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وزارة التعليم العايل والبحث العلمي UNIVERSITE LARBI TEBSSI–TEBESSA- Faculté des

وزارة التعليم العايل والبحث العلمي UNIVERSITE LARBI TEBSSI–TEBESSA- Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie des Mines جامعة العريب التبسي تبسة كلية ال علوم و ال تكن و لوجيا قسم هندسة املناجم MEMOIRE Présenté en vue de l'obtention du diplôme de Master Filière : Génie minier Option : électromécanique minières Par BRIGHEN Haroun et HALAIMIA Safouane Devant le jury : Grade Etablissement Président : RECHACHE.A MAA UniversitéLarbi Tébessi - Tébessa Rapporteur : ZAAMOUCHE.F MAA Université Larbi Tébessi - Tébessa Examinateurs : ATIA.M MAB Université Larbi Tébessi - Tébessa Promotion 2015-2016 Etude et analyse de la commande des onduleurs Multi-niveaux par MLI sinusoïdale Remerciements Nous remercions, en premier lieu, notre Dieu le plus Puissant qui a bien Voulu nous donner la force et le courage Pour effectuer Le présent travail. Nous exprimons nos profondes gratitudes à nos parents pour leurs Encouragements, leur soutien et pour les sacrifices Qu’ils ont enduré. En second lieu, nous tenons à remercier notre encadreur "Mr. Zaamouch " pour son sérieux, sa compétence et ses orientations. Nous remercions vont aussi à tous les enseignants du département Génie Minières qui ont contribué à notre formation. Aussi nous tenons à exprimer notre reconnaissance à tous nos amis et Qui par leur amitié et leur bonne humeur, ont créé une ambiance de travail parfaite. Dédicaces Je dédie mon travaille a : Ma famille, ma mère, mon père, mes frères et sœurs Mes chères amis et collègues Je dédie cet effort à mon grand frère, qui a quitté la vie et laissant ses souvenir Je Demande à Dieu d'avoir pitié et de pardonner mon cher frère qui attendait ce moment pour partager ma joie B. Haroun Je dédie mon travaille a : A ma mère à qui je dois tous ses sacrifices A la mémoire de mon père que personne N’a pu combler son vide, Je demande à Dieu d’avoir pitié et de pardonner Le personne la plus chère de ma vie. (Mon père) A tous mes frères, et ma sœur. Chères amies H. Safouane Résumé Ce présent travail est une contribution à l’analyse des onduleurs multi-niveaux alimentent une machine asynchrone et une présentation de la commande de Modulation en Largeur d'Impulsion Sinusoïdale, a pour objectif de réduire les harmoniques, donc l’obtention d’une tension (ou un courant) sinusoïdale à la sortie de ces convertisseurs et d’améliorer les performances de la machine. Pour cela on va traiter ce travail sur deux axes le premier sur l’utilisation des topologies multi-niveaux de l’onduleur, et le seconde porte sur les techniques de l’ouverture et de la fermeture des semi-conducteurs (Transistors) qui formant l’onduleur. Donc, le système étudié dans notre travail, se compose d’un onduleur triphasé à trois niveaux de tension de type NPC commandé par MLI sinusoïdale (Sinusoïdal Pulse with Modulation). Pour aboutir à cette fin nous comptons de développer un algorithme de commande de l’onduleur basé sur cette technique de modulation. Sommaire Remerciement Dédicace Résumé Introduction generale ……………………………………………………….... 1 Chapitre I : Modélisation de la machine asynchrone triphasée (MSA) I .1 Introduction .................................................................................................. 4 I.2 Modélisation de la machine asynchrone triphasée (MAS) ...................... 5 I.2.1 Description de la machine asynchrone triphasée ......................................................... 5 I.3 Equations de la machine asynchrone .......................................................... 6 I.3.1 Hypothèses simplificatrices .......................................................................................... 6 I.3.2 Equations électriques .................................................................................................... 6 I.3.3 Equations magnétiques ................................................................................................. 7 I.3.4 Equation mécanique ..................................................................................................... 7 I.4 Modèle biphasé de la machine asynchrone ............................................... 8 I.4.1 Transformation de Park ................................................................................................ 8 I.4.2 Modélisation de la machine asynchrone dans le repère de Park .................................. 9 I.4.3 Choix du référentiel ....................................................................................................10 I.5 Simulation et interprétation ..................................................................... 11 I.6 Conclusion .................................................................................................. 12 Chapitre II : Etudes les différentes topologies des onduleurs multi-niveaux II.1 Introduction ................................................................................................ 14 II.2 Principe de fonctionnement de l’onduleur triphasé à deux niveaux de tension ................................................................................................................. 15 II.3 Intérêt des onduleurs multi-niveaux ....................................................... 16 II.4 Les différentes topologies des onduleurs multi-niveaux ....................... 17 II.4.1 Onduleur de tension clampé par le neutre (NPC) .......................................................17 II.4.2 Onduleur de tension à cellules imbriquées .................................................................19 II.4.3 onduleur de tension en cascade ..................................................................................21 II.5 Propriétés des principales structures ...................................................... 22 II.5.1 Classification des topologies selon leur alimentation .................................................22 II.5.2 Nombres de composants nécessaires ..........................................................................22 II.6 Conclusion .................................................................................................. 25 Chapitre III : Les onduleurs multi-niveaux de type NPC et leur modélisation III.1 Introduction............................................................................................... 27 III.2 Onduleur à trois niveaux de type NPC ................................................... 28 III.2.1 Structure.....................................................................................................................28 III.2.2 Principe de fonctionnement .......................................................................................29 III.3 Onduleur à cinq niveaux de types NPC .................................................. 32 III.3.1 Structure.....................................................................................................................32 III.3.2 Principe de fonctionnement ...................................... Erreur ! Signet non défini. III.4 Onduleur à sept niveaux de type NPC .................................................... 37 III.4.1 Structure.....................................................................................................................37 III.4.2 Principe de fonctionnement .......................................................................................38 III.5 Modélisation de l’onduleur de tension à trois niveaux de type NPC ... 43 III.5.1 Fonctions de connexion .............................................................................................44 III.5.1.a Relation entre les fonctions de connexion .........................................................44 III.5.1.b Relation entre les fonctions des demi-bras ........................................................45 III.5.2.a Les potentiels Vio.................................................................................................45 III.5.2.b Tensions de sortie ...............................................................................................46 III.6 Conclusion ............................................................................................... .47 Chapitre IV : Les différentes stratégies de la commande des onduleurs IV.1 Introduction ............................................................................................... 49 IV.2 La modulation sinusoïdale ...................................................................... 50 IV.2.1 Modulation sinusoïdale naturelle…………………………………………………...51 IV.2.2 Modulation sinusoïdale à doubles triangles………………………………………...51 IV.3 La modulation par hystérésis (commande en fourchette) .................. 52 IV.4 La modulation vectorielle ......................................................................... 54 IV.5 Conclusion ................................................................................................ 55 Chapitre V : Simulation et interprétation des résultats V.1 Introduction ...................................................................................... ……..57 V.2 Onduleur à deux niveaux triphasé : ............................................. ………58 V .2.1 Résultats obtenu…………………………………………………………………….58 V.2.1.1 Commande en pleine onde (180°)………………………………………………58 V.2.1.2 Commande MLI sinusoidale ……………………………………………………61 V.3 Onduleur à trois niveaux triphasés:..……………………….…………...65 V.3.1 Résultats obtenus……………………………………………………………………65 V.3.1.1 Commande en pleine onde :……………………………………………………..65 V.3.1.2 Commande MLI sinusoïdale (m=21) :……………………………………….…68 V.3.1.3 Commande MLI sinusoïdale (m=39) :…………………………………………..73 V.4 Conclusion..........................................................................................................................76 Conclusion générale ……………………………………………………………………...78 Liste des figures Liste des tableaux Notation Annexe Bibliographie Introduction générale Introduction générale Page 1 Introduction générale L’utilisation des convertisseurs statiques dans l’industrie est devenue un champ extrêmement vaste, car les équipements industriels utilisent de plus en plus d’entraînement à vitesse variable. Les onduleurs de tension sont largement utilisés pour la commande des moteurs asynchrones. Un onduleur de tension est un convertisseur statique alimenté soit par une source continue soit par un réseau redressé soit par une batterie d’accumulateur pour fournir une tension ou courant alternatifs de fréquence fixe (le cas des alimentations sans interruption) ou variable (le cas des moteurs à courant alternatifs). L’inconvénient majeur de l’onduleur est l’obtention d’une tension non sinusoïdale à sa sortie, ce qui provoque une dégradation du régime de fonctionnement de certaines charges surtout les machines électriques. Ces tensions de sortie sont très riches en harmoniques, d’où la nécessité de les réduire. Outre cela les onduleurs conventionnels (à deux niveaux) sont limités aux applications de faibles et de moyennes puissances seulement. Dans le cadre de la recherche des méthodes de réduction des harmoniques, plusieurs travaux ont été réalisés sur deux axes. Le premier est l’utilisation des topologies multiniveaux de l’onduleur, alors que le second porte sur la commande de l’ouverture et la fermeture des semi- conducteurs formant l’onduleur (Modulation de largeur d’impulsion). Dans les applications de fortes puissances, la structure à trois niveaux est plus adaptée, par rapport à la structure à deux niveaux, du fait que les tensions et les courants de sortie présentent un taux de distorsion harmoniques nettement inférieur. L’utilisation des techniques de modulation comme stratégie de commande de l’ouverture et de la fermeture des interrupteurs réduit considérablement les harmoniques. La modulation hystérésis est souvent utilisable et très simple mais sa fréquence instantanée des commutations n’est pas contrôlable. La modulation sinusoïdale semble la meilleure technique de commande de l’ouverture et la fermeture des interrupteurs mais elle nécessite la connaissance des temps de commutation à chaque instant de modulation, en plus la commande des interrupteurs de chaque bras de l’onduleur doit se faire d’une manière séparée. Le système étudié dans notre travail, se compose d’un onduleur triphasé à trois niveaux de tension de type NPC commandé par MLI sinusoïdale (sinusoidal pulse width modulation). Pour aboutir à cette fin nous comptons de développer un algorithme de commande de l’onduleur basé sur cette technique de modulation. Introduction générale Page 2 Le fonctionnement de cet algorithme sera testé sur un moteur asynchrone à cage. Les tests concerneront aussi l’impact d’utilisation de cette technique sur la réduction des ondulations du couple électromagnétique. Il fera question aussi de déterminer le taux d’harmonique (THD) afin de prouver l’efficacité de cet algorithme et par conséquent l’efficacité de la technique MLI sinusoïdale appliquée aux onduleurs à trois niveaux de tension. Le travail présenté se compose de cinq chapitres : - Le premier chapitre, traitera la modélisation de la machine asynchrone triphasée. - Le deuxième chapitre, traitera les différentes topologies des onduleurs multiniveaux : leurs structures, leurs avantages et leurs inconvénients. - Le troisième chapitre, sera consacré à la synthèse de l’onduleur de tension triphasé à trois niveaux de type NPC, ainsi que leur modélisation mathématique. - Dans le quatrième chapitre, nous présenterons les différentes stratégies de commande de l’onduleur, telles que la commande par hystérésis, la MLI sinusoïdale et la MLI vectorielle. - Dans le dernier chapitre, nous allons programmé et simulé l’algorithme de la MLI sinusoïdale appliquée aux onduleurs à deux et à trois uploads/Geographie/ st160094-pdf.pdf