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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/228665276 Etude et réalisation d'un hacheur PWM Article · March 2010 CITATIONS 6 READS 4,424 2 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Integration and performance optimisation of hybrid renewable energy systems (hres) View project neural network View project Abdelouahab Zaatri LATA 129 PUBLICATIONS 370 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Abdelouahab Zaatri on 27 May 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. Revue des Energies Renouvelables Vol. 13 N°1 (2010) 187 – 198 187 Etude et réalisation d’un hacheur PWM A. Zaatri1* et S. Belhour2 1 Département de Mécanique, Faculté des Sciences de l’Ingénieur Université Mentouri, Constantine, Algérie 2 Laboratoire de Mécanique, Département de Physique, Faculté des Sciences, Université Mentouri, Constantine, Algérie (reçu le 18 Mai 2009 - accepté le 28 Mars 2010) Résumé - Ce travail présente l’analyse fine d’un asservissement non linéaire par plus – ou - moins à rétroaction via un filtre du premier ordre. Le système étudié est capable de générer une modulation de largeur d’impulsions qui est exploitée pour la conception et la réalisation d’un hacheur PWM (Pulse Width Modulation) destiné à une alimentation fluctuante (photovoltaïque, éolienne,..). L’étude consiste essentiellement à déterminer le lien entre les grandeurs telles que la consigne, l’amplitude de la tension moyenne de sortie, les fréquences de découpage en fonction des paramètres du système et des contraintes technologiques afférentes. L’étude théorique est suivie par une simulation et par la réalisation d’un hacheur expérimental. Des expériences seront présentées pour évaluer la correspondance entre le modèle théorique et les résultats expérimentaux. Abstract - This paper presents the analysis of a non linear on/off control system using a feedback via a first order filter. The analyzed system is capable of generating a pulse width modulation which is used to design and realize a PWM (Pulse Width Modulation) chopper dedicated to fluctuating power supply (photovoltaic, wind, etc). The study essentially focuses on determining the relationship between quantities such as the set point voltage, the average magnitude of the output voltage, the pulse duration with respect to system parameters and technological requirements. The theoretical study is followed by a simulation and by a realization of an experimental DC/DC chopper. Some Experiments will be presented enabling the evaluation of the correspondence between the theoretical model and experimental results. Mots clés: Asservissement par plus –ou -moins - Modulation de largeur d’impulsions - Conception de hacheur. 1. INTRODUCTION Ces dernières années, les énergies renouvelables regagnent de l’intérêt dans la plupart des pays développés. En effet, ces énergies sont non polluantes, renouvelables, distribuées dans l’espace, et pouvant être collectée et convertie par l’intermédiaire de convertisseurs. Parmi les sources d’énergies renouvelables qui ont connu un grand développement, on peut citer l’énergie solaire photovoltaïque, l’énergie éolienne et la biomasse. Cependant, un des problèmes majeurs concernant la généralisation de l’énergie renouvelable consiste à réduire encore plus le coût des systèmes tout en augmentant leur rendement. Mais si ce premier challenge tient à la technologie de fabrication, il existe un autre problème qui concerne les systèmes d’adaptation de cette énergie en vue de son * azaatri@yahoo.com _ souad_belhour1@yahoo.fr A. Zaatri et al. 188 exploitation dans différentes applications, telles que le pompage de l’eau, la commande de moteurs électriques, l’éclairage, le chargement de batteries, etc. [1-5]. Il s’agit en particulier de dispositifs de régulation et de conversion de l’énergie dont les convertisseurs DC/DC (hacheurs) et DC/AC (onduleurs). L’intérêt pour ce problème est lié au fait que le rendement de ces dispositifs influence directement le rendement global de l’alimentation dans son ensemble. Les recherches dans le domaine des convertisseurs DC-DC et DC-AC ont révélé depuis plus d’une décennie l’importance des alimentations à découpage. En effet, l’emploi des transistors de puissance (bipolaire et VMOS) à commutation’rapide comme contacteurs statiques dans l’amplificateur de puissance permet de réduire la consommation propre du convertisseur. Cela permet également de travailler à des fréquences de découpage suffisamment élevé facilitant le filtrage des harmoniques et réduisant en conséquence le poids, l’encombrement et le coût du convertisseur. A cet égard, les convertisseurs à découpage basés sur la technique de modulation de largeur impulsions (PWM) se sont imposées en tant que systèmes viables pour le cas des faibles puissances [5-12]. Le travail proposé dans cet article concerne l’étude fine d’un asservissement par +/- à rétroaction via un filtre du premier ordre. Le modèle proposé peut se ramener à un problème de commande en temps optimal et peut être, par conséquent, étudié dans le cadre de la théorie du ‘principe du maximum’, tel qu’établi par Pontriaguine et al. [8]. Un tel système est capable de générer une modulation de largeur d’impulsion qui est exploitée pour la conception et la réalisation d’un hacheur à modulation de largeur d’impulsions (PWM). Ce système est exploité dans le contexte des convertisseurs destinés aux alimentations fluctuantes (photovoltaïque, éolienne, etc.), en particulier’ pour la conception et la réalisation d’un hacheur. Dans cette étude, il s’agit essentiellement de déterminer le lien entre les grandeurs, telles que la consigne, l’amplitude de la tension moyenne de sortie de l’asservissement, les fréquences de découpage en fonction des paramètres du système et des contraintes technologiques afférentes. Les relations obtenues par l’étude théoriques ont conduit à l’établissement de conditions qui déterminent les performances du système en fonction des paramètres choisis. L’étude théorique est suivie par la simulation et par la réalisation d’un hacheur expérimental. Des expériences seront menées pour évaluer la correspondance théorie pratique. 2. ETUDE THEORIQUE 2.1 Le modèle du hacheur PWM Le modèle du hacheur PWM proposé est présenté schématiquement à la figure 1. Il peut être ramené à l’étude d’un asservissement par +/-. Ce système comprend dans la chaîne d’action directe l’élément non linéaire par +/- symétrique à hystérésis, noté N . Cet asservissement comprend aussi dans la chaîne de rétroaction un filtre linéaire du premier ordre noté H . Les grandeurs entrant en jeu sont: - La grandeur de consigne 0 f supposée constante dans le cas d’un hacheur. - La grandeur de commande ) t ( X Etude et réalisation d’un hacheur PWM 189 - La grandeur commandée ) t ( U - La grandeur asservie ) t ( Z - la grandeur de sortie ) t ( V Fig. 1: schéma du système asservi La grandeur de consigne 0 f est comparée à la grandeur asservie ) t ( Z . L’erreur obtenue constitue la grandeur de commande ) t ( X qui commande l’entrée de l’élément non linéaire N . Le signal ) t ( U à la sortie de N , est transformé par un filtre linéaire du second ordre, noté W . Ce dernier fournit en sortie la grandeur de sortie ) t ( V qui sera utilisé par la charge effective. 2.2 Comportement de l’élément non linéaire ‘ N ’ Pour simplifier, on suppose que la tension d'entrée ) t ( X est de type triangulaire et qu’elle peut franchir les seuils h m à des instants précis. La sortie ) t ( U sera donc une succession d'impulsion d'amplitude constante et de signe alterné, de durées et d'intervalles de répétitions variables. Les instants pendant lesquels ) t ( U effectuent les sauts sont appelés les instants de commutation, ces instants sont déterminés par les conditions suivantes: E ) t ( U 0 t d ) t ( x d et h ) t ( X si E ) t ( U 0 t d ) t ( x d et h ) t ( X si + = ⇒ < − < − = ⇒ > + > (1) L’évolution du signal de sortie en correspondance avec le signal d’entrée est représentée à la figure 2. Fig. 2: Les tensions d’entrées et sorties ) t ( X et ) t ( U A. Zaatri et al. 190 3. DETERMINATION DES INSTANTS DE COMMUTATION 3.1 Etude de système du 1er ordre Fig. 3: Filtre passe bas de 1er ordre La partie linéaire est constituée par le filtre de rétroaction d’entrée ) t ( U et de sortie ) t ( Z . D’après le fonctionnement du système, on sait que ) t ( U est une suite d'impulsions prenant alternativement les valeurs E ± . En admettant la continuité par morceaux pour ) t ( U sur tout intervalle de temps limité par deux instants successifs de commutation k t et 1 k t + ( n , , 2 , 1 , 0 k K = ), alors la relation d’entrée-sortie du filtre est une équation différentielle de la forme:[13] E . ) 1 ( Z t d Z d . k k k − = + τ (2) Dans laquelle τ est la constante de temps du filtre, C R = τ . 3.2 Détermination des durées d’impulsions La détermination des durées d’impulsions ou des instants de commutation est un problème fondamental, lors de l’analyse fine des systèmes par +/-. Dans le cas général, l’obtention d’une solution analytique uploads/Finance/ etude-et-realisation-dun-hacheur-pwm.pdf