène apparaît:
– Si on ne tient pas compte de la condition tγ > tq car le thyristor T1 n’a pas le temps de se bloquer
– où si l’impulsion sur T2 n’arrive pas au bon moment ou a une largeur insuffisante.
Dans la pratique, la tension négative ud est mise en série avec une force contre électromotrice.
Le montage fonctionne en onduleur non autonome.
A cause de ce défaut la tension ud change de signe et devient brusquement positive, nous obtiendrons ainsi deux tensions en série qui alimentent une inductance. Le courant id devient excessif et met l’installation hors service.

Montages mixtes

La tension délivrée par le redresseur s’écrit alors[9][16] :

Relations permettant de calculer les paramètres

Pour calculer les caractéristiques des diodes et des transformateurs, nous pouvons considérer les montages à diodes où les valeurs calculées correspondent à celles des redresseurs à thyristors en prenant α = 0°.
Les relations qui permettent de calculer ces caractéristiques sont données dans le tableau 1 [16].

CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS

Logiciel de dimensionnement

Dans le cas général, après avoir choisi un montageadéquat, le dimensionnement d’un redresseur à thyristors revient au calcul des carac téristiques de ces derniers et celles du transformateur. Les courants qui circulent à traver s ces thyristors sont maximum si la valeur zéro est donnée à l’angle d’amorçage.
Nous présentons sur lafigure 19 la page d’accueil :
Un clic sur « Paramètres d’entrée » fait apparaîtrela fenêtre ci-dessous où on introduit toutes les données : Où
Uc = Tension nominale de la charge
Ic = Courant nominal
q = 3 si on choisit le montage triphasé, q= 2 sion choisit le montage monophasé f = 50 Hz, fréquence du réseau
Un clic sur « Caractéristiques thyristors » calculeet affiche les caractéristiques des thyristors.
Nous obtenons la fenêtre suivante :
Ce tableau affiche les résultats de tous les montages courants.
Un clic sur « Caractéristiques du Transfo » calcule les caractéristiques du transformateur à utiliser. La fenêtre suivante apparaît:
Cette figure montre également les caractéristiquesdes transformateurs selon le type de montage choisi.

Réalisation du redresseur monophasé a thyristors

Schéma de puissance

Nous utilisons le montage PD2 représentée sur lafigure 23.

Conception et réalisation du circuit de commande

Schéma bloc du circuit de commande

D’après la figure 23, nous avons à commander quatre thyristors. Pour ce faire, nous proposons le schéma bloc de lafigure 24.

Fonctionnement

Cette commande utilise un circuit spécial TCA 785 recevant deux signaux : la tension de référence sinusoïdale venant du réseau et la tensiode commande ucm qui permet de changer progressivement l’angle de retard d’allumage des th yristors.
A l’aide de ces deux signaux, le TCA 785 et son circuit environnant fournissent les quatre signaux de gâchettes nécessaires pour commander les thyristors. Ces derniers seront amplifiés et traversent les transformateurs d’impulsions assurant l’isolation galvanique. Dans notre conception, nous limitons les angles de retard d’allumage de 30° à 150° pour tenir compte des conditions de bon fonctionnement développé au paragraphe II.1.5.

Résultats expérimentaux

Première application : Alimentation continue variable

La figure 25.a montre l’allure de la tension redressée qui alimente une résistance pure et à la figure 25.b, notre convertisseur alimente un moteur à courant continu où le courant est lissé par une inductance L. L’angle d’amorçage est réglé à 90°.
Figure 94.a : Z=R pure
Figure 94.b : Charge = moteur
en série avec une inductance
Figure 25 : Allure de Ud pour α=90°
Remarques
Ici, nous n’avons expérimenté que deux applicationsdu convertisseur ac-dc à thyristors à savoir :
– l’alimentation d’une résistance fixe dont la puissance consommée est variable : elle dépend de l’angle de retard d’allumage α.
– l’alimentation d’un moteur à courant continu à vite sse variable : la tension d’induit à ses bornes est fonction de l’angle d’amorçage des t hyristors α.
La puissance peut aller jusqu’à des centaines de ki lowatts.
Notons que l’utilisation de ce convertisseur pour fournir une alimentation continue variable dans un laboratoire d’essais est très courante.
A Madagascar, par exemple, un tel montage est utilisé pour l’alimentation des moteurs électriques des « tramways » chez Madarail (Sociétéferroviaire malgache). Précisons que ces tramways ne sont pas encore opérationnels.

Deuxième application : Récupération d’énergie électrique injectée au réseau

Le schéma de principe de l’installation est représenté à la figure 26 ci-dessous :
Le convertisseur est relié au réseau électrique viale transformateur.
La charge est remplacée par une source de tension continue qui fournit de l’énergie. Dans notre cas, nous avons utilisé des batteries chargées par des panneaux solaires. Sur le schéma nous représentons le système batteries-panneaux solaires par une source indépendante.
Principe de fonctionnement
Pour 90° < α < 150°, la valeur moyenne de la tension u d est négative mais le sens de i reste d toujours positif. Donc, si nous installons une force électromotrice à la place du récepteur, la puissance transitée est négative selon l’équation 8.
C’est pourquoi le sens de l’écoulement de l’énergie va de la source indépendante vers le réseau via le convertisseur et le transformateur.
Le convertisseur est ainsi appeléOnduleur non autonome.
Caractéristiques d’un panneau :
Up max= 16 [V]
Ip max = 1,9 [A]

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I GENERALITES SUR L’ELECTRONIQUE INDUSTRIELLE
I.1. ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
I.2. ELECTRONIQUE DE COMMANDE
I.3. LES ISOLATIONS GALVANIQUES
I.3.1 Les transformateurs d’impulsions ou TI
I.3.2 Les optocoupleurs ou photocoupleurs
I.3.2.1 Fonctionnement
I.3.2.2 Les différents types
I.3.3 Les fibres optiques
I.3.3.1. Atténuation
I.3.3.2. Causes des atténuations
CHAPITRE II CONVERTISSEURS ALTERNATIF – CONTINU ETUDE, CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS
II.1. THEORIES GENERALES SUR LES CONVERTISSEURS AC-DC
II.1.1. Schéma de base
II.1.2. Définitions et fonctionnement
II.1.2.1. Définitions
II.1.2.2. Principe de fonctionnement
II.1.3. Les montages courants
II.1.4. Etude des tensions
II.1.5. Phénomènes d’empiètement
II.1.6. Fonctionnement en onduleur
II.1.7. Raté de commutation
II.1.8. Montages mixtes
II.1.9. Relations permettant de calculer les paramètres
II.2. CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS
II.2.1. Logiciel de dimensionnement
II.2.2. Réalisation du redresseur monophasé a thyristors
II.2.2.1. Schéma de puissance
II.2.2.2. Conception et réalisation du circuit de commande
II.2.3. Convertisseur bidirectionnel a thyristors
II.2.3.1. Principe de fonctionnement
II.2.3.2. Conception du circuit de commande
II.2.3.3. Résultats pratiques et photos
CONCLUSION ET DEVELOPPEMENTS
CHAPITRE III CONVERTISSEURS DC-DC ETUDE, CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS
III.1. THEORIES SUR LES CONVERTISSEURS DC- DC
III.1.1. Hacheur abaisseur a transistor
III.1.1.1. Principe de fonctionnement
III.1.1.2. Relations fondamentales
III.1.1.3. Conditions de fonctionnement correct
III.1.2. Hacheur élévateur a transistor
III.1.2.1. Principe de fonctionnement
III.1.2.2. Relation fondamentale
III.1.2.3. Condition à respecter pour une charge résistive pure
III.1.3 Hacheur inverseur de tension a transistor
III.1.3.1. Fonctionnement
III.1.3.2. Relation fondamentale
III.1.4. Hacheur série a transistor
III.1.5.Hacheur a transformateur
III.1.5.1. Principe de fonctionnement
III.1.5.2. Relation fondamentale
III.1.6. Hacheur a thyristors
III.1.6.1. Fonctionnement
III.1.6.2. Dimensionnement du circuit d’extinction
III.1.6.2.1. Calcul du condensateur d’extinction C
III.1.6.2.2. Calcul de l’inductance Lc
III.2. CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS
III.2.1. Simulation avec Matlab simulink
III.2.1.1. Hacheur abaisseur
III.2.1.2. Hacheur élévateur
III.2.1.2.1. Influence de la capacité
III.2.1.2.2. Influence de l’inductance
III.2.1.2.3. Influence de la fréquence de commutation
III.2.1.2.4. Influence du rapport cyclique
III.2.1.3. Hacheur inverseur
III.2.1.3.1. Influence de la capacité
III.2.1.3.2. Influence de l’inductance
III.2.1.3.3. Influence de la fréquence de commutation
III.2.1.3.4. Influence du rapport cyclique
III.2.2. Expérimentations sur le hacheur abaisseur a transistor
III.2.2.1. Conception du circuit de commande
III.2.2.2 Résultats expérimentaux
III.2.3. Expérimentations sur le hacheur a thyristors
III.2.3.1. Conception du circuit de commande
III.2.3.2. Résultats expérimentaux
III.2.4. Pilotage par un microcontrôleur d’un moteur a courant continu alimente par un hacheur en pont a transistors
III.2.4.1. Le hacheur réversible
III.2.4.2. Schéma du montage réel et principe et fonctionnement
III.2.4.3. Conception du circuit de commande
III.2.4.4. Photos des réalisations
III.2.4.5. Choix du convertisseur
III.2.4.6. Expression de la vitesse de rotation d’un moteur à courant continu
CONCLUSION
CHAPITRE IV CONVERTISSEURS ALTERNATIFS – ALTERNATIFS ETUDE, CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS
IV.1. METHODES DE REGLAGE CLASSIQUE
Généralités sur l’Automatisme [17]
IV.1. 1. Systèmes automatiques sans boucle de retour
IV.1.2. Schéma fonctionnel et modèle mathématique d’un système en boucle fermée
Introduction
IV.1.2.1. Schéma fonctionnel d’un système avec une contre-réaction
IV.1.2.2. Schéma fonctionnel d’un système avec une contre-réaction unitaire
IV.1.2.3. Système avec perturbations
IV.1.2.4. Régulation en cascade avec limitation de grandeurs internes
IV.1.3. Les régulateurs standards
IV.1.3.1. Rôle
IV.1.3.2. Les expressions algébriques du régulateur GR(s) [6][17]
IV.1.3.2.1. Le régulateur tout ou rien
IV.1.3.2.2. Le régulateur à hystérèse
IV.1.3.2.3. Le régulateur proportionnel
IV.1.3. 2.4. L’action intégrale
IV.1.3.2.5. L’action dérivée
IV.1.3. 2.6. L’action proportionnelle et intégrale ou PI
IV.1.3.2.7. Action proportionnelle et dérivateur ou PD
IV.1.3.2.8. Action proportionnelle, intégrale et dérivée ou PID
IV.1.3.2. Méthode de détermination des coefficients des régulateurs
IV.1.3.2.1. Première méthode
IV.1.3.2.2. Deuxième méthode
IV.2 : THEORIES SUR LES GRADATEURS
IV.2.1. Généralités sur les gradateurs
IV.2.1.1. Schéma de principe
IV.2.1.2. Modes de fonctionnement
IV.2.1.3. Domaines d’application
IV.2.2. Gradateur monophasé
IV.2.2.1. Cas où les charges sont résistives
IV.2.2.2. Cas des charges inductives pures
IV.2.2.3. Cas des charges (R, L) série
IV.2.3. Gradateur triphasé
IV.2.3.1. Premier type de montage
IV.2.3.1.1. Charge résistive pure : Démarrage et fonctionnement
IV.2.3.1.2. Charge inductive
IV.2.3.1.3. Charge R-L série
IV.2.3.2. Deuxième type de montage
IV.2.3.3. Troisième type de montage
IV.2.3.4. Quatrième type de montage
IV.2.3.5. Cinquième type de montage
IV.3 : CONCEPTION, REALISATIONS ET APPLICATIONS
IV.3.1. Simulation de fonctionnement avec Matlab simulink
IV.3.2. Logiciel de dimensionnement d’un gradateur et simulation de fonctionnement
IV.3.2.1. Cas où la charge est une résistance pure
IV.3.2.1. Cas où Z= jLω
IV.3.2.3. Cas où Z = R + jLω
IV.3.2.4. Résultats expérimentaux
IV.3.2.4.1. Z= R pure (Variateur de lumière)
IV.3.2.4.2. Z= jLω (primaire d’un transformateur)
IV.3.2.4.3. La charge est un moteur asynchrone monophasé 250W
IV.3 .2.4.4. Conception et réalisation d’un gradateur triphasé avec son circuit de commande
IV.3.3. Commande assistée par ordinateur d’un banc d’automatisme hydraulique
IV.3.3.1. Généralités et objectifs
IV.3.3.2. Présentation du banc d’hydraulique
IV.3.3.3. Etude du fonctionnement et la console de commande
IV.3.3.4. Précisions sur les différents cycles
IV.3.3.5. Organigramme de fonctionnement du système
IV.3.3.6. Conception du programme
IV.3.3.7. Interface utilisateur
IV.3.3.8. Fonctionnement selon le mode de commande
IV.3.3.8.1. Mode de commande manuelle
IV.3.3.8.2. Mode de commande par séquences
IV.3.3.8.3. Mode de commande automatique
IV.4. ALIMENTATION AVEC REGULATION D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU A AIMANTS PERMANENTS PAR UN COURANT IMPULSIONNEL
IV.4.1. Schéma de principe et fonctionnement
IV.4.1.1. Schéma de principe
IV.4.1.2. Fonctionnement
IV.4.1.3. Choix des régulateurs
IV.4.2. Résultats expérimentaux
CONCLUSION
Chapitre V LE NOUVEAU MODELE DE CONVERTISSEUR ALTERNATIF-ALTERNATIF
INTRODUCTION
V.1. CIRCUIT DE PUISSANCE ET FONCTIONNEMENT
V.1.1. But
V.1.2. Circuit de puissance
V.1.3. Fonctionnement du convertisseur
V.1.4. Conception du circuit de commande
V.1.5. Résultats expérimentaux
V.2. ANALYSE ET AMELIORATIONS
V.2.1. Etude du cas défavorable
V.2.2. Etude du cas favorable
V.2.3. Solution proposée pour faire disparaître les cas défavorables
V.2.4. Résultats obtenus avec Matlab Simulink
V.3. PREMIERE APPLICATION: ALIMENATION D’UNE CHARGE FORTEMENT RESISTIVE A PUISSANCE VARIABLE ET A FACTEUR DE PUISSANCE ELEVE
V.3.1. Equation fondamentale
V.3.2. Schéma de principe et fonctionnement
V.3.2.1. Simulation avec Simulink
V.3.2.2. Etude comparative du nouveau ac-ac avec le gradateur classique
V.4. DEUXIEME APPLICATION : NOUVEAU COMPENSATEUR REACTIF
V.4.1. Rappels sur les inconvénients d’un mauvais facteur de puissance
V.4.1.1. Pertes joules
V.4.1.2. Chute de tension
V.4.1.3. La section du fil
V.4.1.4. La puissance réactive
V.4.1.5. Récapitulation et interprétations des courbes
V.4.2. Quelques valeurs du FP des appareils courants
V.4.3. Méthodes utilisées pour améliorer le FP
V.4.4. Calcul de la capacité des condensateurs à installer
V.4.5. Quelques variantes de compensateurs réactifs actuels [7]
V.4.5.1. Les compensateurs statiques à thyristors (SVC)
V.4.5.2. Capacitance série commandée par thyristors
V.4.5.3. Compensateur statique synchrone à commutation forcée
V.4.5.4. Contrôleur de puissance universelle (UPFC, Unified Power Flow Controller) 133
V.5. NOUVEAU COMPENSATEUR REACTIF
V.5.1. Schéma bloc
V.5.1.1. Description
V.5.1.2. Fonctionnement
V.5.2. Etude du filtre de Butterworth [40][78][95]
V.6. SIMULATION SOUS MATLAB SIMULINK
V.7. AVANTAGES DU NOUVEAU COMPENSATEUR ET ETUDES COMPARATIVES
V.8. RESPECT DES NORMES DE COMPATIBILITES ELECTROMAGNETIQUES
CONCLUSION
Chapitre VI CONVERTISSEURS CONTINU-ALTERNATIF ETUDE, CONCEPTION, REALISATION ET APPLICATIONS DES ONDULEURS AUTONOMES
VI.1. THEORIES GENERALES SUR LES ONDULEURS AUTONOMES ET ANALYSES HARMONIQUES DES FORMES D’ONDES
VI.1.1. Généralités sur les onduleurs autonomes
VI.1.2. Présentation et symbole
VI.1.3. Les onduleurs autonomes monophasés
VI.1.3.1. Onduleur à deux interrupteurs séries
VI.1.3.2. Onduleur à deux interrupteurs en parallèles
VI.1.3.3. Onduleur monophasé en pont
VI.1.4. Onduleur triphasé en pont
VI.1.4.1. Schéma de l’onduleur
VI.1.4.2. Exemple et analyse des harmoniques
VI.2. THEORIES GENERALES SUR LE REGLAGE PAR MODE DE GLISSEMENT
VI.2.1. Les deux configurations
VI.2.2. Choix de la configuration
VI.2.3. Relations générales
VI.2.4. Condition d’existence du mode de glissement
VI.2.5. Grandeur de commande équivalente
VI.2.6. Equation d’état en mode de glissement
VI.2.7. Solution de l’équation d’état
VI.2.8. Système multivariable
VI.2.7.1. Equation d’état et loi de commutation
VI.2.7.2. Vecteur de commande équivalente
VI.2.7.3. Equation d’état en mode de glissement
VI.3. ALIMENTATION D’UN MOTEUR SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS PAR UN ONDULEUR TIPHASE EN PONT AVEC REGULATION DE COURANTS ET DE COUPLE
La Coopération Technique Suisse
VI.3.1. Schéma bloc général, description et fonctionnement
VI.3.1.1.Description
VI.3.1.2. Fonctionnement
VI.3.2. Principe général du réglage de couple
VI.3.3. Application au réglage des courants par mode de glissement
VI.3.3.1. Loi de commutation
VI.3.4. Résultats expérimentaux
VI.3.5. Interprétation à l’aide d’un régulateur d’état
VI.4. CIRCUIT DE COMMANDE D’UN MOTEUR PAS A PAS TRIPHASE
VI.4.1. Schéma bloc du générateur
VI.4.2. Résultats expérimentaux
CONCLUSION
CHAPITRE VII LES ONDULEURS MULTINIVEAUX ET LE NOUVEAU MODELE
INTRODUCTION
THEORIES DES ONDULEURS MULTINIVEAUX
VII.1. LES DIFFERENTES TOPOLOGIES D’ONDULEURS MULTINIVEAUX
VII.1.1. Structure de base des onduleurs multiniveaux à potentiel distribué (NPC)
VII.1.1.1. Avantages et inconvénients de la topologie NPC à potentiel distribué
VII.1.1.2. Topologie d’un bras d’onduleur NPC à potentiel distribué à trois niveaux
VII.1.2. La topologie basée sur la mise en série d’onduleurs monophasés
Avantages et inconvénients de la mise en série
VII.1.3. La topologie multicellulaire (ou Flying capacitors multilevel inverter)
Avantages et inconvénients de la topologie multicellulaire
VII.1.4. La topologie hybride
VII.2. STRATEGIES DE COMMANDE EN BOUCLE OUVERTE
VII.2.1. Commande par modulation de largeur d’impulsions ou MLI
VII.2.1.1. Le modulateur analogique
VII.2.1.2. Le modulateur numérique
VII.2.3. Commande par MLI calculées
VII.2.4. Commande par paliers ou par gradins
VII.3. COMMANDES EN BOUCLE FERMEE
VII.3.2. Réglage et contrôle de courant par régulateurs à action à deux positions
VII.3.3. Commande par hystérésis modulée
CONCEPTION, REALISATION ET APPLICATION DES ONDULEURS NPC 3- NIVEAUX
VII.4. SIMULATION D’UN ONDULEUR 3-NIVEAUX PAR MATLAB/SIMULINK
VII.4.1. Modèle d’onduleur NPC à douze transistors
VII.4.2. Conception de l’électronique de commande
VII.4.3. Résultats de la simulation
VII.5. CONCEPTION DU CIRCUIT DE COMMANDE PAR UN MICROCONTROLEUR : LE PIC16F84A
VII.5.1. Conception de la commande préprogrammée
VII.5.2. Organigramme du programme implanté dans le PIC
VII.5.3. Conception et réalisations du circuit de commande préprogrammée
VII.6. RESULTATS PRATIQUES DE L’ONDULEUR NPC TROIS NIVEAUX A DOUZE TRANSISTORS
VII.6.1. Situation initiale
VII.6.2. Amélioration de la commande
VII.6.3. Résultats expérimentaux
VII.6.3.1. Résultats en boucle ouverte
VII.6.3.2. Résultats en boucle fermée
VII.6.3.3. Quelques photos de l’onduleur NPC trois niveaux
VII.7. NOUVEAU MODELE D’ONDULEUR MULTINIVEAU
VII.7.1. Allures théoriques des tensions avec les différents schémas jusqu’à 5 niveaux
VII.7.2. Simulation sous Matlab Simulink
VII.7.2.1. Résultats sur l’onduleur à deux niveaux
VII.7.2.2. Résultats sur les onduleurs à trois niveaux
VII.7.2.3. Résultat sur les onduleurs à quatre niveaux
VII.7.2.4. Résultats sur les onduleurs à cinq niveaux
VII.7.3. Simulation sous Matlab Simulink avec contrôle de courant par hystérésis modulée
VII.7.4. Résultats expérimentaux
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
Bibliographie

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