L’approche méthodologique pour onduleurs révèle des stratégies innovantes pour la commande de machines asynchrones. En intégrant la modulation vectorielle et l’analyse des performances, cette étude transforme notre compréhension des systèmes d’entraînement électrique, avec des implications cruciales pour l’industrie.
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Faculté d’Electronique et d’Informatique
Département d’Electrotechnique
Diplôme d’ingénieur d’état en électrotechnique
Projet de fin d’Etudes
Etude du changeur de fréquence à cinq niveaux à cellules imbriquées.
Application à la conduite de la machine asynchrone
Présenté par :
Mr: IGOUDJIL Abdenour & Mr: BOUDJEMA Yacine
Thème proposé et encadré par :
Mme: Z. BOUNOUAGHA
Promotion : 2006
INTRODUCTION GENERALE
La dernière décennie a été marquée par des avancées technologiques sans précédent dans le domaine de l’électronique de puissance. Ces forts progrès ont permis l’amélioration des composants constituants les structures de conversion statique initialement conçus et l’introduction de nouveaux éléments de puissance et ce dans le but d’augmenter d’une part leurs tenues en tension et d’autre part leurs fréquences de commutation. Utilisés dans le domaine des entraînements électriques, ces composants de puissances ont été à l’origine des performances techniques et économiques considérables des variateurs de vitesse.
L’association des composants de puissance a suscité un grand intérêt de la communauté scientifique faisant émerger de nouvelles structures de conversion statique dites multiniveaux permettant de supporter une tension plus élevée et de meilleure qualité que les onduleurs conventionnels. Leur champ d’application est le domaine des moyennes et haute tension à fréquences de pulsation élevées. Parmi ces onduleurs multiniveaux, nous citons : les onduleurs à structure NPC (Neutral Point Clamped), les onduleurs à structure imbriquée et les onduleurs à structure hybride SMC (Stacked multicell converter).
L’onduleur triphasé multiniveau à structure NPC associé à la machine alternative multiphasée (synchrone et asynchrone) a fait l’objet de plusieurs études [ARE 05] [BOU 02] [OUD 99].
Néanmoins, l’encombrement des composants constituants cet onduleur réduit considérablement sa fiabilité, et pose un problème d’instabilité de tensions d’entrée.
Dans cette étude, une nouvelle topologie d’onduleur multiniveau est élaborée : c’est l’onduleur triphasé à 5 niveaux à cellules imbriquées ; ce dernier présente essentiellement deux avantages. D’une part les structures multiniveaux permettent de limiter les contraintes en tension subies par les interrupteurs de puissance : chaque composant, à l’état bloqué, supporte une fraction d’autant plus faible de la pleine tension que le nombre de niveaux est élevé. D’autre part, la tension de sortie délivrée par les convertisseurs multiniveaux présente d’intéressantes qualités spectrales [AIM 03].
Afin d’assurer une motorisation électrique pour des applications de forte puissance, telles que la traction ferroviaire ou la propulsion navale par exemple, il est souvent nécessaire de segmenter la puissance. Pour cela, on peut agir au niveau de l’ensemble convertisseur- machine, en utilisant des machines multiphasées (machines dont le nombre de phases est supérieur à trois) [HAD 05].
Un des exemples les plus courants de machines multiphasées est la Machine ASynchrone Double Etoile (MASDE). Dans la configuration classique, deux enroulements triphasés identiques, les deux étoiles, se partagent le même stator et sont décalés d’un angle électrique de 30° [CHE 98] [HAD 05].
Le présent mémoire concerne l’étude d’un changeur de fréquence indirect avec structure multiniveau à topologie multicellulaire, en vue d’une exploitation judicieuse et optimale permettant la résolution du problème d’instabilité des tensions.
En ingénierie, la simulation est un moyen efficace et économique, couramment utilisé pour faire des études préliminaires et/ou comparatives, tant au stade du développement (conception), qu’au cours du fonctionnement normal des systèmes. Actuellement, plusieurs outils de simulation sont utilisés dans le domaine de l’électronique de puissance ou de la commande des machines électriques : SPICE, SIMNON , MATLAB/SIMULINK . Parmi ces logiciels, notre simulation numérique a été faite en utilisant le logiciel MATLAB/SIMULINK.
Le présent mémoire est organisé en trois chapitres :
Le premier chapitre concerne la modélisation de la MASDE en utilisant la transformation de Park lié au champ tournant. Et nous abordons l’étude d’une commande vectorielle à flux rotorique orienté.
Le second chapitre consiste à l’étude et la commande de l’onduleur à cinq niveaux à Cellules Imbriquées. Nous développons le modèle connaissance du convertisseur, nécessaire pour la développent de deux stratégies de commande :
Triangulo-sinusoidale et Modulation vectorielle avec quatre porteuses bipolaires en dent de scie.
Les performances de chaque stratégie sont analysées sur la base de la caractéristique de réglage et du taux d’harmoniques. Les performances de la conduite de la MASDE associée à l’onduleur, contrôlé par la meilleure stratégie seront analysées.
Le troisième chapitre présente trois parties essentielles :
La modélisation du redresseur triphasé à deux niveaux commandé par la commande en courant par hystérésis.
Etude de la cascade redresseurs-onduleurs-MASDE, où l’on présentera les performances de la MASDE.
Etude de la cascade redresseurs-ponts de clamping-onduleurs-MASDE, ou l’on présentera les performances de la MASDE.
Nous terminerons par une conclusion générale de l’étude et par l’exposé des perspectives de recherche.
Les annexes contiennent les paramètres de la MASDE, les schémas simulink de la commande vectorielle (sans et avec régulation de vitesse).
Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce qu’un onduleur multiniveau à cinq niveaux à cellules imbriquées?
C’est un onduleur triphasé qui présente deux avantages principaux : il limite les contraintes en tension subies par les interrupteurs de puissance et délivre une tension de sortie avec des qualités spectrales intéressantes.
Comment fonctionne la machine asynchrone double étoile (MASDE) avec un onduleur multiniveau?
La MASDE utilise deux enroulements triphasés identiques, décalés d’un angle électrique de 30°, pour partager la puissance dans le stator.
Quelles stratégies de commande sont explorées dans l’étude des onduleurs multiniveaux?
L’étude explore deux stratégies de commande du convertisseur : triangulo-sinusoidale et modulation vectorielle avec quatre porteuses bipolaires.