chapitre II

Chapitre II : Modélisation de l’alimentation AC

Numero ,,,,,,modelisation de L’onduleur de tension : Un onduleur fait référence un dispositif de l’électronique de puissance permettant de générer des courants (tensions) alternatifs(es) à partir des courants (tensions) continus(es), alimenté en continu, la fréquence de la tension alternative résultante dépend seulement de la commande et peut être variable. L’onduleur est un convertisseur statique de type continu/alternatif.

Les types d’onduleur : Les onduleurs sont classés selon le domaine d’application et les performances désirées, en deux types d’onduleur: Les onduleurs autonomes et les onduleurs non autonomes. Selon la nature de la source continue alimentant l’onduleur, on distingue l’onduleur de tension et celui de courant.

Fonctionnement d’un onduleur : Prenant l’exemple d’un onduleur de tension triphasé : Il est composé de six transistors (T1, T2, T3, T'1, T'2, T'3) shuntés en antiparallèle par des diodes de récupération (D1, D2, D3, D’1, D’2, D’3) afin de renvoyer le courant négatif vers le condensateur de filtrage mis à l’entrée de l’onduleur, figure (2.1)

T1

D1

T2

D2

T3

D3

U0

MAS T’1

D’1 T’2

D’2

T’3

D’3

Commande des transistors

Figure 2.1 :: Schéma de Figure I.15 de l ’onduleur ’onduleur de de tension. tension.

Figure II.1 : Représentation de l’onduleur Chaque bras de l’onduleur est constitué de deux interrupteurs supposés parfaits et fonctionnant de façon complémentaire, on peut par conséquent associer à chacun d’eux une valeur binaire de commande F j, avec ( j=1,2,3) et telle que :

F j=¿ {+1 Si K j est relié à la borne (+) ¿ ¿¿¿ . Comme le montre la figure (II.2). Id

(+)

I1

K1

I2

K2

Ud

K3

MAS

I3

(–) Figure I.16 La représentation représentation par par des des interrupteurs. interrupteurs. Figure 2.2 :: La

Figure II.2 : Représentation de l’onduleur par des interrupteurs

Modelisation Les tensions composées U12, U23, U31, à la sortie de l’onduleur en fonction des tensions simple sont données par :

{U12=V1−V2¿{U23=V2−V3 ¿ ¿

(2.1)

Pour un système équilibré on a, V1+V2+V3=0, d’où :

1 1 V1= (U12−U31)¿ V2= (U23−U12) ¿ ¿ 3 3

{ {

(2.2)

Les tensions composées en fonction des positions des interrupteurs sont données par :

1 1 U12= U0(F1−F2)¿ U23= U0(F2−F3) ¿ ¿ 2 2

{ {

(2.3)

En remplaçant le système d’équations (2.3) dans (2.2), on aura :

1 1 V1= U0(2F1−F2−F3)¿ V2= U0(2F2−F1−F3) ¿ ¿ 6 6

{ {

(2.4)

Et on obtient la forme matricielle suivante : V1 F1 1 2 −1 −1 V 2 = . −1 2 −1 . U 0 F2 6 −1 −1 2 V3 F3

[]

(

)

[]

(2.5)

Le courant à l’entrée de l’onduleur obéit à l’équation :

I 0=F 1 I 1 +F2 I 2 +F 3 I 3

(2.6)

Les tensions simples délivrées par l’onduleur seront obtenues directement à partir des états des grandeurs de commande {F} rsub {1} , {F} rsub {2} , {F} rsub {3} qui représentent les signaux de commande. Les états de ces grandeurs seront aussi déterminés à l’aide de la stratégie de commande envisagée.

La Commande De l’Onduleur : Afin d’améliorer les performances de l’onduleur, plusieurs techniques de modulation de la largeur d’impulsion (MLI) ont été développées. 

Technique triangulo-sinusoïdale.



Technique de courant par hystérésis.

Commande Par Modulation De Largeur d’Impulsion MLI La technique de modulation de largeur d’impulsion (MLI) est l’une des techniques utilisées pour obtenir, à partir d’une source de tension continue, une sortie variable en tension et en fréquence. La technique de modulation de largeur d’impulsion consiste à adopter une fréquence de commutation supérieure à la fréquence des grandeurs de sortie et à former chaque alternance de la tension de sortie d’une succession de créneaux de largeur convenables. La stratégie MLI à deux niveaux employée consiste à utiliser les intersections d’une onde de référence sinusoïdale de fréquence fréquence

fp

supérieure à

f r , avec une porteuse triangulaire de

fr ,

Caractéristiques De La MLI Deux paramètres caractérisent cette de commande et qui sont l’indice de modulation

mf et

le taux de modulation IM. 

L’indice de modulation

fréquence 

mf

f r de la référence.

définit le rapport entre la fréquence

mf =

f p et la

fp fr .

Le taux de modulation ou coefficient de réglage donne le rapport entre l’amplitude

de la modulante

U rm et celle de la porteuse U pm ,

IM=

U rm U pm

Le schéma de principe de cette logique de contrôle est illustré par la figure (II.3).

Figure II.3 : Principe de la commande MLI

Principe de la commande MLI triangulo-sinusoïdale : Le principe de cette stratégie peut être résumé par l’algorithme suivant

U r ≥U p ⇒ S 2 (t )

=1 Si non

S 2 (t )=0

Avec

U r  : Tension de référence ;

U p  : Tension de la porteuse ;

S 2 (t ) Est le signal MLI deux niveaux résultant.

Contrôle indirect par MLI et contrôle direct par hystérésis Un onduleur de tension débitant sur une source de courant monophasée est en général commandé en boucle fermée afin de contrôler son courant de sortie. La comparaison de la valeur instantanée du courant de charge avec sa référence introduit une nouvelle grandeur, appelée erreur, et définie par la relation (2.7) : ε (t)=iréf (t)−ich(t)(2.7) Pour réaliser ce contrôle en courant de sortie, l’onduleur impose soit ses tensions moyennes de phase (contrôle indirect par MLI), soit sa fonction de commande K (contrôle direct par hystérésis).Cette distinction conduit à deux familles de modulation différentes présentées sur la Figure (II.4):

(a) Contrôle indirect par MLI

(b) Contrôle direct par hystérésis

Figure II.4 : Contrôle du courant d’un monophasé.

Avec la première famille ,Figure (II.4 (a)), le principe consiste à définir une tension de référence par le biais d’une régulation de courant, puis, dans le cas d’une modulation naturelle, à comparer cette tension de référence à un signal triangulaire pour obtenir la fonction de commande K du bras. Cette technique présente l’avantage d’une réalisation simple mais requiert un contrôle composé de correcteurs pour créer cette tension de référence à partir du courant de référence. Le calcul de ce correcteur exige de connaitre les paramètres de charge et leur présence peut impliquer des problèmes de stabilité et de temps de réponse. La deuxième famille, Figure (II.4 (b)) basée sur le contrôle direct du courant de phase consiste à agir directement sur l’état de l’onduleur en imposant K, mais suppose prédéfinie une stratégie de commande adaptée au contrôle du courant de sortie ajusté à la charge connectée.

Modélisation et simulation sous Matlab/simulink : Dans cet exemple on va simuler un onduleur de tension triphasé commandé par la commande MLI par hystérisis. Dans la figure (II.5) ci-dessous représente le schéma bloc de notre onduleur où T représente la matrice de commande:

2 −1 −1 T = −1 2 −1 −1 −1 2

(

)

1 Vdc

1/3

2 Divide

Gain1

Constant 2 Sa T* u

3 Sb

Product

1 Out1

Gain

4 Sc

Figure II.5 : Représentation du schéma bloc de la simulation de l’onduleur Cet onduleur est commandé par une commande MLI à hystérisis où on compare les courants de référence (Iaref, Ibref, Icref) par les courants de sortie du moteur (Iam, Ibm, Icm) illustré dans la figure (II.6) ci-dessous :

Figure II.6 : Représentation du schéma bloc de la simulation de la commande MLI à hystérisis

Résultat de la simulation : La tension continue d’entrée qui alimente l’onduleur (voir figure II.7) va etre onduler et transformer à une tension alternative à l’aide de la commande MLI. La tension de sortie est illustrée dans la figure (II.8), c’est cette tension qui va nous permettre d’alimenter notre moteur asynchrone.

Figure II.7 : Tension d’entré alimentant l’onduleur.

Figure II.8 : Les tensions de sortie (Va, Vb, Vc) de l’onduleur.

Interpretations des resultatrs,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

conclusion