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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

P a g e vi | 106

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

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