L’analyse comparative des convertisseurs révèle des stratégies de commande innovantes pour les onduleurs triphasés à cinq niveaux. Ces découvertes promettent de transformer la performance des machines asynchrones, avec des implications cruciales pour l’industrie électrique moderne.
Modèle de Connaissance de L’onduleur Triphasé à Cinq Niveaux à Cellules Imbriquées
Commandabilité des convertisseurs statiques
Un convertisseur statique est dit en mode commandable si les transitions entre différentes configurations dépendent uniquement de la commande externe (commande des bases des semi-conducteurs) et non des commandes internes (grandeurs électriques).
Nous supposons par la suite que cette condition est toujours vérifiée. De ce fait, nous définissons la fonction de connexion.
Hypothèses
La chute de tension aux bornes des semi-conducteurs est supposée faible donc négligeable devant UC ;
La charge est triphasée, couplée en étoile avec neutre isolé. Nous avons :
VA VB VC 0
iA iB iC 0
[II.2]
Fonction de connexion des interrupteurs
Chaque interrupteur Bks , a une fonction de connexion Fks et décrit son état fermé ou ouvert.
Fks 1
Fks 0
si l’interrupteur est fermé sinon
[II.3]
Le tableau II.2 représente la table d’excitation d’un bras d’onduleur à cinq niveaux [SAI 05].
U
c
Vdc
4
telque :
| Table II.2: La table d’excitation | |
|---|---|
| Parameter/Criteria | Description/Value |
| U | c |
| Vdc | 4 |
Tab. II.2. La table d’excitation
Modélisation aux valeurs instantanées
Cette modélisation est effectuée en considérant l’association de l’onduleur triphasé avec une charge triphasée (MASDE). Nous allons tout d’abord définissons les notations suivantes :
les tensions simples aux bornes de chaque phase de la charge : VA, VB et VC.
les tensions entre chaque bras de l’onduleur et le point milieu M de l’alimentation continue de l’onduleur : VA0, VB0, VC0.
les tensions entre le point neutre de la charge (N) et le point milieu de l’alimentation continue de l’onduleur (0) : VN0.
En utilisant les fonctions de connexion des interrupteurs, les potentiels des nœuds A, B et C de l’onduleur triphasé à cinq niveaux à cellules imbriquées par rapport au point milieu 0 s’expriment comme suit :
VA0
VB 0
VC 0
FA1 FB1 FC1
FA2 FB 2
FC 2
FA3 FB3
FC 3
FA4
FB 4 Uc
FC 4
[II.4]
Et les tensions composées s’expriment comme suit :
U AB UBC UCA
VA0
VB0
VC 0
VB0
VC 0
VA0
1 0
1 1
1
0
1 0 1
FA1 FB1 FC1
FA2 FB 2
FC 2
FA3 FB3
FC 3
FA4
FB 4 Uc
FC 4
[II.5]
Pour les tensions simples, nous avons :
VA VAN
VB VBN
VC VCN
VA0
VB0
VC 0
VN 0
VN 0
VN 0
[II.6]
avec VNO : La tension entre le point milieu de l’alimentation continue de l’onduleur et le point neutre de la charge, représentée comme suit :
VN 0
- (V
3 A0
VB 0
VC 0 )
[II.7]
A partir des relations [II.4], [II.6] et [II.7], les tensions simples s’expriment grâce aux fonctions de connexion des demi-bras selon le système suivant :
VA 2
V 1 1
B 3
VC 1
1 1 FA1
- 1 FB1
1 2 FC1
FA2 FB 2
FC 2
FA3 FB3
FC 3
FA4
FB 4 Uc
FC 4
[II.8]
Les courants d’entrée de l’onduleur triphasé à cinq niveaux à cellules imbriquées en fonction des courants iAs , iBs , iCs de la charge triphasée sont exprimés par les relations suivantes :
ikc1 ikc 2 ikc3 ikc 4
Fk1ir
Fk1 Fk 2ir
Fk1 Fk 2 Fk 3ir
Fk1 Fk 2 Fk 3 Fk 4 ir
[II.9]
tel que r = As, Bs, Cs, respectivement pour k=A, B, C
avec le courant total :
idc = iAc4+ iBc4 + iCc4 = iAS + iBS + iCS=0 (charge couplée en étoile).
Relations de conversion simple et composée
Nous définissons les matrices de conversion simple et composée [N (t)] et [M (t)], reliant le vecteur d’entrée interne [VA VB VC iAc1 iAc2 iAc3 iBc1 iBc2 iBc3 iCc1 iCc2 iCc3 ]t,
[UAB UBC UCA iAc1 iAc2 iAc3 iBc1 iBc2 iBc3 iCc1 iCc2 iCc3]t au vecteur d’état. [Uc iAS iBS iCS]t .
| Table II.10: Relations de conversion | |
|---|---|
| Parameter/Criteria | Description/Value |
| Vecteur d’entrée interne | [VA VB VC iAc1 iAc2 iAc3 iBc1 iBc2 iBc3 iCc1 iCc2 iCc3 ]t |
| Vecteur d’état | [Uc iAS iBS iCS]t |
[II.10]
Les éléments des matrices [N (t)] et [M (t)] sont définis dans l’annexe C
Modèle de connaissance
Le modèle de connaissance global de l’onduleur triphasé à cinq niveaux à cellules imbriquées en mode commandable, associé à une charge triphasée et une source de tension continue, est représenté par la figure II.6.
Nous distinguons deux parties :
La partie de commande : représentée par le réseau de Pétri de fonctionnement de l’onduleur en mode commandable. Cette partie génère la matrice de conversion [N(t)].
La partie opérative : constituée d’un bloc discontinu délivrant les entrées internes générées par le convertisseur à partir de ses variables d’état et de la matrice de conversion [N(t)], et d’un bloc continu qui représente le modèle d’état de la charge de l’onduleur et de sa source de tension d’entrée [MAL 04].
Partie commande
VA VB VC
iAc1
iAc 2
iAc 3 iBc1 iBc 2
Bc 3
Partie opérative
i
U
C
i
Cc1
[Bks]
[Fks]
[N (t)]
i
Cc 2
i
Cc 3
iAS
iBS
CS
i
UC
iAS iBS iCS
Bloc Discontinu
Relation De Conversion
Bloc continu
(Modèle d’état de la Charge et de la source d’entrée du convertisseur)
Réseau de Pétri
Fig. II.6. Modèle de connaissance globale de l’onduleur triphasé à cinq niveaux à cellules imbriquées en mode commandable associé à une charge
Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce qu’un convertisseur statique commandable?
Un convertisseur statique est dit en mode commandable si les transitions entre différentes configurations dépendent uniquement de la commande externe et non des commandes internes.
Comment fonctionne la modélisation d’un onduleur triphasé à cinq niveaux?
La modélisation est effectuée en considérant l’association de l’onduleur triphasé avec une charge triphasée, en utilisant des notations pour les tensions et les courants aux bornes de chaque phase.
Quelles sont les stratégies de commande du convertisseur étudiées dans l’article?
L’étude explore deux stratégies de commande du convertisseur : triangulo-sinusoidale et modulation vectorielle avec quatre porteuses bipolaires.