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Onduleur de Tension
Partie 1
21) Principe
2) Convertisseur équivalent à interrupteurs idéaux
3) modulation plein onde
4) Modulation de Largeur d'Impulsion
5) Modélisation
6) Commande
Objectifs
Conception du dispositif de commande
Traction électrique ferroviaire
Eurostar Paris-Londres(1994) : moteurs asynchrones2 motrices encadrant 18 remorques, 794 passagers
puissance totale par rame 12 200 kW, vitesse commerciale 300 km/h 3 Que la machine soit synchrone ou asynchrone, il faut être capable de générer des courants de forme quelconque (sinusoïdaux en régime permanent). Pour cela, il faut donc être capable de générer des tensions de forme quelconque (sinusoïdales en régime permanent). Les tension de consignes (ou références) proviennent de calculateurs (asservissements) et sont calculées de façon à obtenir le couple désiré. V d_ref V q_ref i q mesures i A i B i C i dOnduleur
de tension PARK -1v A_ref v B_ref v C_ref PARKPIDPID
0+ PID ref C ref1) Principe
4Idée n°1 :
Utiliser un amplificateur de tension linéaire (autoradio - alimentation stabilisée, ...)Amplificateur
linéaireTension de consigne (0 à5V)Tension àgénérer (de qq 10V àqq 1000V)Alimentation continue
Courant absorbé
(qq A àqq 1000A) x amplification =Problème :Le rendement des amplificateurs linéaires se situe autour de 30% Si la puissance de la machine est de 10kW alors il y aura 23kW de pertes !!! C'est-à-dire beaucoup de chaleur à dissiper = dissipateurs, ventilateurs, circuits de refroidissement, ... 5Idée n°2 :
Utiliser un amplificateur de tension non-linéaire ou onduleur de TensionOnduleur de
tensionAlimentation continueCourant absorbé
(qq A àqq 1000A) x ??? =Tension de consigne
(0 à5V)Tension àgénérer
(de qq 10V àqq 1000V) 6 Problème :On désire par exemple une tension sinusoïdale pour générer un courant sinusoïdal et on obtient une tension formée par une succession de créneaux ???Pourquoi le courant serait-il sinusoïdal ?Car la machine est formée de bobines qui filtrent le courant.
Si on fait évoluer de façon appropriée la largeur de chaque créneau de tension (modulation de la largeur d'impulsion MLI ou Pulse Width Modulation PWM), le courant pourra posséder la forme requise. R L V I Filtre passe-basSchéma simplifié d'une phase : )j(V c jR)j(I 11 1 LRc 7 Forme du courant suivant la fréquence de modulation des créneaux de tension :Documents extraits de
: http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/reglvit.htm#mli 1 TmTension modulée
E O F réquence (Hz) A ction de filtra g e F réquence (Hz) OFréquence
de coupure 8Structure d'un onduleur de tension triphasé :Comme il faut générer des créneaux de tension, seuls des interrupteurs sont suffisants
(d'où le bon rendement). Pour réaliser ces interrupteurs (qui doivent être commandés facilement), on associe une diode et un transistor.Tension
continueTensions ondulées T 1 T 3 T 2 T 4 D 1 D 2 D 4 D 3 T 5 T 6 D 6 D 5Onduleur côté réseau
C i m_res u i m_mac i c v m_3 v m_1 vm_2Drivers + Optocoupleurs
= Logique de sécurité Tx F x Un onduleur triphasé est constitué de trois cellules de commutation dont les commandes décalées entre elles d'1/3 de période permettent de reconstituer un système triphasé de tensions et de courants. 9Onduleur
C i m_res u i m_mac i c v m_3 v m_1 vm_2 Fx H 1 H 2 H 3 H' 1 H' 2 H' 3Hypothèse:
* Conduction continue -> chaque association (Transistor-Diode) est équivalente à un interrupteur idéal * Pas de court-circuit de la source de tension (condensateur) * Pas d'ouverture d'une source de courant (inductance)1 et 1 seul interrupteur fermé -> 3 cellules de commutation
2) Convertisseur équivalent à interrupteur idéaux
10 T 2T 6T 32T35T
6TH 1 H' 1 H 2 H' 2 H' 2 H 3 H' 3 H' 3 u 23
=0 0E/2 E/2 de 0 à T/6 u 12 =E u 31
=-E 0E/2 E/2 de T/6 à T/3 0E/2 E/2 de T/3 à T/2
Et ainsi de suite pour les intervalles suivants ...On contrôle les interrupteurs de la manière suivante :