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UNIVERSITE D"ANTANANARIVO

E

COLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D EPARTEMENT : GENIE ELECTRIQUE ET MECANIQUE PRODUCTIQUE Mémoire de fin d"étude en vue d"obtention du diplôme d"ingénieur en génie industriel

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À DEUX NIVEAUX

À DEUX NIVEAUXÀ DEUX NIVEAUXÀ DEUX NIVEAUX

N°d"ordre : .../2008

Présenté par : RAKOTORAHALAHY Andriamparany Mirantsoa Encadreur : RABENARIVO Michel, enseignant à l"ESPA

Soutenu publiquement le 5 Septembre 2009 Promotion 2008

UNIVERSITE D"ANTANANARIVO

E

COLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D EPARTEMENT : GENIE ELECTRIQUE ET MECANIQUE PRODUCTIQUE Mémoire de fin d"étude en vue d"obtention du diplôme d"ingénieur en génie industriel

" ETUDE THÉORIQUE ET SIMETUDE THÉORIQUE ET SIMETUDE THÉORIQUE ET SIMETUDE THÉORIQUE ET SIMULATION SOUS ULATION SOUS ULATION SOUS ULATION SOUS

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À DEUX NIVEAUX

À DEUX NIVEAUXÀ DEUX NIVEAUXÀ DEUX NIVEAUX

N°d"ordre : .../2008

Présenté par : RAKOTORAHALAHY Andriamparany Mirantsoa Président du jury: ANDRIAMITANJO Solofomboahangy, enseignant à l"ESPA) Sous l"encadrement de : RABENARIVO Michel, enseignant à l"ESPA Examinateurs : RAJAONARIVELO Jean André, enseignant à l"ESPA

RAVALOMANANA Olivier, enseignant à l"ESPA

RAKOTONIAINA Solofo Hery, enseignant à l"ESPA

Soutenu publiquement le 5 Septembre 2009 Promotion 2008

Remerciements

Mémoire de fin d"étude I RAKOTORAHALAHY Andriamparany

REMERCIEMENTS

Avant de commencer, je tiens à remercier toutes les personnes qui de près ou de loin ont apporté leur aide et leur compétence. Un grand merci donc à tous ceux qui nous ont entouré et aidé tout au long de ce travail de mémoire, en particulier à: Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l"Ecole Supérieure

Polytechnique d"Antananarivo,

Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, chef de département Génie électrique au sein de la filière Génie Industriel, Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro, chef de département Génie Mécanique et Productique au sein de la filière Génie Industriel, Monsieur RABENARIVO Michel, Enseignant à l"ESPA, qui a accepté de me diriger

durant la réalisation de ce mémoire et pour tous le temps précieux qu"il a consacré, malgré ses

multiples obligations, Monsieur ANDRIAMITANJO Solofomboahangy, enseignant à l"ESPA qui nous fait l"honneur de présider le jury de ce mémoire, Messieurs les membres de Jury qui ont pris de leur temps pour examiner et juger ce mémoire : Monsieur RAJAONARIVELO Jean André, enseignant à l"ESPA, Monsieur RAVALOMANANA Olivier, enseignant à l"ESPA, Monsieur RAKOTONIAINA Solofo Hery, enseignant à l"ESPA, Tous les enseignants de l"ESPA, qui nous ont transmis leur savoir faire tout au long de ces cinq années d"études

Encore un grand merci à eux tous.

Table des matières

Mémoire de fin d"étude II RAKOTORAHALAHY Andriamparany

TABLE DES MATIERES

TABLE DES MATIERES .........................................................................................................II

LISTE DES FIGURES.............................................................................................................VI

LISTE DES TABLEAUX..................................................................................................... VIII

NOTATIONS ET SYMBOLES...............................................................................................IX

PARTIE I : CONTEXTES GENERAUX

Chapitre I : Généralités sur les convertisseurs statiques......................................................2

I - 1 : Définition .............................................................................................2

I - 2 : Différents types de convertisseur .....................................................................................2

I - 2 - 1 : Hacheur.......................................................................................................................2

I - 2 - 1 - 1 : Hacheur série (abaisseur de tension)............................................................3

a : Schéma de principe.......................................................................................................3

b : Principe de fonctionnement ..........................................................................................4

I - 2 - 1 - 2 : Hacheur parallèle (élévateur de tension)......................................................4

a : Schéma de principe.......................................................................................................4

b : Principe de fonctionnement ..........................................................................................4

I - 2 - 2 : Onduleurs autonomes..................................................................................................5

I - 2 - 2 - 1 : Schéma de principe........................................................................................5

I - 2 - 2 - 2 : Principe de fonctionnement...........................................................................5

I - 2 - 3 : Gradateur.....................................................................................................................7

I - 2 - 3 - 1 : Schéma de principe........................................................................................7

I - 2 - 3 - 2 : Principe de fonctionnement...........................................................................8

I - 2 - 4 : Cycloconvertisseur......................................................................................................9

I - 2 - 4 - 1 : Schéma de principe........................................................................................9

Table des matières

Mémoire de fin d"étude III RAKOTORAHALAHY Andriamparany

I - 2 - 4 - 2 : Principe de fonctionnement.........................................................................10

I - 2 - 5 : Redresseur.................................................................................................................10

I - 2 - 5 - 1 : Les trois types de montages redresseurs .....................................................10

I - 2 - 5 - 2 : Redressement parallèle double ou en pont : montage PD3 ........................11

a : Principe de fonctionnement ........................................................................................11

Chapitre II : L"onduleur........................................................................................................13

II - 1 : Introduction...................................................................................................................13

II - 2 : Différents type d"onduleurs...........................................................................................13

II - 3 : Description d"un onduleur.............................................................................................14

II - 4 : Principe de fonctionnement d"un onduleur...................................................................15

Chapitre III : Circuit de puissance.......................................................................................16

III - 1 : Onduleur de tension.....................................................................................................16

III - 1 - 1 : La cellule d"onduleur..............................................................................................16

III - 1 - 2 : Mécanismes de commutation.................................................................................17

III - 2 : Onduleur triphasé en pont............................................................................................19

III - 2 - 1 : Caractéristiques des tensions..................................................................................22

III - 2 - 1 - 1 : Tensions de sorties....................................................................................22

III - 2 - 1 - 2 : Tension de phase.......................................................................................23

III - 2 - 2 : Caractéristiques du courant d"entrée......................................................................24

III - 2 - 2 - 1 : Expression.................................................................................................24

III - 2 - 2 - 2 : Ondulation ................................................................................................24

III - 2 - 2 - 3 : Valeur moyenne ........................................................................................25

III - 2 - 2 - 4 : Développement en série............................................................................25

PARTIE II : METHODOLOGIE

Chapitre I : Changement de repère......................................................................................26

I - 1 : Passages des repères triphasés à diphasés......................................................................26

I - 1 - 1 : Transformation de Concordia et de Park ..................................................................26

I - 1 - 1 - 1 : Transformation de Concordia.....................................................................26

Table des matières

Mémoire de fin d"étude IV RAKOTORAHALAHY Andriamparany

I - 1 - 1 - 2 : Transformation de PARK :..........................................................................27

I - 2 : Passages entre le repère triphasé et le repère diphasé ....................................................28

I - 2 - 1 : Passage du triphasé vers le repère α,β.......................................................................28

I - 2 - 1 - 1 : Utilisation de .....................................................................................29

I - 2 - 1 - 2 : Utilisation de ..................................................................................30

I - 2 - 2 : Passage du triphasé vers le repère d,q.......................................................................31

I - 3 : Passages d"un repère diphasé vers un repère triphasé....................................................32

I - 3 - 1 : Passage des coordonnées α,β vers un système triphasé............................................32

I - 3 - 2 : Passage du repère d,q vers un système triphasé........................................................32

I - 3 - 2 - 1 : Passage diphasé triphasé............................................................................34

Chapitre II : Modélisation vectorielle de l"onduleur..........................................................35

II - 1 : Principe de la MLI Vectorielle......................................................................................35

II - 2 : MLI Vectorielle, avec couplages des enroulements du moteur en triangle..................36

II - 2 - 1 : Calcul des temps d"application des états de l"onduleur...........................................37

II - 2 - 2 : Calcul des rapports cycliques de commutation pour chaque secteur.......................39

II - 2 - 3 : Calcul des rapports cycliques de commutations pour chaque bras..........................41

II - 2 - 4 : Tension d"alimentation de l"onduleur......................................................................44

II - 3 : MLI Vectorielle, avec couplage des enroulements du moteur en étoile.......................45

II - 3 - 1 : Calcul des temps d"application des états de l"onduleur...........................................46

II - 3 - 2 : Calcul des rapports cycliques de commutation pour chaque secteur.......................48

II - 3 - 3 : Calcul des rapports cycliques de commutation pour chaque bras ...........................50

II - 3 - 4 : Algorithme de programmation pour le montage étoile............................................51

II - 3 - 5 : Tension d"alimentation de l"onduleur......................................................................55

Chapitre III : Analyse et comparaison avec une autre méthode de MLI........................57

III - 1 : Description de la MLI avec porteuse...........................................................................57

III - 2 : Principe de la MLI vectorielle.....................................................................................59

III - 2 - 1 : Définition du vecteur tension de contrôle (vecteur de référence) ..........................59

III - 2 - 2 : Approximation du vecteur tension de contrôle.......................................................61

III - 3 : Correspondances entre MLI avec porteuse et MLI vectorielle....................................63

III - 4 : Détermination de la variation de en fonction de la tension de référence ......67

Table des matières

Mémoire de fin d"étude V RAKOTORAHALAHY Andriamparany

PARTIE III : SIMULATIONS ET INTERPRETATIONS DES

RESULTATS

Chapitre I : Interprétations pratique de la commande......................................................70

I - 1 : Etude pratique de la commande MLI vectorielle...........................................................70

I - 1 - 1 : Système d"isolation...................................................................................................70

I - 1 - 2 : Système de commande..............................................................................................70

I - 1 - 3 : Elaboration de la commande vectorielle...................................................................71

I - 1 - 3 - 1 : Généralités sur les PICs..............................................................................71

I - 1 - 3 - 2 : Programmation de la commande ................................................................72

Chapitre II : Simulations et interprétations des résultats..................................................73

II - 1 : Environnement SIMULINK..........................................................................................73

II - 2 : Représentation de la simulation....................................................................................74

II - 2 - 1 : Présentation de la partie puissance de l"onduleur....................................................74

II - 2 - 2 : Présentation de la partie commande ........................................................................74

II - 3 : Résultats de simulation .................................................................................................76

II - 4 : Interprétation des résultats ............................................................................................78

II - 5 : Conclusion.....................................................................................................................78

PARTIE IV : Etude d"impact environnemental

Chapitre I : Regard sur l"environnement............................................................................79

I - 1 : Introduction ....................................................................................................................79

I - 2 : Motivation du sujet.........................................................................................................79

I - 3 : Sources des impacts........................................................................................................80

Chapitre II : Analyse des impacts.........................................................................................81

II - 1 : Impact positif ................................................................................................................81

Table des matières

Mémoire de fin d"étude VI RAKOTORAHALAHY Andriamparany

II - 2 : Impact négatif................................................................................................................81

Chapitre III : Mesure d"atténuation des impacts................................................................83

III - 1 : Conclusion...................................................................................................................83

CONCLUSION GENERALES................................................................................................84

Listes des figures

Mémoire de fin d"étude VII RAKOTORAHALAHY Andriamparany

LISTE DES FIGURES

Figure II - 1 : Onduleur de tension à deux niveaux............................................................35

Figure II - 2 : Tensions dans le repère α,β..........................................................................37

Figure II - 3 : Décomposition d"un vecteur tension ...........................................................38

Figure II - 4 : Vecteurs tensions.........................................................................................40

Figure II - 5 : Formes des rapports cycliques pour chaque secteur....................................42

Figure II - 6 : Commutations centrées................................................................................43

Figure II - 7 : Limite de vecteur tension.............................................................................45

Figure II - 8 : Onduleur à deux niveaux de tension associé à une charge en étoile ...........45

Figure II - 9 : Tensions dans le repère α,β..........................................................................47

Figure II - 10 : Décomposition d" un vecteur tension ..........................................................47

Figure II - 11 : Tensions actives de l"onduleur dans le repère α,β.......................................49

Figure II - 12 : Rapports cycliques pour chaque secteur......................................................50

Figure II - 13 : Algorithme de décision dans le repère α,β...................................................52

Figure II - 14 : Représentation de dans le repère α, β.....................................................53

Figure II - 15 : Représentation de dans le repère R, T....................................................53

Figure II - 16 : Algorithme de décision dans le repère R, T.................................................54

Figure II - 17 : Rapports cycliques pour les trois bras de l"onduleur...................................55

Figure II - 18 : Tensions entre phases ..................................................................................55

Figure II - 19 : Limite du vecteur tension.............................................................................56

Figure II - 20 : Principe de la MLI intersective....................................................................58

Figure II - 21 : Définition du vecteur de contrôle ................................................................60

Figure II - 22 : Définition du vecteur moyen ..................................................................62

Figure II - 23 : Séquence d"application des vecteurs sur une période ( facteur Figure II - 24 : a) Séquence pour la MLI vectorielle b) Analogie avec la MLI intersective 64

Figure II - 25 : Evolution de , et ............................................................66

Figure III - 1 : Schéma synoptique d"un système de commande de vitesse pour un MAS triphasé avec onduleur vectoriel triphasé (commande en boucle ouvert)....70

Figure III - 2 : Schéma de brochage du PIC16F8X..............................................................72

Listes des figures

Mémoire de fin d"étude VIII RAKOTORAHALAHY

Andriamparany

Figure III - 3 : Simulink library browser..............................................................................73

Figure III - 4 : Simulation de l"onduleur vectoriel à deux niveaux sous Matlab-Simulink.74

Figure III - 5 : Résultats pour une fréquence de sortie de 25Hz ..........................................76

Figure III - 6 : Résultats pour une fréquence de sortie de 50Hz ..........................................76

Figure III - 7 : Résultats pour une fréquence de sortie de 75Hz ..........................................77

Figure III - 8 : Résultats pour une fréquence de sortie de 100Hz, n=2975tr/mn .................77

Liste des tableaux

Mémoire de fin d"étude IX RAKOTORAHALAHY Andriamparany

LISTE DES TABLEAUX

Tableau II - 1: Tensions simples et entre phases....................................................................36

Tableau II - 2 : Tension dans le repère

Tableau II - 3 : Calcul des temps d"application des vecteurs non nuls..................................39

Tableau II - 4 : Calcul des rapports cycliques........................................................................41

Tableau II - 5 : Rapports cycliques pour les bras de l"onduleur............................................43

Tableau II - 6 : Rapports cycliques pour les trois bras de l"onduleur....................................44

Tableau II - 7 : Tension pour un montage étoile.....................................................................46

Tableau II - 8 : Calcul des temps d"application des vecteurs non nuls..................................48

Tableau II - 9 : Calcul des rapports cycliques........................................................................49

Tableau II - 10 : Rapports cycliques pour chaque bras de l"onduleur...................................50

Tableau II - 11 : Calcul des rapports cycliques pour chaque bras de l"onduleur..................51

Tableau II - 12 : Variation de

, et pour .................................................67

Tableau II - 13 : Variation de

, et pour en fonction de la tension de

Tableau IV - 1 : Effet du courant sur le corps humain...........................................................81

Tableau IV - 2 : Valeur de la tension dont il faut se méfier....................................................82

Tableau IV - 3 : Valeur de la tension dont il faut se méfier en milieu immergé.....................82

Notations et symboles

Mémoire de fin d"étude X RAKOTORAHALAHY Andriamparany

NOTATIONS ET SYMBOLES

Unités Signification

C [F] Condensateur

C32 Matrice de transformation de Concordia

D Diode

d,q Repère de Park

E [v] Source de tension continue

f [Hz] Fréquence fm [Hz] Fréquence de modulation

Gv Gain

H Thyristor

i [A] Courant

I [A] Source de courant

K Interrupteur électronique

k Coefficient arbitraire de normalisation

L [H] Inductance

m Indice de modulation

MAS Moteur asynchrone triphasé

MLI Modulation de largeur d"impulsion

P Onde porteuse

P23 Matrice de transformation de Park

Pd Porteuse descendante

PIC Programmable Integrated Circuit

Pm Porteuse montante

R [Ω] Résistance

R(θ) Matrice de rotation

RISC Reduce Instructions Construction Set

SV PWM Space Vector Pulses Width Modulation

T [s] Période

t [s] Temps

Notations et symboles

Mémoire de fin d"étude XI RAKOTORAHALAHY Andriamparany

T Transistor

Tcom [s] Période de commutation

Tmod [s] Période de modulation

U [v] Tension entre phase

u [v] Tension continue

V [v] Tension en phase

V0,1,...,7 Vecteurs tension correspondent aux commutations v0,1,...,7 v0,1,...,7 Configurations de commutation Vs Vecteur tension de référence dans le plan α,β Vsα Vecteur tension de référence projetée sur l"axe α Vsβ Vecteur tension de référence projetée sur l"axe β

α Temps d"enclenchement

α,β Repère de Concordia

ρ Rapport cyclique

Introduction

Mémoire de fin d"étude

1 RAKOTORAHALAHY Andriamparany

INTRODUCTION

La commande souvent adaptée aux convertisseurs statiques est la stratégie MLI.

Plusieurs méthodes ont été développées avec l"objectif de générer à la sortie de l"onduleur une

tension sinusoïdale ayant le moins d"harmonique possible. Pour cette étude d"onduleur, on utilise le système de commande par modulation vectorielle. Le principe de cette méthode est

la détermination des portions de temps (durée de modulation) qui doivent être allouées à

chaque vecteur de tension durant la période d"échantillonnage. Cette commande rapprochée (SVM) permet de déterminer les séquences des allumages et des extinctions des composants

du convertisseur et de minimiser les harmoniques des tensions appliquées au moteur. La

qualité de la commande vectorielle dépend en grande partie des caractéristiques dynamiques et statiques de l"onduleur. Une simulation du système global à l"aide du logiciel MATLAB/SIMULINK permet de mettre en évidence les performances des réglages et du convertisseur à MLI vectorielle.quotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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