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Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire Ministre de lEnseignement Suprieure et de la Recherche Scientifique ECOLE NATIONALE POLYTECHNIQUEDpartement de Gnie Electrique Laboratoire de Commande des Processus Thse En vue de lobtention du diplme deDOCTORAT EN GENIE ELECTRIQUE Option : Electrotechnique Prsente parMr TALHA ABDELAZIZ Ingnieur dtat en Electrotechnique de lUSTHB Magister en Electronique de lUSTHB THEMEETUDE DE DIFFERENTES CASCADESDE LONDULEUR A SEPT NIVEAUX ASTRUCTURE NPC. APPLICATION A LACONDUITE DUNE MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTSEcole Nationale Polytechnique 10 Avenue. Pasteur, El-Harrach, Alger, ALGERIE Soutenue publiquement le 02/ 12/ 2004 devant le jury compos de : PrsidentF. BoudjemaProfesseur, ENP RapporteursE.M. BerkoukMatre de Confrence, ENP M.S. BoucheritProfesseur, ENP ExaminateursL. RefoufiProfesseur, Universit de Boumerdes M.O. MahmoudiMatre de Confrence, ENP H. MoulaiMatre de Confrence, USTHB H. ZerougMatre de Confrence, USTHB InvitC. LarbesMatre de Confrence, ENP Avant propos-AVANT PROPOS LestravauxderecherchedanscettethsesesonteffectusauseinduLaboratoiredeCommandedes Processus du Dpartement du Gnie Electrique de lEcole Nationale Polytechnique d'Alger sous La direction de Messieurs E. M. Berkouk, Matres de Confrence lENP et M. S. Boucherit, Professeur lENP. Que ces derniers trouvent ici le tmoignage de ma profonde gratitude et mes sincres remerciements pour le soutien et les conseils quils nont cess de me prodiguer, et leurs apports sur le plan scientifique et personnel tout le long de ce travail. JeremercietrsvivementMonsieurF.Boudjema,ProfesseurlEcoleNationalePolytechniqued'Alger, pour son apport personnel et pour lhonneur quil me fait en acceptant dexaminer mon travail en prsidant le jury.Je tiens exprimer ma reconnaissance Monsieur L. Refoufi, Professeur lUniversit de Boumerdes, pour la confiance et l'honneur qu'il m'accorde en acceptant de participer ce jury. Que Monsieur M.O. Mahmoudi, Matres de Confrence lEcole Nationale Polytechnique d'Alger, trouve ici mes remerciements les plus sincres et ma profonde reconnaissance pour ses conceils et pour sa participation au sein du jury. MesremerciementsvontgalementMonsieurH.Moulai,MatresdeConfrencelUniversitdes Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (U.S.T.H.B), pour son apport personnel et pour lhonneur quil me fait en participant au jury de cette thse. QueMonsieurH.Zeroug,MatresdeConfrencelUniversitdesSciencesetdelaTechnologieHouari Boumediene (U.S.T.H.B), trouve ici mes remerciements les plus sincres pour sa participation au sein du jury.JeremercietrsvivementMonsieurC.Larbes,DocteurdtatlEcoleNationalePolytechniqued'Alger, pour son apport scientifique et personnel et pour lhonneur quil me fait en acceptant mon invitation. Avant propos-Mes remerciements vont galement : MonsieurA.El-Maouhab,chargdecourslUniversitdesSciencesetdelaTechnologieHouari Boumediene (U.S.T.H.B), pour son aide inestimable et sa disponibilit. la Mmoire de Monsieur A. Maafi,Professeur lUniversit des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene(U.S.T.H.B),chefd'quipeInstrumentationSolaireetModlisationdelafacult d'Electronique et d'Informatique, pour son aide et ses sacrifices, que Dieu le tout puissant lui accorde sa sainte misricorde et l'accueille dans son vaste Paradis. toutlesmembresdel'quipeInstrumentationSolaireetModlisationdelafacultd'Electroniqueet d'Informatique(U.S.T.H.B),etparticulirementMademoiselleS.Harrounipoursachaleureuseet amicale ambiance dans laquelle se sont droules ces dernires annes. tous mes collgues de l'ITS de l'USTHB pour leurs soutiens et encouragements.Enfin,jeneseraisterminercesremerciementssansmentionnerlesproches,familleetamis,qui,surleplan humain, m'ont soutenu par leurs encouragements. Un remerciement particulier et une reconnaissance la plus profonde vont mes parents et ma femme pour leurs aides inestimables et leurs disponibilits tout le long de la ralisation de ce travail, sans oublier mes adorables enfants Ahlem et Zinedine Mohamed Ali pour la joie et lambiance particulire quils ont cres autour de nous. Plusieurspersonnesontcontribuesdeprsoudeloinllaborationde cetravail,jene seraislesnommer toutes, mais je tiens leurs exprimer mes vives remerciements. Cette prsente thse leur est ddie titre de modeste remerciement. " Voici des fruits, des fleurs, des feuilles et des branches,Et puis voici mon cur qui ne bat que pour vous" VERLAINENomenclature-NomenclatureVA, VB, VC : Tensions simples aux bornes de chaque phase de la charge VAM,VBM,VCM :TensionsentrechaquebrasdelonduleuretlepointmilieuMde lalimentation continue de londuleur VNM : Tension entre le point neutre de la charge et le point milieu de lalimentation continue de londuleur VAB, VBC, VCA : Tensions composes m : Indice de modulation pf: Frquence de la porteuse f : Frquence de la tension de rfrence r : Taux de modulation ou coefficient de rglage de tension Pres : Puissance du rseau Pem : Puissance lectromagntique Pmec : Pertes mcaniques PJ : Pertes Joules Cem nom : Couple nominal de la machine Cr : Couple rsistant de la machine Onom : Vitesse nominale de la machine Veff : Valeur efficace da la tension du rseau Ieff : Valeur efficace du courant du rseau Sommaire-SommaireIntroduction gnrale..1ChapitreI.Modledeconnaissanceetdecommandedelonduleurtriphassept niveaux structure NPC Introduction...3I.1. Modlisation de londuleur sept niveaux a structure NPC...3I.1.1. Structure gnrale de londuleur sept niveaux3I.1.2. Modlisation du fonctionnement de londuleur sept niveaux......4I.1.2.1. Diffrentes configurations dun bras donduleur sept niveaux...5I.1.2.2. Rseau de Petri dun bras donduleur sept niveaux structure NPC.....7I.2Modlesdeconnaissanceetdecommandedesonduleurstriphassseptniveaux structure NPC10I.2.1 Commandabilit des convertisseurs statiques.....10I.2.2 Fonction de connexion FKS ....11I.2.3 Fonction de commutation....11I.2.4. Modle de connaissance de londuleur triphas sept niveaux a structure NPC....11I.2.5. Fonction de connexion du demibras..13I.3. Modlisation aux valeurs instantanes..14I.4. Modlisation aux valeurs moyennes..19 I.5. Conclusion..21ChapitreII.Stratgiesdecommandedelonduleurtriphasseptniveauxstructure NPCIntroduction..22 II.1. Commande triangulosinusodale chantillonnage naturel six porteuses bipolaires.22 II.1.1. Caractristiques de la modulation.23 II.1.2. Algorithme de commande.24 II.2. Modulation vectorielle.25 II.3. Modulation calcule.33 II.3.1. Algorithme1..33 II.3.2. Algorithme2..37 Sommaire-II.3.3. Algorithme3..39 II.3.4. Algorithme4..42 II.3.5. Algorithme5..44 II.3.6. Algorithme6..47 II.3.7. Algorithme7..49 II.3.8. Algorithme8..52 II.3.9. Algorithme9..54 II.3.10. Algorithme10......56 II.3.11. Comparaison entre les diffrentes stratgies de modulation calcule.59 II.4. Conclusion....60 Chapitre III. Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux Introduction..61III.1. Cascade dune batterie onduleur de tension sept niveaux MSAP...61III.1.1. Modlisation du filtre intermdiaire62III.1.2. Rsultats de simulation.62III.2.CascadedunredresseurdecourantMLIdeuxniveauxonduleurdetensionsept niveaux MSAP..64III.2.1 Modlisation du redresseur de courant triphas MLI deux niveaux64III.2.2. Rsultats de simulation.67III.3.Cascadededeuxredresseursdecouranttriphassdeuxniveauxonduleursept niveaux MSAP......69III.3.1. Modlisation du filtre intermdiaire.69III.3.2. Rsultats de simulation.70III.4. Cascade de trois redresseurs de courant triphass deux niveaux onduleur de tension sept niveaux MSAP..72III.4.1 Modlisation du filtre intermdiaire..73III.4.2. Rsultats de simulation.73III.5. Cascade de six redresseurs de courant triphass deux niveaux onduleur sept niveaux MSAP........76III.5.1. Modlisation du filtre intermdiaire.77III.5.2. Rsultats de simulation.77III.6.Cascadedunredresseurdecouranttriphasdeuxniveauxetdunredresseurde courant triphas cinq niveaux onduleur sept niveaux MSAP....80 Sommaire-III.6.1.ModlisationduredresseurdecouranttriphasMLIcinq niveaux..81III.6.2. Modlisation du filtre intermdiaire.82III.6.3. Rsultats de simulation.83III.7.Cascadedunredresseurdecouranttriphasseptniveauxonduleurseptniveaux MSAP...........85III.7.1. Modlisation du filtre intermdiaire.85III.7.2. Rsultats de simulation.87III.8. Pont de clamping.89III.8.1.CascadedunredresseurdecourantMLIdeuxniveauxpontdeclamping onduleur sept niveaux MSAP.89III.8.1.1. Modlisation du pont de clamping filtre90III.8.1.2. Dimensionnement de la rsistance Rp..91III.8.1.3. Rsultats de simulation.92 III.8.2.CascadededeuxredresseursdecourantMLIdeuxniveauxpontdeclamping onduleur sept niveaux MSAP..93 III.8.2.1. Modlisation du pont de clamping filtre93III.8.2.2. Rsultats de simulation.94 III.8.3.CascadedetroisredresseursdecourantMLIdeuxniveauxpontdeclamping onduleur sept niveaux MSAP..95 III.8.3.1. Modlisation du pont de clamping filtre96III.8.3.2. Rsultats de simulation.97 III.8.4.CascadedesixredresseursdecourantMLIdeuxniveauxpontdeclamping onduleur sept niveaux MSAP..97 III.8.4.1. Modlisation du pont de clamping filtre98III.8.4.2. Rsultats de simulation.99 III.8.5. Cascade dun redresseur de courant MLI deux niveaux et dun redresseur de courant cinq niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP....100III.8.5.1. Modlisation du pont de clamping filtre..101III.8.5.2. Rsultats de simulation...102III.8.6.CascadedunredresseurdecourantMLIseptniveauxpontdeclamping onduleur sept niveaux MSAP..103III.8.6.1. Modlisation du pont de clamping filtre..103III.8.6.2. Rsultats de simulation...104 Sommaire-III.9. Demi-pont de clamping.....105III.9.1. Cascade dun redresseur de courant MLI deux niveaux demi-pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP..105III.9.1.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre....106III.9.1.2. Rsultats de simulation...107III.9.2. Cascade de deux redresseurs de courant MLI deux niveaux demi-pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP.....108III.9.2.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre.109III.9.2.2. Rsultats de simulation109III.9.3. Cascade de trois redresseurs de courant MLI deux niveaux demi-pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP..110III.9.3.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre..111III.9.3.2. Rsultats de simulation112III.9.4. Cascade de six redresseurs de courant MLI deux niveaux demi-pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP...113 III.9.4.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre.114III.9.4.2. Rsultats de simulation...115III.9.5. Cascade dun redresseur de courant MLI deux niveaux et dun redresseur de courant cinq niveaux demi-pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP...115III.9.5.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre..116III.9.5.2. Rsultats de simulation...117III.9.6.CascadedunredresseurdecourantMLIseptniveauxdemi-pontdeclamping onduleur sept niveaux MSAP..118III.9.6.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre....118III.9.6.2. Rsultats de simulation...119III.10. Conclusion...120ChapitreIV.Asservissementdeschangeursdefrquenceutilisantlonduleursept niveaux Introduction121IV.1. Asservissement du redresseur de courant triphas deux niveaux..121 IV.1.1. Modle de la boucle de tension..121IV.1.2.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurdecourant triphas deux niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP.....123 Sommaire-IV.1.3.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadededeuxredresseursde couranttriphasdeuxniveauxpontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP....125IV.1.4.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedetroisredresseursde couranttriphasdeuxniveauxpontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP....127IV.1.5. Application de lalgorithme dasservissement la cascade de six redresseurs de courant triphasdeuxniveauxpontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP....129IV.1.6.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurdecourant triphasdeuxniveauxdemi-pontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP.131IV.1.7.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadededeuxredresseursde couranttriphasdeuxniveauxdemi-pontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP....133IV.1.8.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedetroisredresseursde couranttriphasdeuxniveauxdemi-pontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP....135IV.1.9. Application de lalgorithme dasservissement la cascade de six redresseurs de courant triphasdeuxniveauxdemi-pontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP.....137IV.2. Asservissement du redresseur de courant triphas cinq niveaux...139 IV.2.1. Modle de la boucle de tension..139IV.2.2.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurdecourant triphasdeuxniveauxetdunredresseurdecouranttriphascinqniveauxpontde clamping onduleur sept niveaux MSAP....140IV.2.3.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurdecourant triphasdeuxniveauxetdunredresseurdecouranttriphascinqniveauxdemi-pontde clamping onduleur sept niveaux MSAP...142IV.3. Asservissement du redresseur de courant triphas sept niveaux....144IV.3.1. Modle de la boucle de tension...144IV.3.2.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurdecourant triphas sept niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP.. .146 Sommaire-IV.3.3.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurdecourant triphasseptniveauxdemi-pontdeclampingonduleurseptniveaux MSAP.....146IV.4. Conclusion.....150Conclusion gnrale151BibliographieAnnexesIntroduction gnrale1Introduction gnrale Lesactionneurslectriquestournantsjouentunrletrsimportantdanslindustrieet particulirement en traction lectrique. Les performances demandes ces actionneurs sont de plus en plus leves, tant du point de vue de la dynamique de la vitesse que de la prcision du couple dlivr. La machine courant continu a t la plus utilise pour raliser ces actionneurs vu la simplicit desacommande.Nanmoins,lamachinecourantcontinuprsenteplusieursinconvnients lis son collecteur mcanique. Enrevanche,lesmachinescourantalternatif(synchroneetasynchrone)possdentde nombreuxavantages.Labsencedecollecteurleurpermetdavoirunencombrementrduit, une fiabilit accrue et une vitesse de fonctionnement leve. En effet, la machine synchrone aimants permanents se distingue par son excellent rendement etsoncouplemassiqueimportantquilonpermisdesimposerdanslesapplications ncessitant des performances dynamiques et statiques trs leves, plus particulirement dans lesdomainesdapplicationstelsquelesateliersflexibles,larobotique,laronautiqueetle spatial.Lapparitionetleperfectionnementdenouveauxcomposantsdepuissancescommandables louverture et la fermeture tels que les GTO (gate turn-off thyristors) et les IGBT (insulated gate bipolar transistors), ont permis la conception de nouveaux convertisseurs fiables, rapides etpuissants.Ainsi,lensembledesvariateurs(convertisseurstatique-machinecourant alternatif) a vu sont cot diminu considrablement. Les progrs accomplis dans le domaine de lamicroinformatique(microcontrleurspuissantsetrapides)ontpermislasynthse dalgorithmesdecontrledecesensemblesconvertisseur-machineplusperformantsetplus robustes.Durantcesderniresannes,onvitlanaissancedenouveauxconvertisseursdepuissance multiniveauxquisontutilisspourlalimentationfrquencevariabledesmachines alternatives de forte puissance. Plusieurs structures de ces convertisseurs multiniveaux ont t proposes.Onpeutciter :lesonduleursmultiniveauxcellulesimbriques,lesonduleurs multiniveaux diodes flottantes et ceux structure NPC. Dans le cadre de notre travail, nous traitonsunenouvellestructuredeconvertisseursmultiniveaux :onduleurdetensionsept niveaux structure NPC (neutral point clamping). Ce dernier permet daugmenter la puissance dlivrelachargegrcesatopologie.Ainsi,ilpermetdegnrerunetensionlaplus sinusodalepossible,etdamliorerletauxdharmoniquesgrceaunombrelevdeniveaux de tension offert par la structure de ce nouveau convertisseur. Lutilisation de ce dernier dans lesdomainesdehautetensionetfortepuissancepermetdersoudresimultanmentles difficults relatives lencombrement et la commande des groupements donduleurs deux niveaux gnralement utiliss dans ce type dapplications. Cette thse comporte quatre chapitres : Dans le premier chapitre, nous laborons le modle de fonctionnement de cet onduleur sans priorisursacommande,enutilisantlamthodeDESIGNassocieaurseaudePetri[4][5] [6].Ensuite,nousproposonsunmodledeconnaissance,enmodecommandable,utilisantla notion de fonction de connexion des interrupteurs et celles des demi-bras. De mme, nousIntroduction gnrale2dveloppons son modle de commande au sens des valeurs moyennes en utilisant la notion de fonctions gnratrices.Dansledeuximechapitre,nousdvelopponsdiffrentesstratgiesdecommandede londuleurseptniveaux.Lesperformancesdechaquealgorithmesontanalysessurlabase de la caractristique de rglage et du taux dharmoniques. Dansletroisimechapitre,noustudionslesdiffrentschangeursdefrquence,ayantpour pont de sortie londuleur sept niveaux. Aussi, nous tudions linfluence du pont et du demi-pont de clamping sur les tensions dentre de cet onduleur. Enfin,pourrsoudreleproblmedessourcesdalimentationcontinuedelonduleursept niveaux,nousproposonsplusieursalgorithmesdasservissementdestensionsdentrede londuleurenjouantsurlesredresseursdeux,cinqouseptniveauxduchangeurde frquence a onduleur de sortie sept niveaux. Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 3IntroductionPourlesdomainesdehautestensionsetfortespuissances,lalimentationdesmachines courant alternatif est souvent assure par des groupements donduleurs deux niveaux [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]. Pourremdierauxproblmesassociscesgroupements,onproposedtudierdanscette thseunnouvelonduleurmultiniveaux :onduleurtriphasseptniveauxstructureNPC (Neutral Point Clamping). Dans ce chapitre, on tudie la structure de londuleur sept niveaux structure NPC. Ainsi, on commenceraparlaborersonmodledefonctionnement,sanspriorisurlacommande,en utilisant la mthode DESIGN associe aux rseaux de Petri [3] [10] [11] [12] [13] [14]. Ensuite,ondvelopperaunmodledecommandedececonvertisseurausensdesvaleurs moyennes qui trouvera son application dans le chapitre II consacr aux diffrentes stratgies de commande MLI de cet onduleur sept niveaux structure NPC. I.1. Modlisation de londuleur sept niveaux structure NPC I.1.1. Structure gnrale de londuleur sept niveaux LonduleurtriphasseptniveauxstructureNPCestunenouvellestructuredeconversion utilisepouralimenter,tensionetfrquencevariables,desmoteurscourantalternatifde forte puissance. Plusieurs structures de londuleur sept niveaux sont possibles [1] [13] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24]. Danslecadredenotretravail,nousprsentonsunestructuredelonduleurseptniveauxde type NPC comme lindique la figure I1. Cette structure se compose de trois bras symtriques constitus chacun de huit interrupteurs en srieetquatreautresenparallles,plusdeuxdiodespermettantlobtentionduzrodela tensionVkmnotesDDK0etDDK1.Chaqueinterrupteurestcomposduninterrupteur bicommandable transistors, GTO, IGBT, et dune diode monte en tte bche. Pourdiffrentesstratgiesdecommande,lestensionsdlivresparcetypedonduleur prsentent un taux dharmoniques plus faible celui des tensions dlivres par dautres types donduleurs de niveaux infrieurs. Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 4I.1.2. Modlisation du fonctionnement de londuleur sept niveaux Afin dlaborer les diffrentes configurations de londuleur sept niveaux, sans a priori sur la commande, et rduire le nombre de places du rseau de Petri correspondant, on considre les hypothses suivantes [3] [5] [10] [25] [26] : Chaquepairetransistordiodeestreprsenteparunseulinterrupteurbidirectionnel suppos idal (Figure I.2). Vue la symtrie de londuleur triphas sept niveaux, la modlisation de ce dernier se fait par bras. NVCVBVAUC5UC4UC1UC2UC3i3i2i1MId6Id5Id4Id0Id1Id2Id3D38D312D37D311D36DD30DD31D35D31D32D310D39D33D34T312T38T311T37T36T35T31T310T 39T32T33T34D28D212D27D211D26DD20DD21D25D21D22D210D29D23D24T212T28T211T27T26T25T21T 210T29T22T23T24D18D112D17D111D16DD10DD11D15D11D12D110D19D13D14T112T18T111T17T16T15T11T 110T 19T12T13T14UC6Figure I.1.Structure gnrale de londuleur sept niveaux structure NPC Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 5RemarqueLes tensions UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6 sont des tensions continues supposes idales (gales et constantes), UC1=UC2=UC3=UC4=UC5=UC6=UC.I.1.2.1. Diffrentes configurations dun bras donduleur sept niveaux Lanalyse topologique dun bras de londuleur triphas sept niveaux structure NPC montre quil existe neuf configurations possibles (figure I.3). Les grandeurs lectriques caractrisant chacune de ces configurations sont reprsentes dans le tableau I.1 (avec M origine des potentiels et VK le potentiel du nud K du bras K). Pour la configuration E0, le potentiel VK dpend de la charge de londuleur. Configuration Grandeurs lectriques E00 IK=E1C 3 C 2 C 1 C KU 3 U U U V = + + =E2C 2 C 1 C KU 2 U U V = + =E3C 1 C KU U V = =E40 VK=E5C 4 C KU U V = =E6C 5 C 4 C KU 2 U U V = =E7C 6 C 5 C 4 C KU 3 U U U V = =E80 VK=Tableau I.1. Grandeurs lectriques correspondantes chacune des configurations dun bras K donduleur sept niveaux structure NPC iKSTDKSVKSDKSTKSVKSiKSFigure I.2. Interrupteur bidirectionnel quivalent la paire transistordiodeChapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 6iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DD K1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TD K11TDK12iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12E3E4E5iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12E0E1E2iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12iKMUC1UC2UC3UC4UC5UC6TDK7TDK6DDK0TDK5TDK1DDK1TDK2TDK3TDK10TDK4TDK9TDK8TDK11TDK12E6E7E8Figure I.3. Diffrentes configurations du bras K de londuleur sept niveaux Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 7I.1.2.2. Rseau de Petri dun bras donduleur sept niveaux structure NPC LanalysefonctionnelleraliseaumoyenduformalismedePetriconsistednombrerles configurationsphysiquementralisables,attribuerchacunedentreellesunmodle lectriquequivalentetdfinirlesconditionsdechangementdeconfiguration.Ces conditionsdetransitiondonnentlesrceptivitsdurseaudePetridefonctionnementdece bras. Elles sont des fonctions logiques entre [3] [14] [26] : 9 Une commande externe BKS (lordre damorage ou de blocage du semi-conducteur). 9 Une commande interne dfinie par les signes du courant du bras et des tensions aux bornes des semi-conducteurs de ce bras. LafigureI.4montrelerseaudePetrisriedecebrasdelonduleur,oRmnreprsentela rceptivitdetransitiondelaconfigurationEmlaconfigurationEn.Cesdiffrentes rceptivits Rmn sont explicites ci-dessous : ( ) ( ) ( ) ( ) | |( ) ( ) ( ) ( ) | | 0 U 0 U 0 U 0 U0 U B 0 U B 0 U B 0 U B R4 mk 3 mk 2 mk 1 mk4 mk 4 K 3 mk 3 K 2 mk 2 K 1 mk 1 K 01< . < . < . < +> . . > . . > . . > . =( ) ( ) ( ) | |( ) ( ) ( ) | |9 K 3 mk 2 mk 1 mk4 K 3 mk 3 K 2 mk 2 K 1 mk 1 K 02B 0 U 0 U 0 UB 0 U B 0 U B 0 U B R. < . < . < +. > . . > . . > . =( ) ( ) | | ( ) ( ) | |10 K 2 mk 1 mk 3 K 2 mk 2 K 1 mk 1 K 03B 0 U 0 U B 0 U B 0 U B R . < . < + . > . . > . =( ) ( ) | | 0 U B 0 U B R1 DDK 2 K 1 mk 1 K 04> . . > . =( ) ( ) | | ( ) ( ) | |11 K 6 mk 5 mk 7 K 6 mk 6 K 5 mk 5 K 05B 0 U 0 U B 0 U B 0 U B R . < . < + . > . . > . =( ) ( ) ( ) | |( ) ( ) ( ) | |12 K 7 mk 6 mk 5 mk8 K 7 mk 7 K 6 mk 6 K 5 mk 5 K 06B 0 U 0 U 0 UB 0 U B 0 U B 0 U B R. < . < . < +. > . . > . . > . =( ) ( ) ( ) ( ) | |( ) ( ) ( ) ( ) | | 0 U 0 U 0 U 0 U0 U B 0 U B 0 U B 0 U B R8 mk 7 mk 6 mk 5 mk8 mk 8 K 7 mk 7 K 6 mk 6 K 5 mk 5 K 07< . < . < . < +> . . > . . > . . > . =( ) ( ) | | 0 U B 0 U B R0 DDK 6 K 5 mk 5 K 08> . . > . =| | 0 i RK 10= =( ) | | ( ) | | 0 i B 0 i B B B B RK 9 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 12< . + > . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B 0 i B B B RK 10 K K 3 K 2 K 1 K 13< . + > . . . =( ) ( ) | | 0 i 0 U B B RK 1 DDK 2 K 1 K 14> . > . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B RK 6 K 5 K K 11 K 1 K 15< . . + > . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B B 0 i B B RK 7 K 6 K 5 K K 12 K 1 K 16< . . . + > . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B B B 0 i B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K K 12 K 1 K 17< . . . . + > . . =( ) | | 0 i B B RK 5 K 1 K 18< . . =| | 0 i RK 20= =Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 8( ) | | ( ) | | 0 i B 0 i B B B B RK 9 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 21< . + > . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B RK 9 K 10 K K 3 K 2 K 1 K 23< . . + > . . . =( ) | | 0 i B B RK 2 K 1 K 24> . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B RK 6 K 5 K K 11 K 1 K 25< . . + > . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B B 0 i B B RK 7 K 6 K 5 K K 12 K 1 K 26< . . . + > . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B B B 0 i B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K K 12 K 1 K 27< . . . . + > . . =( ) | | 0 i B B RK 5 K 1 K 28< . . =| | 0 i RK 30= =( ) | | 0 i B B B B RK 4 K 3 K 2 K 1 K 31> . . . . =( ) | | 0 i B B B RK 3 K 2 K 1 K 32> . . . =( ) | | 0 i B B RK 2 K 1 K 34> . . =( ) | | 0 i B B RK 11 K 1 K 35> . . =( ) | | 0 i B B RK 12 K 1 K 36> . . =( ) | | 0 i B B RK 12 K 1 K 37> . . =( ) | | 0 i B B RK 5 K 1 K 38< . . =| | 0 i RK 40= =( ) | | 0 i B B B B RK 4 K 3 K 2 K 1 K 41> . . . . =( ) | | 0 i B B B RK 3 K 2 K 1 K 42> . . . =( ) | | 0 i B B RK 2 K 1 K 43> . . =( ) | | 0 i B B RK 11 K 1 K 45> . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B B B 0 i B B RK 10 K 7 K 6 K 5 K K 12 K 1 K 46< . . . . + > . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B B B B 0 i B B RK 10 K 8 K 7 K 6 K 5 K K 12 K 1 K 47< . . . . . + > . . =( ) | | 0 i B B RK 5 K 1 K 48< . . =| | 0 i RK 50= =( ) | | ( ) | | 0 i B B B 0 i B B B B B RK 10 K 9 K 5 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 11 K 51< . . . + > . . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B B B RK 9 K 5 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 11 K 52< . . + > . . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B B RK 10 K 5 K K 3 K 2 K 1 K 11 K 53< . . + > . . . . =Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 9( ) | | 0 i B B B RK 2 K 1 K 11 K 54> . . . =( ) | | 0 i B B B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K 56< . . . . =( ) | | 0 i B B B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K 57< . . . . =( ) | | 0 i B RK 6 K 58< . =| | 0 i RK 60= =( ) | | ( ) | | 0 i B B B 0 i B B B B B RK 10 K 9 K 5 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 12 K 61< . . . + > . . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B B B RK 9 K 5 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 12 K 62< . . + > . . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B B RK 10 K 5 K K 3 K 2 K 1 K 12 K 63< . . + > . . . . =( ) | | 0 i B B B RK 2 K 1 K 12 K 64> . . . =( ) | | 0 i B RK 7 K 65< . =( ) | | 0 i B B B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K 67< . . . . =( ) | | 0 i B RK 6 K 68< . =| | 0 i RK 70= =( ) | | ( ) | | 0 i B 0 i B B B B RK 5 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 71< . + > . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B B RK 9 K 5 K K 4 K 3 K 2 K 1 K 72< . . + > . . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B B 0 i B B B RK 10 K 5 K K 3 K 2 K 1 K 73< . . + > . . . =( ) | | 0 i B B RK 2 K 1 K 74> . . =( ) | | ( ) | | 0 i B 0 i B B B RK 7 K K 11 K 6 K 5 K 75< . + > . . . =( ) | | ( ) | | 0 i B 0 i B B B B RK 8 K K 12 K 7 K 6 K 5 K 76< . + > . . . . =( ) | | 0 i B RK 6 K 78< . =| | 0 i RK 80= =( ) | | 0 i B RK 5 K 81< . =( ) | | 0 i B B RK 5 K 9 K 82< . . =( ) | | 0 i B B RK 5 K 10 K 83< . . =impossible R84=( ) | | 0 i B B B RK 7 K 6 K 5 K 85< . . . =( ) | | 0 i B B B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K 86< . . . . =( ) | | 0 i B B B B RK 8 K 7 K 6 K 5 K 87< . . . . =Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 10I.2.Modlesdeconnaissanceetdecommandedesonduleurstriphassseptniveaux structure NPC I.2.1. Commandabilit des convertisseurs statiques Unconvertisseurstatiqueestditenmodecommandablesilestransitionsentrediffrentes configurations dpendent uniquement de la commande externe (commande des bases des semi-conducteurs) et non plus des commandes internes (grandeurs lectriques) [3] [26] [27] [28]. Nous supposons par la suite que cette condition est toujours vrifie. De ce fait, on peut dfinir les notions de fonction de connexion et de commutation. Figure I.4 Rseau de Petri srie de fonctionnement dun bras de londuleur triphas sept niveaux structure NPC R85R26R62R43R34R82R28R12R21R23R32R13R31R41R14R24R42R63R36R48R84R38R53R61R16R35R10R01R18R81R80R04R70R58R37R47R57R46R68R52R72R15R17R56R67R78R05 R06R07R08R54R03 R02R86R73R74R25R75R27R51R64R71R65 R76R87R50R60R45R40R30 R20E2E3E4E0E5E6E7E8E1 E2E3E4E0E6E7E8 E5R83Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 11Hypothses Lachutedetensionauxbornesdessemi-conducteursestsupposefaible(ngligeable devant UC) ; La charge est triphase couple en toile avec neutre isol. Alors on a : = + += + +0 I I I0 V V VC B AC B A[I.1] I.2.2. Fonction de connexion FKS Cettefonctionestliechaqueinterrupteur.Elledcritsontatfermououvert.Cette fonction vaut 1 si linterrupteur est ferm, 0 dans le cas contraire, tel que : =ouvert est TD si 0ferm est TD si 1FKSKSKS[I.2] I.2.3. Fonction de commutation Cette fonction est lie une cellule de commutation. Dans une telle cellule n interrupteurs, chaque interrupteur introduit sa fonction de connexion Fi dfinie par : ( ))`((
+ =nT1 i t F 1n1FC i[I.3] Avec FC la fonction de commutation de cette cellule, et T sa priode de fonctionnement et celle des fonctions de connexion et de commutation. I.2.4. Modle de connaissance de londuleur triphas sept niveaux structure NPC Commande complmentaire Pourviterlaconductionsimultanedeshuitinterrupteursdunseulbrasquipeutengendrer leurdestructionparcroissanceducourantlorsducourt-circuitouparunesurtensiondansle casdelouverturedetouslesinterrupteurs,ondfinitunecommandecomplmentairedes diffrentssemi-conducteursdunbras,plusieurscommandescomplmentairessontpossibles pour un onduleur sept niveaux. La commande la plus optimale est la suivante [26] [29] [30] : ====4 K 8 K3 K 7 K1 K 6 K2 K 5 KB BB BB BB B[I.4] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 12AvecBKS,commandedebasedutransistorTKSdecebrasK.Ainsi,aveccettecommande complmentaire,lesfonctionsdeconnexiondesinterrupteursdubrasKsontliesparles relations suivantes : = = = =4 K 8 K3 K 7 K1 K 6 K2 K 5 KF 1 FF 1 FF 1 FF 1 F[I.5] Le rseau de Petri du bras de londuleur devient, en mode commandable, comme suit : LesdiffrentesrceptivitsdentreReetdesortieRsdecerseaudePetrisexprimenten fonction des rceptivits de transition Rmn comme suit : Rceptivit dentre du rseau de Petri parallle 80 8 Rdp 70 7 Rdp 60 6 Rdp 50 5 Rdp40 4 Rdp 30 3 Rdp 20 2 Rdp 10 1 Rdp 0 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =81 8 Rdp 71 7 Rdp 61 6 Rdp 51 5 Rdp41 4 Rdp 31 3 Rdp 21 2 Rdp 01 0 Rdp 1 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =E9E8E7E6E5E4E2E3E1E0Re(E0)Re(E1)Re(E2)Re(E3)Re(E4)Re(E5)Re(E6)Re(E7)Re(E8)Re(E9)Rs(E0)Rs(E1)Rs(E2)Rs(E3)Rs(E4)Rs(E5)Rs(E6)Rs(E7)Rs(E8)Rs(E9)Figure I.5. Rseau de Petri parallle de fonctionnement dun bras de londuleur sept niveaux structure NPC Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 1382 8 Rdp 72 7 Rdp 62 6 Rdp 52 5 Rdp42 4 Rdp 32 3 Rdp 12 1 Rdp 02 0 Rdp 2 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =83 8 Rdp 73 7 Rdp 63 6 Rdp 53 5 Rdp43 4 Rdp 23 2 Rdp 13 1 Rdp 03 0 Rdp 3 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =84 8 Rdp 74 7 Rdp 64 6 Rdp 54 5 Rdp34 3 Rdp 24 2 Rdp 14 1 Rdp 04 0 Rdp 4 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =85 8 Rdp 75 7 Rdp 65 6 Rdp 45 4 Rdp35 3 Rdp 25 2 Rdp 15 1 Rdp 05 0 Rdp 5 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =86 8 Rdp 76 7 Rdp 56 5 Rdp 46 4 Rdp36 3 Rdp 26 2 Rdp 16 1 Rdp 06 0 Rdp 6 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =87 8 Rdp 67 6 Rdp 57 5 Rdp 47 4 Rdp37 3 Rdp 27 2 Rdp 17 1 Rdp 07 0 Rdp 7 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = =78 7 Rdp 68 6 Rdp 58 5 Rdp 48 4 Rdp38 3 Rdp 28 2 Rdp 18 1 Rdp 08 0 Rdp 8 eR ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P (R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( R ) E P ( ) E ( R. = + . = + . = + . =+ . = + . = + . = + . = = Rceptivit de sortie de rseau de Petri parallle ) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R08 07 06 05 04 03 02 01 0 Rdp 0 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R18 17 16 15 14 13 12 10 1 Rdp 1 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R28 27 26 25 24 23 21 20 2 Rdp 2 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R38 37 36 35 34 32 31 30 3 Rdp 3 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R48 47 46 45 34 42 41 40 4 Rdp 4 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R58 57 56 54 53 52 51 50 5 Rdp 5 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R68 67 65 64 63 62 61 60 6 Rdp 6 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R78 76 75 74 73 72 71 70 7 Rdp 7 s+ + + + + + + . = =) R R R R R R R R ( ) E P ( ) E ( R87 86 85 84 83 82 81 80 8 Rdp 8 s+ + + + + + + . = =Remarque : La variable PRdp indique la configuration du bras de londuleur sept niveaux. I.2.5. Fonction de connexion du demibras Ondfinitpourlonduleurunefonctiondeconnexiondudemibras,quonnotera bKmF telle que : K : numro du bras (K = 1, 2, 3) =haut du bras demi le pour 1bas du bras demi le pour 0mChapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 14Pour le bras K, les fonctions de connexion des demibras sexpriment comme suit : ==8 K 7 K 6 K 5 Kb0 K4 K 3 K 2 K 1 Kb1 KF F F F FF F F F F[I.6] Lesystmedquationsprcdentmontrequelafonction bKmF vaut1danslecasoles quatre interrupteurs du demibras sont tous ferms, et nulle dans tous les autres cas. LesfonctionsdeconnexiondesquatreinterrupteursparalllesdubrasKsontliesparles relations suivantes : ( )( )( )( ) = = = =8 7 6 5 12 K7 6 5 11 K3 2 1 10 K4 3 2 1 9 KF 1 F F F FF 1 F F FF 1 F F FF 1 F F F F[I.7] I.3. Modlisation aux valeurs instantanes On note : Les tensions simples aux bornes de chaque phase de la charge : VA, VB et VC ; Les tensions entre chaque bras de londuleur et le point milieu M de lalimentation continue de londuleur : VAM, VBM, VCM ; La tension entre le point neutre de la charge et le point milieu de lalimentation continue de londuleur : VNM.Les potentiels des nuds A, B et C de londuleur triphas sept niveaux par rapport au point milieu M sexpriment comme suit : Au moyen des fonctions de connexion des interrupteurs par : ( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( ) + + + ++ + + + = + + + ++ + + + = + + + ++ + + + =4 C 37 36 35 5 C 4 C 38 37 36 356 C 5 C 4 C 38 37 36 35 1 C 33 32 312 C 1 C 34 33 32 31 3 C 2 C 1 C 34 33 32 31 CM4 C 27 26 25 5 C 4 C 28 27 26 256 C 5 C 4 C 28 27 26 25 1 C 23 22 212 C 1 C 24 23 22 21 3 C 2 C 1 C 24 23 22 21 BM4 C 17 16 15 5 C 4 C 18 17 16 156 C 5 C 4 C 18 17 16 15 1 C 13 12 112 C 1 C 14 13 12 11 3 C 2 C 1 C 14 13 12 11 AMU F 1 F F U U F 1 F F FU U U F F F F U F 1 F FU U F 1 F F F U U U F F F F VU F 1 F F U U F 1 F F FU U U F F F F U F 1 F FU U F 1 F F F U U U F F F F VU F 1 F F U U F 1 F F FU U U F F F F U F 1 F FU U F 1 F F F U U U F F F F V[I.8] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 15Les fonctions de connexion des demibras sexpriment de la manire suivante : ======38 37 36 35b3034 33 32 31b3128 27 26 25b2024 23 22 21b2118 17 16 15b1014 13 12 11b11F F F F FF F F F F;F F F F FF F F F F;F F F F FF F F F F[I.9] Les fonctions de connexion des interrupteurs placs en parallle sont dfinies comme suit : ( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( ) = = = = = = = = = = = =38 37 36 35 31437 36 35 31334 33 32 31 31233 32 31 31128 27 26 25 21427 26 25 21324 23 22 21 21223 22 21 21118 17 16 15 11417 16 15 11314 13 12 11 11213 12 11 111F 1 F F F FF 1 F F FF 1 F F F FF 1 F F F;F 1 F F F FF 1 F F FF 1 F F F FF 1 F F F;F 1 F F F FF 1 F F FF 1 F F F FF 1 F F F[I.10] En introduisant ces fonctions dans le systme [I.9], on obtient le systme dquations suivant : ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )+ + + + + + + + =+ + + + + + + + =+ + + + + + + + =6 C 5 C 4 Cb30 5 C 4 C 314 4 C 3133 C 2 C 1 Cb31 2 C 1 C 312 1 C 311 CM6 C 5 C 4 Cb20 5 C 4 C 214 4 C 2133 C 2 C 1 Cb21 2 C 1 C 212 1 C 211 BM6 C 5 C 4 Cb10 5 C 4 C 114 4 C 1133 C 2 C 1 Cb11 2 C 1 C 112 1 C 111 AMU U U F U U F U FU U U F U U F U F VU U U F U U F U FU U U F U U F U F VU U U F U U F U FU U U F U U F U F V[I.11] Ce systme dquations [I.11] scrit sous forme matricielle comme suit : 6 Cb30b20b105 Cb30 314b20 214b10 1144 Cb30 314 313b20 214 213b10 114 1133 Cb31b21b112 Cb31 312b21 212b11 1121 Cb31 312 311b21 212 211b11 112 111CMBMAMUFFFUF FF FF FUF F FF F FF F FUFFFUF FF FF FUF F FF F FF F FVVV((((
((((
+++((((
+ ++ ++ +((((
+((((
++++((((
+ ++ ++ +=((((
[I.12] Daprs ce systme [I.12], on peut dduire que londuleur sept niveaux est une mise en srie de six onduleurs deux niveaux ou de trois onduleurs trois niveaux ou deux onduleurs cinq niveaux.Si on prend en considration lhypothse suivante : C 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 CU U U U U U U = = = = = =Alors lquation [I.12] devient comme suit : Cb30 314 313b31 312 311b20 214 213b21 212 211b10 114 113b11 112 111CMBMAMUF 3 F 2 F F 3 F 2 FF 3 F 2 F F 3 F 2 FF 3 F 2 F F 3 F 2 FVVV((((
+ + + + + +=((((
[I.13] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 16Les tensions composes sexpriment comme suit : = = =AM CM CACM BM BCBM AM ABV V VV V VV V V[I.14] Daprs les relations [I.12] et [I.14], dcoule lquation matricielle [I.15] suivante : )`((((
((((
+++((((
+ ++ ++ +((((
+((((
++++((((
+ ++ ++ +((((
=((((
6 Cb30b20b105 Cb30 314b20 214b10 1144 Cb30 314 313b20 214 213b10 114 1133 Cb31b21b112 Cb31 312b21 212b11 1121 Cb31 312 311b21 212 211b11 112 111CABCABUFFFUF FF FF FUF F FF F FF F FUFFFUF FF FF FUF F FF F FF F F1 0 11 1 00 1 1VVV[I.15] Dans le cas o ( )c CiU 6 , 5 , 4 , 3 , 2 , 1 i U = = , cette relation se rduit : Cb30 314 313b31 312 311b20 214 213b21 212 211b10 114 113b11 112 111CABCABUF 3 F 2 F F 3 F 2 FF 3 F 2 F F 3 F 2 FF 3 F 2 F F 3 F 2 F1 0 11 1 00 1 1VVV((((
+ + + + + +((((
=((((
[I.16] Pour les tensions simples, on a : = = = = = =NM CM CN CNM BM BN BNM AM AN AV V V VV V V VV V V V[I.17] AvecVNMtensionentrelepointmilieudelalimentationcontinuedelonduleuretlepoint neutre de la charge qui est reprsente comme suit : ( )CM BM AM NMV V V31V + + =[I.18] A partir des relations [I.18] et [I.17], on a : ( ) ( )( ) ( )( ) ( )+ = + + = + = + + = = + + =CM BM AM CM BM AM CM CCM BM AM CM BM AM BM BCM BM AM CM BM AM AM AV 2 V V31V V V31V VV V 2 V31V V V31V VV V V 231V V V31V V[I.19] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 17Apartirdesrelations[I.12]et[I.19],onobtientlesystmematricieldonnantlesexpressions des tensions aux bornes de la charge suivante : )`((((
((((
+++((((
+ ++ ++ +((((
+((((
++++((((
+ ++ ++ +((((
=((((
6 Cb30b20b105 Cb30 314b20 214b10 1144 Cb30 314 313b20 214 213b10 114 1133 Cb31b21b112 Cb31 312b21 212b11 1121 Cb31 312 311b21 212 211b11 112 111CBAUFFFUF FF FF FUF F FF F FF F FUFFFUF FF FF FUF F FF F FF F F2 1 11 2 11 1 231VVV[I.20] Dans le cas o ( )c CiU 6 , 5 , 4 , 3 , 2 , 1 i U = = , cette relation se rduit : Cb30 314 313b31 312 311b20 214 213b21 212 211b10 114 113b11 112 111CBAUF 3 F 2 F F 3 F 2 FF 3 F 2 F F 3 F 2 FF 3 F 2 F F 3 F 2 F2 1 11 2 11 1 2VVV((((
+ + + + + +((((
=((((
[I.21] Ainsilescourantsdentredelonduleurtriphassexprimeenfonctiondescourantsdela chargei1,i2,i3etaumoyendesfonctionsdeconnexiondesdemibrasparlesrelations suivantes : + + =+ + =+ + =+ + =+ + =+ + =3b30 2b20 1b10 6 d3 314 2 214 1 114 5 d3 313 2 213 1 113 4 d3b31 2b21 1b11 3 d3 312 2 212 1 112 2 d3 311 2 211 1 111 1 di F i F i F ii F i F i F ii F i F i F ii F i F i F ii F i F i F ii F i F i F i[I.22] Le courant 0 diest li aux courants dentre et aux courants de charge par la relation suivante : ( ) ( )6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1 d 3 2 1 0 di i i i i i i i i i + + + + + + + = [I.23] En utilisant la relation [I.22] dans lquation [I.23], on obtient : ( ) | |( ) | |( ) | |3b30b31 314 313 312 3112b20b21 214 213 212 2111b10b11 114 113 112 111 0 di F F F F F F 1i F F F F F F 1i F F F F F F 1 i+ + + + + ++ + + + + ++ + + + + =[I.24] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 18Ondfinitlamatricedeconversionsimple[N(t)]reliantlevecteurdentreinterne | |t0 d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1 d C B Ai , i , i , i , i , i , i , V , V , V au vecteur dtat | |t3 2 1 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 Ci , i , i , U , U , U , U , U , U .( ) | |((((((((((((((
=(((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 C0 d6 d5 d4 d3 d2 d1 dCBAiiiUUUUUUt NiiiiiiiVVV[I.25] Demmelamatricenote[M(t)]quirelielevecteurdestensionscomposes | |t0 d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1 d CA BC ABi , i , i , i , i , i , i , U , U , U auvecteurdtatestditematricedeconversion compose, telle que : ( ) | |((((((((((((((
=(((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 C0 d6 d5 d4 d3 d2 d1 dCABCABiiiUUUUUUt MiiiiiiiVVV[I.26] La figureI.6 reprsente le modle de connaissance global de londuleur triphas sept niveaux en mode commandable associ une charge triphase et une source de tension continue point milieu. Dans ce modle, on distingue deux parties : LapartiedecommandeestreprsenteparlerseaudePetridefonctionnementde londuleur en mode commandable. Cette partie gnre la matrice de conversion [M(t)]. Lapartieoprativeestconstituedunblocdiscontinudlivrantlesentresinternes gnres par le convertisseur partir de ses variables dtat et de la matrice de conversion [M(t)], et dun bloc continu qui reprsente le modle dtat de la charge de londuleur et de sa source de tension dentre. Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 19I.4. Modlisation aux valeurs moyennes Afin dhomogniser le modle de connaissance global de londuleur sept niveaux prsent prcdemment, on introduit la notion de fonctions gnratrices qui permet dapprocher le bloc discontinu par un bloc continu [3]. Fonctions gnratrices OnreprsentelafonctioncontinueFKSg,quicorrespondlavaleurmoyennedelafonction discontinuedeconnexionFKSsurunepriodedecommutationTesupposeinfinimentpetite, par lexpression suivante : ( )( )| |ee(((
t t =)+0 TN navec 1 , 0 d FT1FeT 1 nnTKSeKSgee[I.27] De mme pour les fonctions gnratrices de connexion des demibras : ( )( )(((
t t =)+eeT 1 nnTbKmebKmgd FT1F[I.28] Figure I.6. Modle de connaissance global de londuleur triphas sept niveaux Partie commande Partie oprative Rseau depetriRelationdeconversionBloc continu (modle dtat de la charge et de la source dentre du convertisseur)((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 CiiiUUUUUU(((((((((((((((
0 d6 d5 d4 d3 d2 d1 dCBAiiiiiiiVVV((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 CiiiUUUUUUBloc discontinu [BKS][FbK][N(t)] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 20Les relations de conversion [I.25] et [I.26] deviennent alors : ( ) | |((((((((((((((
=(((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 Cg0 d5 d5 d4 d3 d2 d1 dCBAiiiUUUUUUt NiiiiiiiVVV [I.29] ( ) | |((((((((((((((
=(((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 Cg0 d6 d5 d4 d3 d2 d1 dCABCABiiiUUUUUUt MiiiiiiiVVV[I.30] Nous obtenons ainsi, le modle de commande de londuleur triphas sept niveaux structure NPC o toutes ses grandeurs sont continues comme le montre la figureI.7.Figure I.7. Modle de commande global de londuleur triphas sept niveaux Partie commande Partie oprative Rseau dePetriRelationdeconversionBloc continu (modle dtat de la charge et de la source dentre du convertisseur)((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 CiiiUUUUUU(((((((((((((((
0 d6 d5 d4 d3 d2 d1 dCBAiiiiiiiVVV((((((((((((((
3216 C5 C4 C3 C2 C1 CiiiUUUUUUBloc continu [BKS][FbKmg][Ng(t)] Chapitre IModle de connaissance et de commande des onduleurs sept niveaux structure NPC 21Comme le neutre de la charge de londuleur triphas sept niveaux est isol charge couple en toile , on a : ( ) ( )6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1 d 0 dC B A3 2 1i i i i i i i0 V V V0 i i i+ + + + == + += + +[I.31] Danscecasetaveclhypothse C 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 CU U U U U U U = = = = = = ,lesrelations[I.29]et [I.30] peuvent tre rduites respectivement aux relations [I.32] et [I.33] suivantes : ( ) | |((((
=((((((((((((((
21Cgr6 d5 d4 d3 d2 d1 dCBAiiUt NiiiiiiVVV[I.32]( ) | |((((
=((((((((((((((
21Cgr6 d5 d4 d3 d2 d1 dCABCABiiUt MiiiiiiVVV[I.33] I.5. Conclusion Danscechapitre,onalaborunmodledefonctionnementdelonduleurtriphassept niveaux structure NPC sans priori sur la commande en utilisant les rseaux de Petri. Pour cela, nous avons dfini les diffrentes configurations possibles dun bras de cet onduleur. Envuedelacommandedelonduleurtriphasseptniveaux,nousavonsdfiniune commande complmentaire optimale pour un fonctionnement totalement commandable. Parlasuite,onamontrquenutilisantlesfonctionsgnratrices,onaaboutiunmodle homogne o toutes ses grandeurs sont continues. Lutilisation des fonctions de connexion des demibrasdelonduleurseptniveaux,nousapermisdemontrerquelonduleursept niveauxestquivalentsixonduleursdeuxniveauxensrie.Cettecaractristiquenousa permis dextrapoler les modles dj labors pour ces derniers. CemodleserautilisauchapitresuivantconsacrltudedesdiffrentesstratgiesMLI appliqueslonduleurseptniveauxstructureNPCalimentantlamachinesynchrone aimants permanents ples lisses. Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC22IntroductionLesrcentsprogrstechnologiquesdansledomainedesdispositifssemi-conducteursont largi le domaine dapplication des techniques de modulation de largeurs dimpulsions dans le contrledelatensiondesortiedesconvertisseursstatiques.Lutilisationdecestechniques pourlacommandedesonduleurstriphassassocisdesmachinescourantalternatifrend possiblelecontrleenamplitudeetenfrquencedestensionsdesortiedecesonduleurs.Le convertisseurleplusutilisdenosjourspourralisercetobjectifestlonduleurdeux niveaux.Afindegnrerunesourcedetensionlaplussinusodalepossible,diffrentes stratgiesdecommandeMLIonttdveloppespardiffrentsauteurspourlesonduleurs deuxniveaux[31][32][33][34]ettroisniveaux[3][35][36][37][38][39].Comme londuleur sept niveaux est la mise en srie de six onduleurs deux niveaux, les diffrentes stratgiesdestineslacommandedecesdernierspeuventtretendueslonduleursept niveaux.Lanalyse des diffrentes stratgies sera base sur la largeur de la zone linaire de rglage et le taux dharmoniques des tensions de sortie. Ce chapitre sera compos des parties suivantes : Commande triangulosinusodale chantillonnage naturel six porteuses bipolaires; Modulation vectorielle; Modulations calcules (10 algorithmes) ; Dans lapplication de ces diffrentes stratgies, on utilise la commande complmentaire dfinie dans le chapitre I. Pour chaque stratgie, nous tudions les caractristiques de rglage, le spectre de frquence, et enfin lassociation de la machine synchrone aimants permanents commande en vitesse, avec cet onduleur. On posera :V 200 U U U U U U UC 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 C= = = = = = = .II.1.Commandetriangulosinusodalechantillonnagenaturelsixporteuses bipolairesLastratgietriangulosinusodaleesttrsconnuepourlesonduleursdeuxniveaux.Dans notretravail,onindiqueralastratgiedecommandetriangulosinusodalechantillonnage naturel pour londuleur triphas sept niveaux structure NPC. Leprincipedecettestratgieconsisteutiliserlesintersectionsduneondederfrenceou modulante (qui est limage de londe de sortie quon veut obtenir) gnralement sinusodale, et sixondesdemodulationouporteuses,gnralementtriangulaireouendentdescie,do lappellation triangulosinusodale. Son principe est reprsent par la figure ci-dessous [3] [26] [40] [41] [42] [43] [44] : Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC23II.1.1. Caractristiques de la modulation Dans le cas o les tensions de rfrence sont sinusodales, deux paramtres caractrisent cette modulation [36] [45] [46] [47] [48] [49] [50] : Lindicedemodulation m dfinicommetantlerapportdelafrquence pf dela porteuse la frquence f de la tension de rfrence((
=ffmp. Le taux de modulation ou coefficient de rglage de tension(((
=pmmU 3Vr .La modulation est dite synchrone quand m est entier, et asynchrone dans le cas contraire. Lestensionsderfrencedelonduleurtriphasseptniveauxainsiquelaporteuse triangulaire sont donnes par les quations [II.1] et [II.2] : |.|
\|t =|.|
\|t ==34wt sin V V32wt sin V Vwt sin V Vm 3 refm 2 refm 1 ref[II.1] oeVref3Vref2Vref1MSAP onduleur ' l deteurs semiconduc desbase de commadeBBBi 3i 2i 1+)`Gnrationdonde de rfrenceAlgorithme decommandeGnration dun signal triangulaire six porteuses bipolairesVmaxvitesse Figure II.1. Principe de la commande triangulosinusodale Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC24( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )+ =+ =+ =+ =+ =s s||.|
\|+ s s||.|
\|=6T5 t U t U6T4 t U t U6T3 t U t U6T2 t U t U6Tt U t UT t2T3Tt4 U2Tt 0 1Tt4 Ut Up1 p 6 pp1 p 5 pp1 p 4 pp1 p 3 pp1 p 2 ppppcppc1 p [II.2]La figure II.2 montre les diffrents signaux de la stratgie triangulosinusodale six porteuses bipolaires.II.1.2. Algorithme de commande Lalgorithme de cette stratgie est une consquence de la caractristique quun onduleur sept niveaux est une mise en srie de six onduleurs deux niveaux. Pour un bras K de londuleur sept niveaux, cet algorithme peut tre rsum en deux tapes : Up6Up4Up3Up2Up1Up5Figure II.2. Les diffrentes porteuses de la stratgie triangulosinusodale six porteuses bipolaires Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC25Etape 1 : Dtermination des tensions intermdiaires (VK1, VK2, VK3, VK4, VK5, VK6)= c 3 K 6 p refkc 3 K 6 p refkU 2 V U VU 3 V U V= c 2 K 3 p refkc 2 K 3 p refkU V U VU 2 V U V= 0 V U VU V U V1 K p refkc 1 K p refk = c 4 K 9 p refk4 K 9 p refkU V U V0 V U V = < = >c 5 K 12 p refkc 5 K 12 p refkU 2 V U VU V U V = < = >c 6 K 13 p refkc 6 K 13 p refkU 3 V U VU 2 V U VEtape 2 : Dtermination du signal VKm et les ordres de commande BKs des interrupteurs 1 B ; 1 B ; 1 B ; 1 B U 3 V4 K 3 K 2 K 1 K c Km= = = = =0 B ; 1 B ; 1 B ; 1 B U 2 V4 K 3 K 2 K 1 K c Km= = = = =0 B ; 0 B ; 1 B ; 1 B U V4 K 3 K 2 K 1 K c Km= = = = =0 B ; 0 B ; 0 B ; 1 B 0 V4 K 3 K 2 K 1 K Km= = = = =1 B ; 1 B ; 0 B ; 0 B U V4 K 3 K 2 K 1 K c Km= = = = =1 B ; 0 B ; 0 B ; 0 B U 2 V4 K 3 K 2 K 1 K c Km= = = = =0 B ; 0 B ; 0 B ; 0 B U 3 V4 K 3 K 2 K 1 K c Km= = = = =avec : 6 K 5 K 4 K 3 K 2 K 1 K KmV V V V V V V + + + + + =Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC26et : ====4 K 8 K3 K 7 K1 K 6 K2 K 5 KB BB BB BB BCette commande peut galement tre reprsente par le rseau de Petri suivant : Les rceptivits de ce rseau sont reprsentes comme suit : ) U V ( et ) U V ( et) U V ( et ) U V ( et ) U V ( et ) U V ( C6 p refK 5 p refK4 p refK 3 p refK 2 p refK 1 p refK 1> >> > > > =Figure II.3. Rseau de Petri parallle de la commande triangulosinusodale six porteuses bipolaires de londuleur sept niveaux structure NPC C KmU 3 V =C KmU 2 V =C KmU V =0 VKm=C KmU V =C KmU 2 V =C KmU 3 V =6C5C2C3C4C7C6C5C2C3C7C4C0 B , 0 B0 B , 0 B4 K 3 K2 K 1 K= == =1 B , 0 B0 B , 0 B4 K 3 K2 K 1 K= == =1 B , 1 B0 B , 0 B4 K 3 K2 K 1 K= == =0 B , 0 B0 B , 1 B4 K 3 K2 K 1 K= == =0 B , 0 B1 B , 1 B4 K 3 K2 K 1 K= == =0 B , 1 B1 B , 1 B4 K 3 K2 K 1 K= == =1 B , 1 B1 B , 1 B4 K 3 K2 K 1 K= == =1C1CChapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC27) U V ( et ) U V ( et) U V ( et ) U V ( et ) U V ( et ) U V ( C6 p refK 5 p refK4 p refK 3 p refK 2 p refK 1 p refK 2> >> > > < =) U V ( et ) U V ( et) U V ( et ) U V ( et ) U V ( et ) U V ( C6 p refK 5 p refK4 p refK 3 p refK 2 p refK 1 p refK 3> >> > < < =) U V ( et ) U V ( et) U V ( et ) U V ( et ) U V ( et ) U V ( C6 p refK 5 p refK4 p refK 3 p refK 2 p refK 1 p refK 4> >> < < < =) U V ( et ) U V ( et) U V ( et ) U V ( et ) U V ( et ) U V ( C6 p refK 5 p refK4 p refK 3 p refK 2 p refK 1 p refK 5> >< < < < =) U V ( et ) U V ( et) U V ( et ) U V ( et ) U V ( et ) U V ( C6 p refK 5 p refK4 p refK 3 p refK 2 p refK 1 p refK 6> c M 06 6 p 0 Srefc M 06 6 p 0 SrefU 3 ] i [ V U ] i [ VU 2 ] i [ V U ] i [ VEtape2 :DterminationdelavariableintermdiaireV2M[i],imagedelatensiondesortiede londuleur sept niveaux : ] i [ V ] i [ V ] i [ VkM 0 kM 1 M 2+ = [II.6] Calcul de la variable intermdiaire V2M[i] Calcul des fonctions de connexion des interrupteurs (ordre de commande BKS)Calcul des tensions intermdiaires ] i [ V et ] i [ VkM 0 kM 1VSrefBKSFigure II.8. Organigramme gnral de la modulation vectorielle Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC31Etape 3 : Dtermination des ordres de commande des interrupteurs : 1 B , 1 B , 1 B , 1 B U 3 ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i c M 2= = = = =0 B , 1 B , 1 B , 1 B U 2 ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i c M 2= = = = =0 B , 0 B , 1 B , 1 B U ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i c M 2= = = = =0 B , 0 B , 0 B , 1 B 0 ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i M 2= = = = =1 B , 1 B , 0 B , 0 B U ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i c M 2= = = = =1 B , 0 B , 0 B , 0 B U 2 ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i c M 2= = = = =0 B , 0 B , 0 B , 0 B U 3 ] i [ V4 i 3 i 2 i 1 i c M 2= = = = =avec : ====4 i 8 i3 i 7 i1 i 6 i2 i 5 iB BB BB BB B[II.7] Remarque :Cettestratgieestaussicaractriseparlesdeuxparamtres,lindicede modulation m et le coefficient de rglage de tension r . Simulation Les figures II.9 et II.10 reprsentent la tension de londuleur triphas sept niveaux et son spectre dharmoniques command par la modulation vectorielle respectivement pour m=6 et 15 avec8 , 0 r =et Hz 50 f = . LafigureII.11reprsenteletauxdharmoniquesenfonctiondutauxdemodulationpour m=6.00,20,40,60,811 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100Rang des harmoniquesAmplitude des harmoniques / FondamentalFigureII.9.Latensionsimpleetsonspectrede londuleurseptniveauxcommandparla modulation vectorielle (m=6) Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC32Interprtations et commentaires OnconstatequilyaunesymtriedanslatensionsimpleVAparrapportauquartdesa priode,doncseulslesharmoniquesimpairsexistent,etseregroupentenfamillescentres autourdesfrquencesmultiplesde6mf.Lapremirefamillecentreautourde6mfestla plus importante du point de vue amplitude. Laugmentationdelindicedemodulation m permetdepousserlesharmoniquesvers des frquences leves, ce qui facilite leur filtrage ; La caractristique de rglage est linaire jusqu15 , 1 rmax= (Figure II.11); Le taux dharmoniques diminue quand r augmente (Figure II.11). Amplitude du fondamental00,20,40,60,811,20 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5Taux des harmoniquesrFigure II.11. Caractristiques de la tension de sortie de londuleur sept niveaux command par la modulation vectorielle (m=6) FigureII.10.Latensionsimpleetsonspectrede londuleurseptniveauxcommandparla modulation vectorielle (m=15) 00,20,40,60,811 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100Rang des harmoniquesAmplitude des harmoniques / FondamentalChapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC33II.4. Modulation calcule Dans cette partie, nous prsentons dix algorithmes de commande de londuleur sept niveaux destinsuneralisationnumrique,etutilisantlesmodlesdecommandeprsentsdansle chapitre I [43] [58] [59] [60] [61] [62] [63]. Lorganigrammegnraldunemodulationcalculeutilisantcesmodlesdecommandeest reprsent par la figure II.12. Lindicedemodulation m etletauxdemodulation r sontdfiniscommepourles stratgies prcdentes. II.4.1. Algorithme 1 Cetalgorithmeestquivalentlastratgietriangulo-sinusoidaleuneseuleporteuse unipolaire.La figure II.13 reprsente les diffrents signaux de lalgorithme1 de la modulation calcule. Calcul des fonctions gnratrices de conversion Calcul des fonctions gnratrices de connexion des demi bras Calcul des fonctions de connexion des interrupteurs (ou ordre de commande Bks)VSrefBksFigure II.12. Organigramme dune modulation calcule utilisant les modles de commande des onduleurs sept niveaux Figure II.13. Les diffrents signaux de lalgorithme1 de la modulation calculeUpVref1Vref2Vref3Chapitre II stratgies de commande de londuleur de tension sept niveaux structure NPC34Les diffrentes tapes de lalgorithme de la figure II.12 sexpriment comme suit [3] [25] : Etape 1 : Calcul des fonctions gnratrices de conversion simple gKn: crefKgKUVn = [II.8] avec :3 et 2 , 1 K =Etape 2 : Calcul des fonctions gnratrices de connexion des demi bras : 1. Si VrefK > 0 : == = < (T4=1) & (T1=0) Ured22Si Uc5> (T5=1) & (T6=0) Ured32Si Uc6> (T6=1) & (T5=0) Ured32Figure III.61. Structure du pont de clamping filtre Ired3id3 Ired1id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6T3T2T1T4T5T6RpRpRpRpRpRpUred1Ured3Ured2Ired2Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-97III.8.3.2. Rsultats de simulation Les trois redresseurs de courant deux niveaux sont commands par la stratgie hystrsis en courantpourunhystrsedevaleurAi=0.1A.Lestroisrseauxtriphassalimentantlestrois redresseurs ont une tension de 16V et une frquence de 50Hz. InterprtationLesfiguresIII.62etIII.63montrentlesrsultatsdesimulationdelintroductiondupontde clamping dans la cascade trois redresseurs de courant deux niveaux - onduleur de tension sept niveaux - MSAP. On constate que la diffrence des tensions dentre de londuleur sept niveauxdiminueconsidrablementpoursannulerenrgimepermanent(FigureIII.62).Les tensions de sortie des trois redresseurs deux niveaux sont croissantes (Figure III.63). III.8.4. Cascade de six redresseurs de courant MLI deux niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.64 [86]. Figure III.63. Tensions de sortie des trois redresseurs deux niveaux Figure III.62. Tensions du pont de clamping et leurs diffrences Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-98III.8.4.1. Modlisation du pont de clamping filtre Dans ce cas, le pont de clamping est dfini comme suit : I1I2I3MSAP Onduleur de tension triphas sept niveaux Structure NPCIres11 Ires12 Ires13 RLRLRLVres1Vres12 Vres13Redresseur triphas MLI deux niveaux n1 Redresseur triphas MLI deux niveaux n3 Ires31 Ires32 Ires33 RLRLRLVres31 Vres32 Vres33Redresseur triphas MLI deux niveaux n2 res21 IIres22 Ires23 RLRLRLVres21 Vres22 Vres23 Ires41 Ires42 Ires43 RLRLRLVres41 Vres42 Vres43Redresseur triphas MLI deux niveaux n4 Redresseur triphas MLI deux niveaux n6 Ires61 Ires62 Ires63 RLRLRLVres61 Vres62 Vres63Redresseur triphas MLI deux niveaux n5 res51 IIres52 Ires53 RLRLRLVres51 Vres52 Vres53 Ired1red6Ured5Ured4Ured3Ured2Ured1UIred2Ired3Ired4Ired5Ired6T3T2T1T4T5T6id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6RpRpRpRpRpRpFigure III.64. Structure de la cascade de six redresseurs de courant MLI deux niveaux - onduleur de tension sept niveaux - MSAP Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-99Le modle de ce filtre est dfini par le systme suivant : = = = = = =6 r 0 d 5 d 4 d 1 d 2 d 3 d 6 red6 c65 r 0 d 4 d 1 d 2 d 3 d 5 red5 c54 r 0 d 1 d 2 d 3 d 4 red4 c43 r 3 d 3 red3 c32 r 2 d 3 d 2 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 1 red1 c1i i i i i i i IdtdUCi i i i i i IdtdUCi i i i i IdtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i IdtdUC [III.26]III.8.4.2. Rsultats de simulation Les six redresseurs de courant deux niveaux sont commands par la stratgie hystrsis en courantpourunhystrsedevaleurAi=0.1A.Lessixrseauxtriphassalimentantlessix redresseurs ont une tension de 8V et une frquence de 50Hz. Figure III.65. Structure du pont de clamping filtre Ired5id3Ired1id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6T3T2T1T4T5T6RpRpRpRpRpRpUred1Ured6Ured3Ired3Ired4Ired6Ired2Ured5Ured4Ured2Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-100InterprtationLesfiguresIII.66etIII.67montrentlesrsultatsdesimulationdelintroductiondupontde clamping dans la cascade six redresseurs de courant deux niveaux - onduleur de tension sept niveaux - MSAP. On constate que la diffrence des tensions dentre de londuleur sept niveauxdiminueconsidrablementpoursannulerenrgimepermanent(FigureIII.66).Les tensionsdesortiedessixredresseursdeuxniveauxsontlgrementdcroissantes (Figure III.67]. III.8.5. Cascade dun redresseur de courant MLI deux niveaux et dun redresseur de courant cinq niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.68 [87]. Figure III.66. Tensions du pont de clamping et leurs diffrences Figure III.67. Tensions de sortie des six redresseurs deux niveaux Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-101III.8.5.1. Modlisation du pont de clamping filtre Dans ce cas, le pont de clamping est dfini comme suit : Ired6id3Ired2id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6T3T2T1T4T5T6RpRpRpRpRpRpUred2Ured5Ured6Ured4Ured3Ired5Ired4Ired3Ired1Figure III.69. Structure du pont de clamping Figure III.68. Structure de la cascade dun redresseur de courant deux niveaux et dun redresseur de courant cinq niveaux - pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP Ires11Ires12Ires13RLRLRLVres11Vres12Vres13Redresseur triphas MLI deux niveauxIres21Ires22Ires23RLRLRLVres21Vres22Vres23Redresseur triphas MLI cinq niveauxI1I2I3MSAPOnduleurdetensiontriphas sept niveaux structureNPCT3T2T1T4T5T6id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6RpRpRpRpRpRpIred2Ured2Ured5Ured4Ired6Ired5Ired4Ired3Ured6Ured3Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-102Le modle de ce pont est dfini par le systme suivant : = + = + + = = = + =6 r 6 red 6 d6 c65 r 5 red 6 red 5 d 6 d5 c54 r 4 red 5 red 6 red 4 d 5 d 6 d4 c43 r 3 d 2 red3 c32 r 2 d 3 d 2 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 3 red 2 red1 c1i I idtdUCi I I i idtdUCi I I I i i idtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i I IdtdUC[III.27]III.8.2.2. Rsultats de simulation Lesdeuxredresseursdecourantdeuxetcinqniveauxsontcommandsparlastratgie hystrsis en courant pour une hystrsis de valeur Ai=0.1A. Le rseau triphas alimentant le redresseur cinq niveaux a une tension de 32V et une frquence de 50Hz, et celui alimentant le redresseur deux niveaux a une tension de 16V et une frquence de 50Hz. Figure III.70. Tensions du pont de Clamping et leurs diffrences Figure III.71. Tensions de sortie des deux redresseurs Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-103InterprtationLesfiguresIII.70etIII.71montrentlesrsultatsdesimulationdelintroductiondupontde clamping dans la cascade un redresseur de courant deux niveaux et un redresseur cinq niveaux-onduleurdetensionseptniveaux-MSAP.Onconstatequeladiffrencedes tensionsdentredelonduleurseptniveauxdiminueconsidrablementpoursannuleren rgime permanent (Figure III.70). Les tensions de sortie des deux redresseurs de courant sont croissantes (Figure III.71). III.8.6. Cascade dun redresseur de courant MLI sept niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figureIII.72. III.8.6.1. Modlisation du pont de clamping filtre Lefiltreintermdiaireentreleredresseurtriphasseptniveauxetlonduleurdetension triphas sept niveaux est donn par la figure suivante : I1I2I3MSAP id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6T3T2T1T4T5T6RpRpRpRpRpRpIredIres1Ires2Ires3RLRLRLVres1Vres2Vres3Onduleurdetensiontriphas sept niveauxRedresseur triphas MLI sept niveauxFigure III.72. Structure de la cascade dun redresseur de courant triphas sept niveaux - pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-104Le modle de ce pont est dfini par le systme suivant : = + = + + = = + = + + =6 r 6 red 6 d6 c65 r 5 red 6 red 5 d 6 d5 c54 r 4 red 5 red 6 red 4 d 5 d 6 d4 c43 r 3 d 3 red3 c32 r 2 d 3 d 2 red 3 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 1 red 2 red 3 red1 c1i I idtdUCi I I i idtdUCi I I I i i idtdUCi i IdtdUCi i i I IdtdUCi i i i I I IdtdUC[III.28]III.8.6.2. Rsultats de simulation Le redresseur de courant sept niveaux est command par la stratgie hystrsis en courant pourunehystrsedevaleurAi=0.1A.Lerseautriphasalimentantleredresseursept niveaux a une tension de 48V et une frquence de 50Hz. Figure III.73. Structure du pont de clamping Ired6id3Ired3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir4ir5ir6T3T2T1T4T5T6RpRpRpRpRpRpUred3Ured5Ured6Ured4Ured1Ired5Ired4Ired0Ired1Ired2Ured2Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-105InterprtationLesfiguresIII.74etIII.75montrentlesrsultatsdesimulationdelintroductiondupontde clamping dans la cascade un redresseur de courant sept niveaux - onduleur de tension sept niveaux-MSAP.Onconstatequeladiffrencedestensionsdentredelonduleursept niveauxdiminueconsidrablementpoursannulerenrgimepermanent(FigureIII.74).La tension de sortie du redresseur de courant sept niveaux est dcroissante (Figure III.75). III.9. Demi-pont de clamping Danscettepartie,noustudionsuneautremaniredamliorerlestensionsdentrede londuleurtriphasseptniveauxstructureNPCenutilisantundemipontdquilibrage [demi-pont de clamping]. III.9.1.CascadedunredresseurdecourantMLIdeuxniveauxdemi-pontde clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.76 [96]. Figure III.74. Tensions du pont de clamping et leurs diffrences Figure III.75. Tensions de sortie du redresseur six niveaux Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-106III.9.1.1. Modlisation du demi pont de clamping filtre Lefiltreintermdiaireentreleredresseurtriphasdeuxniveauxetlonduleurdetension triphas sept niveaux est donn par la figure suivante : I1I2I3MSAP id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpIredIres1Ires2Ires3RLRLRLVresVresVresOnduleurdetensiontriphas sept niveauxRedresseur triphas MLI deux niveauxFigure III.76. Structure de la cascade dun redresseur de courant triphas deux niveaux demi-pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP Figure III.77. Structure du demi-pont de clamping Iredid3Iredid2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpUredChapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-107Le modle de ce demi-pont est dfini par le systme suivant : = = = = = =0 d 5 d 4 d 1 d 2 d 3 d red6 c60 d 4 d 1 d 2 d 3 d red5 c50 d 1 d 2 d 3 d red4 c43 r 3 d red3 c32 r 2 d 3 d red2 c21 r 1 d 2 d 3 d red1 c1i i i i I i IdtdUCi i i i i IdtdUCi i i i IdtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i IdtdUC[III.29]Pour toutes les cascades utilises, on dfinit : ===RpUIRpUIRpUI3 c3 r2 c2 r1 c1 r[III.26]Lalgorithme de commande du demi-pont de clamping est le suivant : Si Uc1>Ured/6[T1=1] & [T2=T3=0] Si Uc2>Ured/6[T2=1] & [T1=T3=0] Si Uc3>Ured/6[T3=1] & [T1=T2=0] III.9.1.2. Rsultats de simulation Le redresseur de courant sept niveaux est command par la stratgie hystrsis en courant. Lerseautriphasalimentantleredresseurdeuxniveauxaunetensionde48Vetune frquence de 50Hz. Figure III.78. Tensions du demi-pont de clamping et leurs diffrences Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-108InterprtationLes figures III.78 et III.79 montrent les rsultats de simulation de lintroduction du demi pont declampingdanslacascadeunredresseurdecouranttriphasMLIdeuxniveaux- onduleur de tension sept niveaux - MSAP. On constate que ce changement dans la structure delacascadepermetdeminimiserlcartentrelestensionsdentredelonduleursept niveaux mais sans lannuler (Figure III.78). La tension de sortie du redresseur deux niveaux est croissante (Figure III.79). III.9.2.CascadededeuxredresseursdecourantMLIdeuxniveauxdemi-pontde clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.80 [82]. Figure III.80. Structure de la cascade de deux redresseurs de courant triphas deux niveaux demi-pont de clamping onduleur de tension sept niveaux MSAP Ires11Ires12Ires13RLRLRLVres11Vres12Vres13Redresseur triphas MLI deux niveaux n1Ires21Ires22Ires23RLRLRLVres21Vres22Vres23Redresseur triphas MLI deux niveaux n2 I1I2I3MSAP Onduleurdetensiontriphas sept niveaux structureNPCT3T2T1id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1RpRpRpIred1Ured1Ured2Ired2Figure III.79. Tensions de sortie du redresseur deux niveaux Ured[V] Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-109III.8.9.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre Dans ce cas, le demi-pont de clamping est dfini comme suit : Le modle de ce demi-pont est dfini par le systme suivant : = = = = = =0 d 5 d 4 d 1 d 2 d 3 d 2 red6 c60 d 4 d 1 d 2 d 3 d 2 red5 c50 d 1 d 2 d 3 d 2 red4 c43 r 3 d 1 red3 c32 r 2 d 3 d 1 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 1 red1 c1i i i i i i IdtdUCi i i i i IdtdUCi i i i IdtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i IdtdUC[III.30]Lalgorithme de commande du demi-pont de clamping est le suivant : Si Uc1>Ured1/3[T1=1] & [T2=T3=0] Si Uc2>Ured1/3[T2=1] & [T1=T3=0] Si Uc3>Ured1/3[T3=1] & [T1=T2=0] III.9.2.2. Rsultats de simulation Lesdeuxredresseursdecourantdeuxniveauxsontcommandsparlastratgiehystrsis en courant. Les deux rseaux triphass alimentant les deux redresseurs ont une tension de 24V et une frquence de 50Hz. Figure III.81. Structure du demi-pont de clampingIred2id3Ired1id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpUred1Ured2Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-110InterprtationLes figures III.82 et III.83 montrent les rsultats de simulation de lintroduction du demi-pont declampingdanslacascadedeuxredresseursdecourantdeuxniveaux-onduleursept niveaux-MSAP.Onconstatequecechangementdanslastructuredelacascadepermetde minimiserlcartentrelestensionsdentredelonduleurseptniveaux(FigureIII.82).Les tensions de sortie des deux redresseurs deux niveaux sont croissantes (Figure III.83). III.9.3.CascadedetroisredresseursdecourantMLIdeuxniveauxdemi-pontde clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.84 [82]. Figure III.82. Tensions de sortie du demi-pont de clamping et leurs diffrences Figure III.83. Tensions de sortie des deux redresseurs deux niveaux Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-111III.9.3.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre Dans ce cas, le demi-pont de clamping est dfini comme suit : Le modle de ce demi-pont est dfini par le systme suivant : Figure III.84. Structure de la cascade de trois redresseurs de courant triphas deux niveaux demi-pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP I1I2I3MSAPOnduleurdetensiontriphas sept niveaux structureNPCIres11Ires12Ires13RLRLRLVres11Vres12Vres13Redresseur triphas MLI deux niveaux n1 Ires21Ires22Ires23RLRLRLVres21Vres22Vres23Redresseur triphas MLI deux niveaux n2 Ires31Ires32Ires33RLRLRLVres31Vres32Vres33Redresseur triphas MLI deux niveaux n3T3T2T1id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1RpRpRpIred1Ured1Ured3Ired2Ured2Ired3Figure III.85. Structure du demi pont de clampingIred3id3Ired1id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpUred1Ured3Ured2Ired2Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-112 = = = = = =0 d 5 d 4 d 1 d 2 d 3 d 3 red6 c60 d 4 d 1 d 2 d 3 d 3 red5 c50 d 1 d 2 d 3 d 2 red4 c43 r 3 d 1 red3 c32 r 2 d 3 d 1 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 2 red1 c1i i i i i i IdtdUCi i i i i IdtdUCi i i i IdtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i IdtdUC[III.31]Lalgorithme de commande du demi-pont de clamping est le suivant [83] : Si Uc1>Ured1/3[T1=1] & [T2=T3=0] Si Uc2>Ured1/3[T2=1] & [T1=T3=0] Si Uc3>Ured1/3[T3=1] & [T1=T2=0] III.9.3.2. Rsultats de simulation: Les trois redresseurs deux niveaux sont commands par la stratgie hystrsis en courant. Lestroisrseauxtriphassalimentantlestroisredresseursontunetensionde16Vetune frquence de 50Hz. Figure III.86. Tensions du demi pont de clamping et leurs diffrences Figure III.87. Tensions de sortie des trois redresseurs deux niveaux Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-113InterprtationLes figures III.86 et III.87 montrent les rsultats de simulation de lintroduction du demi-pont declampingdanslacascadetroisredresseursdecourantdeuxniveaux-onduleurde tensionseptniveaux-MSAP.Onconstatequeladiffrencedestensionsdentrede londuleur sept niveaux diminue considrablement (Figure III.86). Les tensions de sortie des trois redresseurs deux niveaux sont croissantes (Figure III.87). III.9.4.CascadedesixredresseursdecourantMLIdeuxniveauxdemi-pontde clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.88 [85]. Figure III.88. Structure de la cascade de six redresseurs de courant MLI deux niveaux demi-pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP I1I2I3MSAPOnduleurde tension triphas sept niveaux StructureNPCIres11 Ires12 I res13 R LR,LR,LVres11 Vres12 Vres13Redresseur triphas MLI deux niveaux n1 Redresseur triphas MLI deux niveaux n3 Ires31 Ires32 Ires33 R,LR LR LVres31 Vres32 Vres33Redresseur triphas MLI deux niveaux n2 res21 II res22 Ires23 R,LR,LR LVres21 Vres22 Vres23 Ires41 I res42 I res43 R LR,LR,LVres41 Vres42Vres43Redresseur triphas MLI deux niveaux n4 Redresseur triphas MLI deux niveaux n6 Ires61Ires62 Ires63 R,LR,LR LVres61 Vres62 Vres63Redresseur triphas MLI deux niveaux n5 res51 II res52 I res53 R,LR,LR LVres51 Vres52 Vres53 Ired1 red6 Ured5 Ured4 Ured3 Ured2 Ured1 UIred2 Ired3 IIIred6 T3T2T1id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1RpRpRpred5 red4 Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-114III.9.4.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre Dans ce cas, le demi-pont de clamping est dfini comme suit : Le modle de ce demi-pont est dfini par le systme suivant : = = = = = =0 d 5 d 4 d 1 d 2 d 3 d 6 red6 c60 d 4 d 1 d 2 d 3 d 5 red5 c50 d 1 d 2 d 3 d 4 red4 c43 r 3 d 1 red3 c32 r 2 d 3 d 2 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 3 red1 c1i i i i i i IdtdUCi i i i i IdtdUCi i i i IdtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i IdtdUC [III.32]Figure III.89. Structure du demi pont de Clamping Ired5id3Ired1id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpUred1Ured6Ured3Ired3Ired4Ired6Ired2Ured5Ured4Ured2Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-115III.9.4.2. Rsultats de simulation Les six redresseurs de courant deux niveaux sont commands par la stratgie hystrsis en courant. Les six rseaux triphass alimentant les six redresseurs ont une tension de 8V et une frquence de 50Hz. InterprtationLes figures III.90 et III.91 montrent les rsultats de simulation de lintroduction du demi-pont de clamping dans la cascade six redresseurs de courant deux niveaux - onduleur de tension septniveaux-MSAP.Onconstatequeladiffrencedestensionsdentredelonduleur septniveauxdiminueconsidrablement(FigureIII.90).Lestensionsdesortiedessix redresseurs deux niveaux sont lgrement dcroissantes (Figure III.91). III.9.5. Cascade dun redresseur de courant MLI deux niveaux et dun redresseur de courant cinq niveaux demi pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figure III.92. Figure III.90. Tensions du demi pont de Clamping et leurs diffrences Figure III.91. Tensions de sortie des six redresseurs deux niveaux Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-116III.9.5.1. Modlisation du demi pont de clamping filtre Dans ce cas, le demi-pont de clamping est dfini comme suit : Ired6id3Ired2id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpUred2Ured5Ured6Ured4Ured3Ired5Ired4Ired3Ired1Figure III.93. Structure du demi-pont de clamping Figure III. 92. Structure de la cascade dun redresseur de courant deux niveaux et dun redresseur de courant cinq niveaux demi-pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP Ires11Ires12Ires13RLRLRLVres11Vres12Vres13Redresseur triphas MLI deux niveauxIres21Ires22Ires23RLRLRLVres21Vres22Vres23Redresseur triphas MLI cinq niveauxI1I2I3MSAPOnduleurdetensiontriphas sept niveaux structureNPCT3T2T1id3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1ir6RpRpRpIred2Ured2Ured5Ured4Ired6Ired5Ired4Ired3Ured6Ured3Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-117Le modle de ce demi pont est dfini par le systme suivant : = + = + + = = = + =6 red 6 d6 c65 red 6 red 5 d 6 d5 c54 red 5 red 6 red 4 d 5 d 6 d4 c43 r 3 d 2 red3 c32 r 2 d 3 d 2 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 1 red 2 red1 c1I idtdUCI I i idtdUCI I I i i IdtdUCi i IdtdUCi i i IdtdUCi i i i I IdtdUC[III.33]III.9.5.2. Rsultats de simulation Lesdeuxredresseursdecourantdeuxetcinqniveauxsontcommandsparlastratgie hystrsis en courant. Le rseau triphas alimentant le redresseur cinq niveaux a une tension de32Vetunefrquencede50Hz,etceluialimentantleredresseurdeuxniveauxaune tension de 16V et une frquence de 50Hz. Figure III.95. Tensions de sortie des deux redresseurs Figure III.94. Tensions du demi pont de clamping et leurs diffrences Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-118InterprtationLes figures III.94 et III.95 montrent les rsultats de simulation de lintroduction du demi pont declampingdanslacascadeunredresseurdecourantdeuxniveauxetunredresseur cinqniveaux-onduleurdetensionseptniveaux-MSAP.Onconstatequeladiffrencedes tensionsdentredelonduleurseptniveauxdiminue(FigureIII.94).Lestensionsdesortie des deux redresseurs de courant sont croissantes (Figure III.95). III.9.6.CascadedunredresseurdecourantMLIseptniveauxdemipontde clamping onduleur sept niveaux MSAP La structure de cette cascade est donne par la figureIII.96. III.9.6.1. Modlisation du demi-pont de clamping filtre Lefiltreintermdiaireentreleredresseurtriphasseptniveauxetlonduleurdetension triphas sept niveaux est donn par la figure suivante : Figure III.97. Structure du demi pont de clamping Ired6id3Ired3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpUred3Ured5Ured6Ured4Ured1Ired5Ired4Ired0Ired1Ired2Ured2I1I2I3MSAPid3id2id1id0id4id5id6C3C2C1C4C5C6ir3ir2ir1T3T2T1RpRpRpIres1Ires2Ires3RLRLRLVres1Vres2Vres3Onduleurdeensiontriphas sept niveauxRedresseur triphas MLI sept niveauxFigure III.96. Structure de la cascade dun redresseur de courant triphas sept niveaux demi-pont de clamping - onduleur de tension sept niveaux - MSAP Ured3Ured6Ured5Ured4Ured1Ured2Ired0Ired4Ired5Ired6Ired1Ired2Ired3Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-119Le modle de ce demi pont est dfini par le systme suivant : = + = + + = = + = + + =6 red 6 d6 c65 red 6 red 5 d 6 d5 c54 red 5 red 6 red 4 d 5 d 6 d4 c43 r 3 d 3 red3 c32 r 2 d 3 d 2 red 3 red2 c21 r 1 d 2 d 3 d 1 red 2 red 3 red1 c1I idtdUCI I i idtdUCI I I i i idtdUCi i IdtdUCi i i I IdtdUCi i i i I I IdtdUC [34]III.9.6.2. Rsultats de simulation Le redresseur de courant sept niveaux est command par la stratgie hystrsis en courant. Le rseau triphas alimentant le redresseur a une tension de 48V et une frquence de 50Hz. Figure III.99. Tensions de sortie du redresseur six niveaux Figure III.98. Tensions du pont de demi clamping et leurs diffrences Chapitre III Changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-120InterprtationLes figures III.98 et III.99 montrent les rsultats de simulation de lintroduction du demi pont de clamping dans la cascade un redresseur de courant sept niveaux - onduleur de tension sept niveaux - MSAP. On constate que la diffrence des tensions dentre de londuleur sept niveauxdiminueconsidrablement(FigureIII.98).Latensiondesortieduredresseurde courant sept niveaux est dcroissante (Figure III.99). III.10. Conclusion DansceChapitre,onatudidiffrentschargeursdefrquenceayantcommepontdesortie londuleur triphas de tension sept niveaux structure NPC. Onamontrledsquilibreentrelestensions(Uc1,Uc2,Uc3,Uc4,Uc5,etUc6)dentrede londuleur de tension sept niveaux et par consquent linstabilit des tensions de sortie de cet onduleur.LutilisationdesredresseurstriphassdecourantsMLIdeuxoucinqouseptniveaux commands par hystrsis en courant permet davoir un courant ct rseau le plus sinusodal possible et un facteur de puissance proche de lunit. Onnotesurtoutqueledsquilibredestensionsdentredelonduleurseptniveauxest moins important dans le cas de lutilisation dun redresseur de courant sept niveaux. Lutilisationdupontdeclampingetdudemipontdeclampingproposs,nousapermis damliorerlestensionsdentredelonduleurseptniveauxenminimisantledsquilibre entres ces tensions. Nanmoins,onconstatequelestensionsdentredelonduleurseptniveauxsonttoujours soitcroissantesoudcroissantes.Pourrsoudreseproblmeonfaitappellasservissement des redresseurs de courants qui fera lobjet dtude dans le chapitre suivant.Chapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-121IntroductionDanslechapitreprcdent,onatudideschangeursdefrquencepontdesortie multiniveaux,etonamisenvidenceleproblmedinstabilitdestensionsdentrede londuleur de tension sept niveaux structure NPC. Pour rsoudre ce problme, on propose lasservissement des tensions dentre de londuleur sept niveaux, en jouant sur le redresseur deux ou cinq ou sept niveaux du changeur de frquence. Pour obtenir ct rseau un faible taux dharmoniques des courants et un facteur de puissance leplusprochepossibledelunit,nousavonschoisidanscechapitreunecommandepar hystrsisencourantpourlesdiffrentsredresseurstudisdanslechapitreprcdent[75] [76] [98] [99]. Ces asservissements permettent non seulement dasservir les tensions dentre de londuleur septniveauxmaisaussidutiliserdescapacitsC1,C2,C3,C4,C5,etC6devaleurs raisonnables. Dans ce chapitre, on commencera par prsenter lalgorithme gnral de lasservissement de la tensiondesortiepourchaqueredresseur.Ensuite,onprsenteralesperformancesdecet asservissement avec les cascades suivantes : Cascade dun redresseur de courant deux niveaux onduleur triphas de tension sept niveaux MSAP avec pont de clamping puis avec demi pont de clamping. Cascade de deux redresseurs de courant deux niveaux onduleur triphas de tension sept niveaux MSAP avec pont de clamping puis avec demi pont de clamping. Cascade de trois redresseurs de courant deux niveaux onduleur triphas de tension sept niveaux MSAP avec pont de clamping puis avec demi pont de clamping. Cascadedesixredresseursdecourantdeuxniveauxonduleurtriphasdetension sept niveaux MSAP avec pont de clamping puis avec demi pont de clamping. Cascadedunredresseurdecourantcinqniveauxetunredresseurdeuxniveaux onduleurtriphasdetensionseptniveauxMSAPavecpontdeclampingpuisavec demi pont de clamping. Cascade dun redresseur de courant sept niveaux onduleur triphas de tension sept niveaux MSAP avec pont de clamping puis avec demi pont de clamping. IV.1. Asservissement du redresseur de courant triphas deux niveauxIV.1.1. Modle de la boucle de tension Lamodlisationdecetteboucleestbasesurleprincipedelaconservationdelapuissance instantaneaveclhypothsedunredresseursanspertes.Cetteboucleimposelavaleur efficace du courant de rfrence du rseau [90] [100] [101].Chapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-122Puissance dentre : )dtdi2Li R i V ( P31 k2resk 2resk resk resk e _= = [IV.1] Puissance de sortie : ) i i ( U I U Pch c c red c s+ = = [IV.2] En utilisant le principe de la conservation de puissance et en ngligeant les pertes joules dans la rsistance R, on peut crire : red c31 k2reskresk reskI Udtdi2L) i V ( + =_= [IV.3] EnsupposantlescourantsdurseausinusodauxetenphaseavecleurstensionsVreskcorrespondantes, on peut crire alors : red c e effI U I E 3 =[IV.4] Avec : |.|
\|t e = ) 1 k (32t sin E 2 Veff resk [IV.5] |.|
\|t e = ) 1 k (32t sin I 2 ie resk [IV.6] k : numro dun bras du redresseur (k=1, 2, 3) Le modle de la boucle de tension du redresseur triphas deux niveaux, dduit de la relation (IV.4), est prsent la figure IV.2. Figure IV.1. Structure du redresseur de courant triphas deux niveaux Vres1UcIredichicires1ires2ires3Vres2Vres3TD31TD30TD10TD20TD21TD11ABCRLRLR LChapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-123OnutilisepourlaboucledetensionunrgulateurIP[101][102].Leprincipegnralde lasservissement du redresseur triphas deux niveaux est donn par la figure IV.3. Remarque :Danstouslesrsultatsdesimulationlonduleurdetensionseptniveauxest command par la stratgie de la modulation vectorielle avec m=12. Les redresseurs de courant sontcommandsparlastratgiedhystrsisencourantolamplitudedescourantsde rfrence des rseaux triphass alimentant les redresseurs est impose par la boucle de tension. Les paramtres de tous les filtres intermdiaires sont C1=C2=C3=C4=C5=C6=10mF et Rp=48O.IV.1.2.Applicationdelalgorithmedasservissementlacascadedunredresseurde courant triphas deux niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP Onappliquelalgorithmedasservissementlaborprcdemment(FigureIV.3)pour commanderleredresseurdelacascade(FigureIII.52).Lerseautriphasalimentantle redresseur a une tension efficace de 48V et une frquence de 50Hz. Figure IV.4. Tensions du pont de clamping et leurs diffrences Figure IV.3. Algorithme dasservissement de la tension de sortie du redresseur deux niveauxRedresseur deux niveaux command par hystrsis en courant UrefichicrefIred+-ichUc+- Uc3EeffKiskps C .1icieref-+Figure IV.2. Modle de la boucle de tension du redresseur triphas deux niveauxceffUE . 3IeiUc icIred s C.1-Ich+Chapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-124Figure IV.5. Tension de sortie du redresseur deux niveaux Figure IV.6. Les courants dentre de londuleur sept niveaux Figure IV.7. Tension et courant du rseau alimentant le redresseur deux niveauxFigure IV.8. Les performances de la conduite de la MSAP avec application dun couplede charge entre t=0.4s et t=0.8s (Cr=5N.m) Zoom Zoom Chapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-125Interprtation On constate que la tension de sortie du redresseur suit bien sa rfrence (Figure IV.5). Ainsi, lesdiffrences(Uc1-Uc4,Uc2-Uc5etUc3-Uc6)deviennentpratiquementnullesenrgimetabli (Figure IV.4).Lecourantdurseautriphasalimentantleredresseurdelacascade,suitbiensarfrence imposeparlaboucledetension(FigureIV.6).Lefacteurdepuissancedecerseauest pratiquement unitaire (Figure IV.7). Les courants dentre de londuleur triphas sept niveaux id1, (respectivement id2, et id3) et id4(respectivementid5,etid6)ontlammealluremaisinversslunparrapportlautre.Le courant id0 a une valeur moyenne pratiquement nulle (Figure IV.6). LesrsultatsdelaconduitedelaMSAPmontrentquelecouplelectromagntiquevarie daborddunefaonbrusqueaudmarragedelamachinedpassantles14Nmensuitese stabiliseenrgimepermanenttabliaprs0.04setoscilleautourdesavaleurnominale5Nm avecdesvaleursmaximalesde5.6Nmetdesminimalesde4.58Nm.Lavitesseatteint rapidement sa valeur de rfrence (Figure IV.8). IV.1.3. Application de lalgorithme dasservissement la cascade de deux redresseurs de courant triphas deux niveaux pont de clamping onduleur sept niveaux MSAP Dans cette partie, on ralise : lasservissement du premier pont redresseur (asservissement de la tension Ured1et des courants du rseau alimentant ce redresseur). Lasservissement du deuxime pont redresseur (asservissement de la tension Ured2 et des courants du rseau alimentant ce redresseur). Rsultats de simulation Les deux rseaux alimentant les deux redresseurs ont une tension de 24V et une frquence de 50Hz.Figure IV.9. Tensions de sortie du filtre intermdiaire et leurs diffrences Chapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-126ZoomZoomFigure IV.11. Les courants dentre de londuleur sept niveauxFigure IV.10. Tensions de sortie des deux redresseurs deux niveaux Figure IV.13. Performances de la cascade de deux redresseurs deux niveaux onduleur sept niveaux - MSAP Figure IV.12. Tension et ourants des deux rseaux alimentant les redresseurs deux niveaux Chapitre IV Asservissement des changeurs de frquence utilisant londuleur sept niveaux-127InterprtationOnconstatequelestensionsdesortiedesdeuxredresseurssuiventbienleursrfrences (Figure IV.10). Les tensions dentre de londuleur triphas sept niveaux sont stables et sont pratiquement gales par paire (Uc1~ Uc4, Uc2~ Uc5 et Uc3~ Uc6) et leurs diffrences Uc1-Uc4, Uc2-Uc5 et Uc3-Uc6 sont nulles en rgime tabli (Figure IV.9).Lescourantsdesdeuxrseauxtriphassalimentantlesdeuxredresseursdelacascade, suivent bien leurs rfrences imposes par la boucle de tension (Figure IV.12). Les facteurs de puissance de ces deux rseaux sont pratiquement unitaires (Figure IV.12). Les courants dentre de londuleur triphas sept niveaux id1, (respectivement id2, et
![1 These FluckigerA[2]](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/5571fc48497959916996e8f5/1-these-fluckigera2.jpg)
