[PDF] Simulation sur Matlab Simulink des Onduleurs 3 niveaux Application

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MENTION : GENIE ELECTRIQUE

PARCOURS : MACHINES ELECTRIQUES, RESEAUX

ET ENERGIES RENOUVELABLES

Mémoire en vue d en Génie

Electrique

Présenté par : RAKOTOMALALA TSIHOARANA R

Encadré par

le Professeur ANDRIATSIHOARANA HARLIN SAMUEL

ECOLE SUPERIEURE

POLYTECHNIQUE

DOMAINE : SCIENCE DE

Simulation sur Matlab

Simulink des Onduleurs

3 niveaux

Application à la régulation de

la vitesse du

Moteur asynchrone

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MENTION : GENIE ELECTRIQUE

PARCOURS : MACHINES ELECTRIQUES, RESEAUX

ET ENERGIES RENOUVELABLES

Electrique

Présenté par : RAKOTOMALALA Tsihoarana Ramaherisoa

Le 12 aout 2019

Devant les membres du jury composé de :

Président : Monsieur RAMAROZATO Vonjy, maitre de conférences. Directeur mémoire : Monsieur ANDRIATSIHOARANA Harlin Samuel, professeur

Examinateur :

Monsieur RAKOTONIAINA Solofohery, maitre de conférences. Monsieur RANDRIAMORA Edmond, maitre de conférences. Monsieur RABENJARIVELO Patrice, Assistant de recherche.

ECOLE SUPERIEURE

POLYTECHNIQUE

DOMAINE : SCIENCE DE

Simulation sur Matlab Simulink des

Onduleurs 3 niveaux

Application à la régulation de la

vitesse du moteur asynchrone

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Remerciements

Je tiens , de avoir donné la santé et la volonté accomplir ce travail. En témoignage de ma plus vifs remerciements aux Polytechnintananarivo (E.S.P.A), qui autorisé à soutenir ce mémoire. Monsieur RAMAROZATOVO Vonjy, Chef de Mention de la filière Génie Electrique. Monsieu ANDRIATSIHOARANA Harlin Samuel, Professeur Enseignan dirigé ce mémoire. Merci pour votre aide, suivi, et conseils ; et malgré vos nombreuses occupations, vous avez consacré du temps pour ce travail. Les membres du jury qui ont consacrés leur temps pour examiner ce mémoire, qui sont : Monsieur RAKOTONIAINA Solofohery, maitre de conférences. Monsieur RANDRIAMORA Edmond, maitre de conférences. Monsieur RABENJARIVELO Patrice, Assistant de recherche. Ainsi que tous les enseignants de la filière Génie Electrique qui nous a formés durant ces années études. Tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la prép mémoire. a famille et mes amis, qui ont

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Table des matières

Liste des tableaux .................................................................................................................... vi

Liste des figures ...................................................................................................................... vii

Liste des abréviations .............................................................................................................. xi

Introduction générale ............................................................................................................... 1

Chapitre I : Les onduleurs multiniveaux à 3 niveaux ........................................................... 3

I.2 Principales topologies des onduleurs multiniveaux ..................................................................... 4

I.2.1 Intérêt des onduleurs multiniveaux ....................................................................................... 4

I.2.2 Structure des onduleurs à 3 niveaux : ................................................................................... 4

I.3 Les paramğtres de performance de l'onduleur : .......................................................................... 5

I.2.3 Facteur de distorsion harmonique (THD) : ........................................................................ 5

I.2.4 Facteur du courant harmonique (HCF) .................................................................................. 5

I.2.5 Facteur de distorsion (DF) : ................................................................................................. 5

I.2.6 Les onduleurs multiniveaux : ................................................................................................. 5

I.2.6.1 Les divers types des onduleurs ....................................................................................... 5

I.2.6.2 Différentes structures de convertisseurs multiniveaux ................................................. 6

I.2.6.2.a Onduleur multiniveaux de type NPC : ..................................................................... 6

I. .2.6.2. a.1 Onduleur multiniveaux de type NPC à 3 niveaux : ........................................ 7

I.2.6.2.b Onduleur multiniveaux de type FC à 3 niveaux : .................................................... 9

I.2.6.2.c Onduleur multiniveaux de type pont en H à 3 niveaux : ....................................... 11

I.2.6.2.d Onduleur multiniveaux de type MNP à 3 niveaux : .............................................. 12

I.2.6.2.d.1.aLes configurations valides ......................................................................... 16

I.2.6.2.d.1.bLes configurations interdites .................................................................... 18

I.3 modulation de largeur d'impulsion ͗ .......................................................................................... 20

I.3.1 principe de largeur d'impulsion ........................................................................................... 20

I.3.2 Modulation sinusoïdale : ...................................................................................................... 20

I.4 conclusion : .................................................................................................................................. 21

Chapitre II : Simulation des onduleurs à 3 niveaux selon la charge ................................. 22

II.1 Introduction ................................................................................................................................ 22

II.2 simulation Onduleur 3 niveaux de type NPC : ........................................................................... 23

II.2.1 Charge RL : ........................................................................................................................... 23

II.3 simulation Onduleur 3 niveaux de type pont en H ................................................................... 26

II.3.1 Charge RL : ........................................................................................................................... 26

II.4 simulation Onduleur 3 niveaux de type pont MNP ................................................................... 29

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II.4.1 Charge RL : ........................................................................................................................... 29

II.5 simulation Onduleur 3 niveaux de type FC ................................................................................ 32

II.5.1 Charge RL : ........................................................................................................................... 32

II.6 Interprétation des résultats de chaque simulation des onduleurs à 3 niveaux : ..................... 35

II.7 simulation des onduleurs à 3 niveaux : charges machine asynchrone : ................................... 36

II.7.1 onduleur de type NPC et moteur asynchrone : .................................................................. 36

II.7.2 InterprĠtation des rĠsultats de l'onduleur NPC et MAS ͗ .................................................. 39

II.7.3 onduleur de type H et moteur asynchrone ........................................................................ 40

II.7.4 Interprétation des résultats de l'onduleur pont rn H et MAS ͗.......................................... 43

II.7.5 onduleur de type MNP et moteur asynchrone : ................................................................. 44

II.7.6 InterprĠtation des rĠsultats de l'onduleur MNP et MAS : ................................................. 47

II.7. Onduleur de type FC et moteur asynchrone : ...................................................................... 48

II.7.7 InterprĠtation des rĠsultats de l'onduleur FC et MAS : ..................................................... 52

Chapitre III : Analyse de la variation de la vitesse du moteur asynchrone par fréquence

de commande pour appliquer la régulation avec le correcteur PI .................................... 53

III.1 Introduction ............................................................................................................................... 53

III.2 Analyse de la variation de la vitesse par fréquence de commande ........................................ 54

III.2.1 Les éléments principales constituant du variateur de vitesse .......................................... 54

III.2.1.1 les résultats de la simulation : moteur asynchrone à vide ........................................ 56

III.2.1.2 interprétation des résultats de la simulation du moteur asynchrone à vide ............ 60

III.2.1.2 les résultats de la simulation : moteur asynchrone en charge .................................. 60

III.2.1.3 interprétation des résultats de la simulation du moteur asynchrone en charge ..... 64

III.3 Application de la régulation de vitesse par le correcteur PI .................................................... 65

III.3.1 Introduction de la régulation ............................................................................................. 65

III.3.2 le principe de la régulation ................................................................................................ 65

III.3.3 le correcteur PI ................................................................................................................... 66

III.3.4 Régulation de la vitesse du moteur asynchrone ............................................................... 67

III.3.4.1 Application de la régulation ........................................................................................ 71

III.3.4.2 les résultats de la régulation ........................................................................................... 72

III.3.4.2.1 Le démarrage à vide avec introduction d'un couple de charge du moteur

asynchrone ................................................................................................................................ 72

III.3.5 conclusion ........................................................................................................................... 76

Conclusion générale ............................................................................................................... 77

Webographie ............................................................................................................................ A

Annexe A .................................................................................................................................. B

Résumé

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Liste des tableaux

TABLEAU I.1 : TABLE DE COMMUTATION DU CONVERTISSEUR NPC 3 NIVEAUX ............................ 8 TABLEAU I.2 : REALISATION DES DIFFERENDULEUR FC A 3 NIVEAUX 10

TABLEAU I.3 : TABLEAU DE COMMUTATIONS DU CONVERTISSEUR EN H ....................................... 11

TABLEAU I.4 : NOMBRE DES COMPOSANTS ELECTRONIQUES DANS LES DIFFERENTS TYPES

............................................................................................................................................ 14

TABLEAU I.5 : ÉTAT DES INTERRUPTEURS POUR UN COURANT DE CHARGE POSITIVE ............... 17 TABLEAU I.6 : ÉTAT DES INTERRUPTEURS POUR UN COURANT DE CHARGE POSITIVE ............... 17

TABLEAU 7 COMPARAISON DES ONDULEURS A 3 NIVEAUX ................................................................ 35

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Liste des figures

FIGURE 1 FORME D'ONDE EN SORTIE DES ONDULEURS 3 NIVEAUX .............................................. 4

FIGURE 2 ONDULEUR NPC 3 NIVEAUX.......................................................................................................... 7

FIGURE 3 COMMUTATION DES INTERRUPTEURS DU CONVERTISSEUR NPC 3 NIVEAUX ............... 8

FIGURE 4 ONDULEUR FC 3 NIVEAUX ............................................................................................................ 9

FIGURE 5 REALISATION DES DIFFERENTS NIVEAUX DE TENSION AVEC

3NIVEAUX .................................................................................................................................................. 10

FIGURE 6 CONVERTISSEUR PONT EN H 3 NIVEAUX .............................................................................. 11

FIGURE 7 COMMUTATION DES INTERRUPTEURS DE L'ONDULEUR PONT EN H .............................. 12

FIGURE 8 ONDULEUR MULTINIVEAU DE TYPE MNP ............................................................................... 12

FIGURE 9 CONFIGURATION IMPAIR DES ONDULEURS MULTINIVEAUX DE DE TYPES MNP ........ 13 FIGURE 10 CONFIGURATION PAIR DES ONDULEURS MULTINIVEAUX DE TYPES MNP ................. 13 FIGURE 11 COMMUTATION DES INTERRUPTEURS DU CONVERTISSEUR MNP A N NIVEAUX ...... 14

FIGURE 12 STRUCTURE DE L'ONDULEUR MNP A 3 NIVEAUX ............................................................... 15

FIGURE 13 A) ;B) CONFIGURATION POSITIVE VALIDE D'UN ONDULEUR MNP 3 NIVEAUX ........... 17 FIGURE 14 C) ;D) CONFIGURATION A L'ETAT DE LA SORTIE EGALE A ZERO ET NEGATIVE DE

L'ONDULEUR MNP ................................................................................................................................... 18

FIGURE 15 COURT-CIRCUIT DE V1 ............................................................................................................... 18

FIGURE 16 COURT-CIRCUIT V1+V2 ............................................................................................................... 19

FIGURE 17 COURT-CIRCUIT V2 ...................................................................................................................... 19

FIGURE 19 MODULATION LARGEUR D'IMPULSION ................................................................................. 21

FIGURE 20 SEQUENCE DE LA COMMANDE DES INTERRUPTEURS ....................................................... 23

FIGURE 21 ALLURE DE LA TENSION ............................................................................................................ 23

FIGURE 22 DE TENSION DE L'ONDULEUR NPC A 3 NIVEAUX ............. 24

FIGURE 23 ALLURE DES COURANTS EN SORTIE TRIPHASE................................................................... 24

FIGURE 24 SPECTRE D'HARMONIQUES DE COURANT DE L'ONDULEUR NPC .................................... 25

FIGURE 26 LES INTERRUPTEURS EN COMMUTATION ............................................................................. 23

FIGURE 27 LES TENSION DE SORTIE MLI .................................................................................................... 24

FIGURE 28 SPECTRE D'HARMONIQUES EN TENSION COMMANDE MLI .............................................. 24

FIGURE 29 ALLURE DES COURANTS MLI ................................................................................................... 25

FIGURE 30 THD DU COURANT EN COMMANDE MLI ................................................................................ 25

FIGURE 31 LES SIGNAUX DE COMMANDES DES INTERRUPTEURS ...................................................... 26

FIGURE 32 LES ALLURES DE TENSIONS TRIPHASEES ............................................................................. 26

FIGURE 33 SPECTRE D'HARMONIQUES EN COURANT ONDULEUR PONT EN H................................. 27

FIGURE 34 LES COURANTS EN SORTIE........................................................................................................ 27

FIGURE 35 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT DE L'ONDULEUR PONT EN H ......................... 28

FIGURE 36 PRINCIPE DU SIGNAL DE COMMANDE ................................................................................... 26

FIGURE 37 LES SIGNAUX DE COMMANDES DES INTERRUPTEURS ...................................................... 26

FIGURE 38 ALLURES DES TENSIONS EN SORTIE ...................................................................................... 27

FIGURE 39 SPECTRE D'HARMONIQUE DE TENSION DE L'ONDULEUR PONT EN H............................ 27

FIGURE 40 ALLURE DES COURANTS EN SORTIE ...................................................................................... 28

FIGURE 41 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT DE L'ONDULEUR PONT EN H ......................... 28

FIGURE 42 COMMUTATIONS DES INTERRUPTEURS ................................................................................ 29

FIGURE 43 LES TENSIONS DE SORTIE DE L'ONDULEUR MNP ................................................................ 29

FIGURE 44 SPECTRE EN HARMONIQUE DE LA TENSION DE L'ONDULEUR MNP .............................. 30

FIGURE 45 LES COURANTS DE L'ONDULEUR MNP EN SORTIE .............................................................. 30

FIGURE 46 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT DE L'ONDULEUR MNP ..................................... 31

FIGURE 47 SIGNAL DE COMMANDE ............................................................................................................ 29

FIGURE 48 LES COMMUTATIONS DES INTERRUPTEURS ........................................................................ 29

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FIGURE 49 ALLURE DES TENSIONS EN SORTIE ......................................................................................... 30

FIGURE 50 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT DE L'ONDULEUR MNP ..................................... 30

FIGURE 51 ALLURE DES COURANTS DE L'ONDULEUR MNP .................................................................. 31

FIGURE 52 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT DE L'ONDULEUR MNP ..................................... 31 FIGURE 53 LES COMMUTATIONS DES INTERRUPTEURS DE L'ONDULEUR FC .................................. 32

FIGURE 54 ALLURE DES TENSIONS DE L'ONDULEUR FC ........................................................................ 32

FIGURE 55 SPECTRE D'HARMONIQUE DE LA TENSION DE L'ONDULEUR FC ..................................... 33

FIGURE 56 LES COURANTS DE SORTIES DE L'ONDULEUR FC ............................................................... 33

FIGURE 57 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT DE L'ONDULEUR FC ........................................ 34

FIGURE 58 PRINCIPE DU SIGNAL DE COMMANDE ................................................................................... 32

FIGURE 59 LES COMMUTATIONS DES INTERRUPTEURS DE L'ONDULEUR FC .................................. 32

FIGURE 60 ALLURE DES TENSIONS EN SORTIE DE L'ONDULEUR FC ................................................... 33

FIGURE 61 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT DE L'ONDULEUR FC ........................................ 33

FIGURE 62 ALLURE DES COURANTS EN SORTIE DE L'ONDULEUR FC ................................................ 34

FIGURE 63 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT DE L'ONDULEUR FC ........................................ 34

FIGURE 64 LES TENSIONS TRIPHASEES DE L'ONDULEUR NPC MAS .................................................... 36

FIGURE 65 SPECTRE D'HARMONIQUE EN TENSION NPC MAS ............................................................... 36

FIGURE 66 LES COURANTS EN SORTIE DE L'ONDULEUR NPC MAS ..................................................... 37

FIGURE 67 COURANTS EN CHARGE ............................................................................................................. 37

FIGURE 68 SPECTRE D'HARMONIQUE NPC MAS ....................................................................................... 38

FIGURE 69 LA VITESSE ET COUPLE NPC MAS ........................................................................................... 38

FIGURE 70 LES TENSIONS TRIPHASEES NPC MLI ..................................................................................... 36

HARMONIQUE TENSION NPC MAS ..................................................................... 36

FIGURE 72 LES COURANTS NPC MAS .......................................................................................................... 37

FIGURE 73 ZOOM COURANTS EN CHARGES NPC MAS ............................................................................ 37

FIGURE 74 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT MLI MAS ............................................................. 38

FIGURE 75 LA VITESSE ET COUPLE NPC MAS ........................................................................................... 38

FIGURE 76 ALLURES DES TENSIONS COMPOSEES DE L'ONDULEUR PONT EN H MAS .................... 40 HARMONIQUE EN TENSION ONDULEUR PONT EN H .................................... 40

FIGURE 78 ALLURE DES COURANTS EN CHARGES PONT EN H MAS ................................................... 41

FIGURE 79 VALEURS DES COURANTS EN CHARGES PONT EN H MAS ................................................ 41

FIGURE 80 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT PONT EN H MAS ................................................ 42

FIGURE 81 LA VITESSE ET LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE PONT EN H MAS ........................... 42

FIGURE 82 LES TENSIONS COMPOSEES PONT EN H MAS ....................................................................... 40

FIGURE 83 SPECTRE D'HARMONIQUE EN TENSION ONDULEUR PONT EN H ..................................... 40

FIGURE 84 LES COURANTS DE PHASES EN SORTIE ................................................................................. 41

FIGURE 85 LES ALLURES DES COURANTS EN CHARGE .......................................................................... 41

FIGURE 86 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT PONT EN H.......................................................... 42

FIGURE 87 LA VITESSE ET LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE EN COMMANDE MLI PONT EN H

...................................................................................................................................................................... 42

FIGURE 88 LES TENSIONS EN SORTIE DU MOTEUR ASYNCHRONE SELON LA COMMANDE

SIMPLE ........................................................................................................................................................ 44

FIGURE 89 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT COMMANDE SIMPLE MNP ET MAS .............. 44 FIGURE 90 LES COURANTS DU MOTEUR ASYNCHRONE EN CHARGE MNP ....................................... 45

FIGURE 91 ALLURE DES COURANTS EN CHARGE MAS MNP ................................................................. 45

FIGURE 92 SPECTRE D'HARMONIQUE DU COURANT MNP MAS ........................................................... 46

FIGURE 93 LA VITESSE ET LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE COMMANDE SIMPLE ................... 46

FIGURE 94 LES TENSIONS COMPOSEES MLI .............................................................................................. 44

FIGURE 95 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COMMANDE MLI .................................................................. 44

FIGURE 96 LES COURANT S DU MOTEUR ASYNCHRONE EN CHARGE MLI ....................................... 45

FIGURE 97 ALLURE DES COURANTS EN CHARGE MLI ............................................................................ 45

FIGURE 98 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT EN COMMANDE MLI ........................................ 46

FIGURE 99 LA VITESSE ET LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE EN COMMANDE MLI ................... 46

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FIGURE 100 LES TENSIONS COMPOSEES DE L'ONDULEUR FC .............................................................. 48

FIGURE 101 SPECTRE D'HARMONIQUE EN TENSI......................................... 48

FIGURE 102 LES COURANTS DU MOTEUR ASYNCHRONE EN CHARGE FC ......................................... 49

FIGURE 103 ALLURE DES COURANTS EN CHARGE .................................................................................. 49

FIGURE 104 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT FC ....................................................................... 50

FIGURE 105 LA VITESSE ET LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE DU MOTEUR EN COMMANDE

SIMPLE ........................................................................................................................................................ 50

FIGURE 106 ALLURE DES TENSIONS COMPOSEES MLI FC ..................................................................... 48

FIGURE 107 SPECTRE D'HARMONIQUE EN TENSION MLI FC ................................................................. 48

FIGURE 108 LES COURANTS DU MOTEUR ASYNCHRONE EN CHARGE MLI FC ................................ 49

FIGURE 109 ALLURE DES COURANTS EN CHARGES MLI FC .................................................................. 49

FIGURE 110 SPECTRE D'HARMONIQUE EN COURANT MLI FC ............................................................... 50

FIGURE 111 LA VITESSE ET LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE DU MOTEUR EN COMMANDE

MLI .............................................................................................................................................................. 50

FIGURE 112 LA COMMANDE DU VARIATEUR DE VITESSE..................................................................... 54

FIGURE 113 LA PARTIE PUISSANCE DU VARIATEUR DE VITESSE ........................................................ 55

FIGURE 114 VARIATION DE LA VITESSE DU MOTEUR ASYNCHRONE PAR FREQUENCE A

CHARGE VIDE ........................................................................................................................................... 56

FIGURE 115 LES OSCILLATIONS DE LA VITESSE ...................................................................................... 56

FIGURE 116 ZOOM DES OSCILLATIONS DE LA VITESSE ......................................................................... 57

FIGURE 117 LES ALLURES DES COURANTS DU MOTEUR PENDANT LA VARIATION DE VITESSE 57

FIGURE 118 ZOOM DES COURANTS .............................................................................................................. 58

FIGURE 119 LE COUPLE AU COURS DU CHANGEMENT DE VITESSE ................................................... 58

FIGURE 120 ZOOM DU COUPLE ELECTROMAGNETIQUE ........................................................................ 59

FIGURE 121 LES TENSIONS COMPOSEES DU VARIATEUR DE VITESSE ............................................... 59

FIGURE 122 ZOOM DES TENSIONS COMPOSEES ....................................................................................... 60

FIGURE 123 VARIATION DE LA VITESSE DU MOTEUR EN CHARGE ..................................................... 61

FIGURE 124 ZOOM DE LA VITESSE DE MOTEUR EN CHARGE ............................................................... 61

FIGURE 125 LES ALLURES DES COURANTS DU MOTEUR EN CHARGE ............................................... 62

FIGURE 126 LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE DU MOTEUR EN CHARGE...................................... 62 FIGURE 127 ZOOM DU COUPLE ELECTROMAGNETIQUE DU MOTEUR EN CHARGE ........................ 63

FIGURE 128 LES TENSIONS COMPOSEES DU MOTEUR EN CHARGE..................................................... 63

FIGURE 129 ZOOM DES TENSIONS COMPOSEES DU MOTEUR EN CHARGE ....................................... 64

FIGURE 130 SCHEMA BLEME ASSERVI ........................................................... 65 FIGURE 131 SCHEMA BLRVI AVEC CORRECTION. ..................................... 66 FIGURE 132 ASSERVISSEMENT AVEC CORRECTEUR PROPORTIONNEL-INTEGRAL ........................ 66 FIGURE 133 SCHEMA BLOC DE REGULATION DE LA VITESSE DE ROTATION W ............................ 68

FIGURE 134 LA REGULATION DE LA VITESSE DU MOTEUR ASYNCHRONE ...................................... 70

FIGURE 135 LE CORRECTEUR PI.................................................................................................................... 71

FIGURE 137 LA VITESSE ROTORIQUE ET LA VITESSE DE REFERENCE AVEC L'APPLICATION DE

ȇ .......................................................................................................................... 72

FIGURE 138 LES COURAȇ ............................................................................................................... 73

FIGURE 139 LE COUPLE ȇ ........................................................................................................................ 73

FIGURE 140 LA VITESSE DU ROTOR ET LA VITESSE REFERENCE AVEC APPLICATION D'UN

ȇ ............................................................................................................................... 73

FIGURE 141 LES COURANTȇ ............................................................................................................... 74

FIGURE 142 LE COUPLE ELECTROMAGNETIQUE A ȇ .......................................................................... 74

FIGURE 143 LA VITESSE DU ROTOR ET LA VITESSE REFERENCE AVEC APPLICATION D'UN

ȇ ............................................................................................................................... 74

FIGURE 144 LES COURAȇ ............................................................................................................... 75

FIGURE 145 LE COUPLE ELECTROMAGNETIYUE Ɇс3 ............................................................................................ 75

FIGURE 146 LA VITESSE AVEC LA REGULATION PI A VIDE................................................................... 76

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FIGURE 147 FENETRE DE MATLAB ................................................................................................................. 2

FIGURE 148 LES OUTILS DE MATLAB ............................................................................................................ 3

FIGURE 149 NAVIGATEUR SIMULINK ............................................................................................................ 4

FIGURE 150 CONSTRUCTION D'UNE MODELE SUR SIMULINK ................................................................ 5

FIGURE 151 LES PARAMETRES DU MOTEUR ASYNCHRONE ................................................................... 6

FIGURE 152 LE SIGNAL PWM ........................................................................................................................... 7

FIGURE 153 LES BLOCS DE L'ONDULEUR ..................................................................................................... 8

FIGURE 154 LES PORTS DU PIC 16F77A .......................................................................................................... 9

FIGURE 155 STRUCTURE INTERNE DU PIC 16F77A ................................................................................... 10

FIGURE 157 GENERATEUR DU PWM............................................................................................................ 11

FIGURE 158 LE PROGRAMME DU PWM ........................................................................................................ 12

FIGURE 159 L'ALGORITHME DU PWM .......................................................................................................... 13

FIGURE 160 LE BLOC DE PUISSANCE DE L'ONDULEUR ........................................................................... 14

FIGURE 161 LES COURBES DE TENSIONS ................................................................................................... 14

FIGURE 162 LES SIGNAUX DE COMMANDES ............................................................................................. 15

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Liste des abréviations

MLI

MAS: moteur asynchrone

THD: Total Harmonic Distorsion

NPC: Neutral Point Clamped

MNP: Multi Neutral Clamped

FC: Flying Capacitor

H: Pont H (H-bridge)

MPC : Multiple Point Clamped

DC : source continue

PI : Proportionnel Intégral

MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

IGBT: Insulated Gate Bipolaire Transistor

GTO: Gate Turn-Off Thyristor

HCF : facteur du courant harmonique

DF : facteur de distorsion

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Introduction générale

La consommation d'énergie électrique ne cesse de croitre, et cela grâce à l'électronique de puissance

qui est en plein développement, évolution et les avancées technologiques des composants semi-

conducteurs. Cette évolution a permis aux convertisseurs statiques de se diffuser dans un grand nombre de secteurs pour des applications de plus grande puissance. Ces domaines d'application

nécessitent l'utilisation des tensions élevées, par conséquent, l'idée d'utiliser des composants ayant

des calibres en tension élevés ne se fait pas sans contrepartie. En effet, le fait d'augmenter la tenue en

tension des composants génère une détérioration importante des caractéristiques statiques et

dynamiques. Donc, ces composants-là sont moins performants par rapport à ceux de calibres plus faibles en tension.

Afin de trouver une solution à ce problème et utiliser des composants d'électronique de puissance

plus performants, de nouvelles structures de convertisseurs ont été développées telles que les

"Convertisseurs multiniveaux". Tout convertisseur possédant au moins trois niveaux de tension par

bras fait partie des familles des convertisseurs multiniveaux, c'est à dire que la tension de sortie peut

prendre au moins trois valeurs différentes au lieu des deux traditionnellement utilisés. Ils consistent à

mettre en série les interrupteurs de puissance an d'accroître la tension commutée et d'assurer la

répartition de la contrainte en tension sur différents interrupteurs. Ils permettent aussi d'utiliser des

composants de faibles calibres qui sont donc moins coûteux et plus performants. L'avantage de ces

structures multiniveaux réside dans leur capacité à améliorer les formes d'onde et les spectres

harmoniques des grandeurs de sortie. Les quatre principales topologies multiniveaux utilisées sont : La topologie à diodes clampées (NPC-Neutral Point Clamped) permet de clamper les interrupteurs ouverts par l'intermédiaire des diodes de clampage. Elle permet aussi de réduire le taux de distorsion harmonique, limitant ainsi la taille des éléments de filtrage. La topologie basée sur des cellules imbriquées (topologie à capacités flottantes FC- Flying Capacitor ou encore topologie multicellulaire) permet de répartir les tensions aux bornes des semi-conducteurs mis en série par l'intermédiaire des condensateurs flottants. Elle joue aussi un rôle sur la réduction du taux de distorsion harmonique. La topologie basée sur la mise en série d'onduleurs monophasés sur chaque phase (topologie en cascade ou pont en H), présente l'énorme avantage d'être modulaire, cela

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veut dire qu'elle est facilement extensible à un nombre élevé de niveaux, ce qui réduit le

taux de distorsion des harmoniques. La topologie MNP (Multi Neutral Clamped) Cette structure possède les avantages de nécessiter une seule source continue, sans diodes de bouclage, de pouvoir fonctionner avec des nombres de niveaux quelconque, pairs et impairs et de pouvoir travailler en mode dégradé.

Ces convertisseurs statiques doivent être pilotés, et au sein de l'interface de pilotage, un schéma

particulier permet de générer des signaux de commande pour les interrupteurs, il s'agit de la Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI sinusoïdale). Cette étude sente et démontre les avantages ces onduleurs multiniveaux à fin de comprendre scommande MLI.

Donc ce mémoire est organisé comme suit :

¾ Le premier chapitre concernera les onduleurs à 3 niveaux et la modulation de largeur sion. ¾ Dans le deuxième chapitre, il se consacre sur la simulation du moteur asynchrone et de ces 4 onduleurs utilisant une charge RL et des moteurs asynchrones avec lobservation et interprétation des résultats obtenus selon les commandes appliquées. ¾ Le troisième chapitre démontrera la variation de la vitesse selon la fréquence de la commande dans rêt ser la régulation PI pour stabiliser le moteur asynchrone

Et enfin, on termine notre travail par la conclusion générale citant les résultats obtenus et les

futures perspectives pour ste travail.

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Chapitre I : Les onduleurs multiniveaux à 3 niveaux

I.1 Introduction

Depuis de nombreuses années, l'amélioration des dispositifs d'électronique de puissance est un enjeu important au sein des applications à plus haute densité électrique. Certaines applications telles que les transports, nécessitent des structures de conversion statique de plus en plus puissantes. Ainsi, il existe une adaptation entre la technologie et la croissance de la puissance à convertir grâce à l'évolution des technologies des composants semi- conducteurs. Actuellement, grâce à l'apparition de nouveaux composants d'électronique de puissance, des activités de recherche portent sur l'analyse ou la mise au point de structures d'onduleurs multiniveaux, en vue de leur mise evre au sein d'applications à plus haut niveau de performances, ou plus puissantes. Ces domaines d'activité nécessitent l'utilisation

des tensions élevées, par conséquent, l'idée d'utiliser des composants ayant des calibres en

tension élevés ne se fait pas sans contrepartie. En effet, le fait d'augmenter la tenue en

tension des composants génère une détérioration importante des caractéristiques statiques et

dynamiques. Donc, ces composants-là sont moins performants par rapport à ceux comportant des calibres faibles en tension. Pour résoudre ce problème et utiliser des composants plus performants, de nouvelles structures ont été développées. Ces structures sont appelées "convertisseurs multiniveaux" car elles possèdent plus de deux niveaux de tension en sortie. Ces convertisseurs consistent à mettre en série les interrupteurs de

puissance afin d'accroître la tension commutée et d'assurer la répartition de la contrainte en

tension sur différents interrupteurs. Ils permettent aussi d'utiliser des composants de faibles calibres qui sont donc moins coûteux et plus performants. L'avantage de ces structures multiniveaux réside dans leur capacité à améliorer les formes d'onde et les spectres harmoniques des grandeurs de sortie. Les principales applications de la topologie

multiniveaux se trouvent généralement dans la traction et la propulsion électrique, ainsi que

dans les systèmes de génération et de transport de l'énergie électrique. L'utilisation des

convertisseurs multiniveaux dans les installations industrielles a été motivée par des

avantages énergétiques, largement éprouvés de nos jours : la réduction très significative du

taux de distorsion harmonique du courant, l'amélioration du facteur de puissance, la réduction des contraintes électriques aux bornes des interrupteurs statiques et la diminution des pertes de puissance.

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Figure 1 forme d'onde en sortie des onduleurs 3

niveaux +E 0 -E Cependant, l'utilisation de ces onduleurs multiniveaux demande un pilotage par des nouvelles techniques de modulation en fonction de certains critères que nous allons citer par la suite. Dans le cas d'un fonctionnement en modulation de largeur d'impulsion (MLI), l'association d'une architecture de type multiniveaux à une commande judicieuse des interrupteurs de puissance permet en outre de supprimer certaines familles de raies harmoniques et par conséquent, d'améliorer le contenu spectral des signaux de sortie (tension et courant)quotesdbs_dbs19.pdfusesText_25

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