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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE ET D’INFORMATIQUE DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE THESE de DOCTORAT EN ELECTROTECHNIQUE Présentée par DENOUN Hakim Magister de l’EMP d’Alger Thème Contribution à L’étude et la Réalisation Des convertisseurs AC /DC à M.L.I à Facteur de Puissance Unitaire Thèse soutenue publiquement le …../…./..…… devant le jury d’examen composé de: Président Saïd DJENNOUNE Professeur à L’ U.M.M.T.O Tizi-Ouzou Rapporteur Nacereddine BENAMROUCHE Professeur à L’ U.M.M.T.O Tizi-Ouzou Co-Rapporteur Salah HADDAD Professeur à L’ U.M.M.T.O Tizi-Ouzou Examinateur Larbi REFOUFI Professeur à L’U.M.B.Boumerdès Examinateur Jean-Pierre BARBOT Professeur à L’ E.N.S.E.A de Paris Examinateur Hocine BENALLA Professeur à l’U.M.C.Constantine Invité Malik GHANES Maitre de conférences(H.D.R) à l’E.N.S.E.A de Paris 2 Cette thèse est consacrée à l’étude et à la réalisation des convertisseurs AC/DC à M.L.I à facteur de puissance unitaire. Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués au sein du laboratoire des Technologies Avancées du Génie Electrique (LATAGE) du département d’électrotechnique de l’université Mouloud Mammeri Tizi-Ouzou. Pour avoir consenti à examiner ce travail, je tiens à remercier très sincèrement : • Monsieur S.Djennoune professeur à l’Université de Tizi-Ouzou, d’avoir bien voulu me faire l’honneur de présider mon jury de thèse, témoignant ainsi de l’intérêt qu’il porte à ce travail ; • Monsieur N.Benamrouche Professeur à l’Université de Tizi-Ouzou qui a dirigé ces travaux de recherches et dont j’ai pu apprécier la compétence et la gentillesse. • Monsieur S.Haddad Professeur à l’Université de Tizi-Ouzou, qui a suivi ces travaux de recherches et pour ses entretiens constructifs qui accompagnent un travail de recherche. • Monsieur J.P.Barbot professeur des Universités ENSEA de Paris, pour m’avoir accueilli dans son laboratoire : qu’il trouve ici ma profonde reconnaissance pour la confiance qu’il ma accordée. • Monsieur L.Refoufi professeur à l’Université de Boumerdès, pour avoir accepté de juger ce travail et qu’il ait accepté d’être parmi les membres de jury de cette thèse. • Monsieur H.Benalla professeur à l’Université de Constantine, pour l’intérêt qu’il manifeste en participant à ce jury. • Monsieur M.Ghanès, maître de conférences(H.D.R) à l’ENSEA de Paris qui a accepté de participer à cette soutenance en qualité d’invité. • Je remercie aussi très sincèrement : • tous ceux et celles qui me sont chers, • Toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin à l’aboutissement de ce travail. 3 Sommaire 4 SOMMAIRE Introduction générale …………………………………….……………………………. Chapitre I Perturbations des réseaux et principes de compensation ……………………..… Chapitre II Etude analytique et caractérisation du fonctionnement du redresseur à M.L.I………. Chapitre III Modélisation – Régulation - résultats de simulation …………………………… Chapitre IV Réalisation pratique et résultats expérimentaux……………………………….. Conclusion générale …………………………….………………………………………. Annexes ……………………………………………………………………………………… Références bibliographiques ………………………………………………………… 8 12 51 87 148 165 168 175 5 Notations utilisées 6 Notations utilisée Bloc source -Convertisseur AC/DC et DC/AC ϕ : angle de déphasage du fondamental de ir par rapport à vr ; δ : angle de déphasage de la modulante par rapport à Vr ; θ ∆ : Largeur de créneaux ; f 2π = ω : Pulsation du réseau d'alimentation ; c : condensateur de filtrage ; E : F.C.E.M d'une charge active ; f : fréquence du réseau d'alimentation ; f’: fréquence de la porteuse ; fo : fréquence de la porteuse associée à l'onduleur ; Gbf, : fonctions de transfert en boucle fermée; Gboi, Gboc fonctions de transfert en boucle ouverte; I : amplitude du courant de réseau ; (ir3) : vecteur triphasé des courants de réseau ; ic : courant traversant le condensateur ; id : courant dans la charge ; ir : courant à l'entrée du redresseur monophasé ; Ir1: fondamental du courant ir (notation complexe) ; ir1, ir2, ir3 : courants réseau sur les phases 1, 2, 3 ; irlmes, ir2mes, ir3mes : courants de réseau mesurés sur les phases 1, 2, 3 ; ir1ref, ir2ref, ir3ref : courants de réseau de référence sur les phases 1, 2, 3 ; irefi : limite inférieure de la bande d’hystérisis ; irefs : : limite supérieure de la bande d’hystérisis ; is : courant à la sortie du convertisseur ; Is2 : valeur efficace de l'harmonique d'ordre 2 de is ; Ki, kp : coefficients des correcteurs proportionnel et intégral ; Kref : coefficient pour le calcul des références en courant ; Ld, Rd : inductance et résistance d'une charge passive ; Lr, Rr : inductance et résistance équivalente du réseau et de l'autotransformateur ramenée au secondaire à l'entrée du redresseur ; m, r : indice de modulation et coefficient de réglage associés au redresseur ; mo, ro : indice de modulation et rapport cyclique associés à l'onduleur ; Nc : nombre de commutations par alternance ; P: nombre d'impulsions par alternance ; P: puissance active ; Pref: puissance active de référence ; Q : puissance réactive ; Qref : puissance réactive de référence ; R1, R2, R3 Rd, Rq: correcteurs ; Si : fonction logique associée au bras d’un convertisseur AC/DC et DC/AC triphasé ; 7 Tc : constante de temps coté continu ; Tn: constante de temps coté réseau ; Ud : tension constante (tension du bus continu) ; U1 : fonction logique associée au convertisseur monophasé AC/DC; ue12, ue23, ue13 : tensions composées à l’entrée du redresseur triphasé; ue: tension à l'entrée du redresseur monophasé ; ue1, ue2, ue3 : tensions à l'entrée du redresseur triphasé (tension par rapport au neutre de la source) ; ûel : fondamental de la tension ue (notation complexe) ; Ue1 : valeur efficace du fondamental de ue ; Ue10 : valeur efficace du fondamental de ue pour une commande en pleine onde ; Ueh : valeur efficace de l'harmonique d'ordre h ; V : amplitude de la tension du réseau ; Vc: tension aux bornes de condensateur ; Vcmes : tension de capacité mesurée ; Vcref : tension de capacité de référence ; vp,Vm : l'onde porteuse et modulante associée au redresseur ; yp0,ei : l'onde porteuse et modulante associée à l'onduleur ; Vr1, Vr2, Vr3 : tension réseau sur les phases 1, 2, 3 Vreff : valeur efficace de vr. Machine Asynchrone θ : angle entre la phase statorique as et la phase rotorique ar ; θs : angle entre la phase statorique as et l’axe direct d ; θr : angle entre la phase rotorique ar et l’exe direct d ; Kf : coefficient des frottements visqueux ; σ = 1- : coefficient de dispersion ; Гe : couple électromagnétique ; Гr : couple résistant ; ii(i=1-3) : courants de la phase i de la MAS ; Ls , Lr, Lm : inductance propre cyclique du stator, rotor, mutuelle entre stator et rotor. J : moment d’enrtie de l’arbre du moteur ; Pp : nombre de paires de pôles ; ωs : pulsation des grandeurs électriques statoriques ; ωr : pulsation des grandeurs électriques rotoriques ; vi (i = 1-3) : tension de la phase i de la MAS ; Ωr : vitesse mécanique du rotor ; Acronymes I.G.B.T : Insulated-Gate Bipolar Transistor ; M.L.I: Modulation Largeur Impulsions; THD : Total Harmonic Distortion . M 2 sr Ls Lr 8 Introduction générale 9 Introduction générale Le nombre de convertisseurs raccordés aux réseaux de distribution de l’énergie est en constante progression. Les puissances installées progressent elles aussi. Ces convertisseurs ne sont pas sans poser quelques problèmes au distributeur d’énergie qui les voit comme étant des sources polluantes. Cette pollution est essentiellement de deux types. D’une part, il s’agit de la pollution harmonique. En effet, ces convertisseurs absorbent des courants non sinusoïdaux qui déforment la tension du réseau par l’intermédiaire de l’impédance de court-circuit de celui-ci. D’autre part, ils consomment de la puissance réactive qui a pour conséquence de dégrader le facteur de puissance. Les règles de limitation de la pollution harmonique sont devenues très sévères et bien entendu chaque usager est tenu d’enrayer dans la mesure du possible cette pollution. Dans les installations déjà existantes, la solution est le filtrage passif ou actif. Mais dans les nouvelles installations les solutions passent soit par l’augmentation de l’indice de pulsation des convertisseurs (pont dodécaphasé), soit par la transposition aux convertisseurs AC-DC des techniques auparavant utilisées pour les convertisseurs DC-AC (Onduleurs à Modulation de Largeurs d’Impulsions). Cette dernière est devenue possible grâce au développement de la technologie des semi-conducteurs et à l’apparition des composants de puissance tels que l’IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) et le GTO (Gate Turn Off Thyristor). Contrairement aux redresseurs non commandés, les redresseurs à Modulation de Largeur d’impulsions offrent plusieurs possibilités : - Consommer un courant proche d’une sinusoïde en réduisant son contenu harmonique et réduire par conséquent la taille des filtres. - Contrôler la puissance réactive absorbée (facteur de puissance unitaire). - Assurer un transfert bidirectionnel de la puissance. - Dépolluer le réseau en assurant la fonction de filtre actif. Ces qualités font que ces convertisseurs occupent actuellement une place importante dans le domaine de la conversion de l’énergie (Actionneurs asynchrones, Génératrices Asynchrones à Double Alimentation (GADA), …etc). Notre travail s’inscrit dans le uploads/Litterature/ contribution-a-l-x27-etude-et-la-realisation-des-convertisseurs-ac-dc-a-m-l-i-a-facteur-de-puissance-unitaire-pdf.pdf