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Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie D

Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de génie électrique Sciences et Technologies Electrotechnique Réseaux électrique Réf. : ………… Présenté et soutenu par : ACHOUR Abderraouf Le : samedi 23 juin 2018 Analyse et commande d’un hacheur Buck- boost Jury : Mme. BECHA Habiba MAA Université de Biskra Président Mme. HADRI-HAMIDA Amel MCA Université de Biskra Encadreur Mme. DERRADJI BELLOUM Karima MAA Université de Biskra Examinateur Année universitaire : 2017 / 2018 MÉMOIRE DE MASTER الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي و البحث العلمي Ministère de l’enseignement Supérieur et de la recherche scientifique Université Mohamed Khider Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Electrique Filière : Electrotechnique Option : Réseaux électriques Mémoire de Fin d'Etudes En vue de l’obtention du diplôme: MASTER Analyse et commande d’un hacheur buck-boost Présenté par : Avis favorable de l’encadreur : ACHOUR Abderraouf HADRI-HAMIDA Amel Signature Avis favorable du Président du Jury : BECHA Habiba Signature Cachet et signature الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي و البحث العلمي Ministère de l’enseignement Supérieur et de la recherche scientifique Université Mohamed Khider Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Electrique Filière : Electrotechnique Option : Réseaux électriques Analyse et commande d’un hacheur Buck-Boost Proposé par : ACHOUR Abderraouf Dirigé par : HADRI-HAMIDA Amel RESUMES (Français et Arabe) L’adaptation des niveaux de tension et de courant des éléments de l’énergie électrique (panneaux solaires, charge, batterie et réseaux) par rapport à un bus continu nécessite un convertisseur statique DC-DC. Les convertisseurs DC-DC employés sont de types série, parallèle ou série-parallèle. L’objectif est répondre aux besoins croissants des sources de tension variables. L'étude a été initiée par la présentation des différentes topologies des convertisseurs DC-DC. Puis, un chapitre a été consacré à la modélisation et commande d’un hacheur Buck-Boost. Une application d’une commande PI sur ce convertisseur était effectuée. Cette commande assure la stabilité, la rapidité et le rejet de perturbation. Mot clés : convertisseur DC-DC ,commande PI , hacheur buck-boost, Modélisation تكييف مستويات التيار الكهربائي والتيار لعناصر الطاقة الكهربائية (األلواح الشمسية والحمل والبطارية والشبكات) بالنسبة إلى حامل مستمر يحتاج إلى محول ثابتDC-DC . محوالتDC-DC المستخدمة هي من النوع المتوازي أو المتفرع أو المتسلسل. الهدف هو تلبية االحتياجات المتزايدة لمصادر الجهد المتغير. وقد بدأت الدراسة من خالل تقديم طبولوجيا مختلفة من محوالتDC-DC . بعد ذلك ، تم تخصيص فصل للنمذجة والتحكم في مفرمةBuck-Boost. تم تطبيق نظام تحكم PI على هذا المحول. يضمن هذا األمر االستقرار والسرعة ورفض االضطر اب الكلمات المفتاحية : محولDC-DC، نظام تحكم PI ، محول متسلسل، نمذجة Avant tout, je tien à remercie le bon dieu, et l’unique qui m’offre le courage et la volonté nécessaire pour affronter les différentes de la vie, Je dédie ce modeste travail A ma mère. A mon père. A mes frères A mon cher neveu Mohamed chihab Et toute la famille. A mes amis et mes collègues de la promotion 2018 «Electrotéchnique ». Je tiens tout d’abord à remercier Dieu tout puissant qui nous a donné la santé, le courage et la patience pour mener à bien ce modeste travail. J’exprime toutes mes profondes reconnaissances à mon encadreur Dr. HADRI HAMIDA AMEL pour le temps consacré à mes écouter, mes orienter et mes corriger tout au long de ce projet. J’adresse mes remerciements à tous les membres du jury d’accepter de juger ce modeste travail et je souhaite exprimé mes profondes gratitudes à tous les enseignants qui mes ont formé dès la 1ere année jusque à la 5eme année à l’Université Mohamed Khider Biskra Sommaire Sommaire 1 Sommaire Sommaire ........................................................................................................................................ 1 Liste des figures .............................................................................................................................. 4 Liste des tableaux ............................................................................................................................ 6 Notation ........................................................................................................................................... 7 Introduction générale ....................................................................................................................... 8 Chapitre Ι : Etude de différentes topologies des convertisseurs DC/DC Ι.1 INTRODUCTION ................................................................................................................... 10 I.2 Les convertisseurs DC/DC(hacheurs ....................................................................................... 10 Ι.3 Les différents types d’un hacheur ............................................................................................ 10 I.3.1 Hacheur série (buck) ....................................................................................................... 10 I.3.1.1 Application ................................................................................................................. 11 Ι.3.1.2 Principe de fonctionnement ....................................................................................... 11 Ι.3.1.3 Régime de conduction ................................................................................................ 12 Ι.3.1.4 Caractéristique de sortie ............................................................................................. 17 Ι.3.2 Hacheur élévateur (boost) ................................................................................................ 18 Ι.3.2.1 Application ................................................................................................................. 18 Ι.3.2.2 Relations fondamentales ............................................................................................ 18 Ι.3.2.3 Principe de fonctionnement ....................................................................................... 19 Ι.3.2.4 Régime de conduction ................................................................................................ 21 Ι.3.2.5 Caractéristique de sortie ............................................................................................. 24 Ι.3.3 Hacheur abaisseur-élévateur (buck-boost). ....................................................................... 25 Ι.3.3.1 Principe de fonctionnement ....................................................................................... 26 Ι.3.3.2 Relations fondamentales ............................................................................................ 27 Ι.3.3.3 Valeur moyenne de la tension de sortie ..................................................................... 29 Ι.3.3.4 Courant de sortie ........................................................................................................ 30 Ι.3.3.5 Régime de conduction ................................................................................................ 32 Ι.4 Rendement du convertisseur statique ....................................................................................... 36 I.5 Conclusion ............................................................................................................................... 37 Sommaire 2 Chapitre ΙΙ : Modélisation et commande du hacheur buck-boost ΙΙ.1 INTRODUCTION .................................................................................................................. 38 ΙΙ.2 Modélisation du convertisseur ................................................................................................ 38 ΙΙ.2.1 Modèle moyen des convertisseurs DC/DC ...................................................................... 38 ΙΙ.2.2 Modélisation du convertisseur buck-boost ...................................................................... 40 ΙΙ.3 Systèmes asservis ................................................................................................................... 43 ΙΙ.3.1 Notions de système, en boucle ouverte (BO), en boucle fermée (BF) ........................... 43 ΙΙ.3.2 Nécessite de la boucle fermée ......................................................................................... 44 ΙΙ.4 Commande du hacheur ........................................................................................................... 44 ΙΙ.4.1 Boucles de contrôle de la tension et du courant .............................................................. 44 ΙΙ.4.1.1 Boucle de contrôle de la tension (BCT) .................................................................. 45 ΙΙ.4.1.2 Boucles de contrôle de la tension et du courant (BCTC) ........................................ 45 ΙΙ.4.2 Contrôle des convertisseurs DC/DC ................................................................................ 46 ΙΙ.4.2.1 Contrôle linéaire des convertisseurs DC/DC ............................................................ 46 ΙΙ.4.2.2 Contrôle non-linéaire des convertisseurs DC/DC .................................................... 46 ΙΙ.5 Les correcteurs (les régulateurs) de base ................................................................................ 47 ΙΙ.5.1 Correcteur à action proportionnelle P .............................................................................. 48 ΙΙ.5.1.1 Principe .................................................................................................................... 48 ΙΙ.5.1.2 Effet du correcteur P ................................................................................................ 49 ΙΙ.5.2 Correcteur à action intégrale I ......................................................................................... 49 ΙΙ.5.2.1 Principe .................................................................................................................... 49 ΙΙ.5.2.2 Effet du correcteur I ................................................................................................. 50 ΙΙ.5.3 Correcteur à action proportionnelle et intégrale PI ......................................................... 50 ΙΙ.5.3.1 Principe .................................................................................................................... 50 ΙΙ.5.3.2 Effet du correcteur PI .............................................................................................. 51 ΙΙ.6 La commande PI ..................................................................................................................... 51 ΙΙ.7 Conclusion .............................................................................................................................. 53 Chapitre ΙΙΙ : Simulation et interprétation des résultats ΙΙΙ.1 INTRODUCTION ................................................................................................................. 54 ΙΙΙ.2 L’outil MATLAB / SIMULINK ........................................................................................... 54 ΙΙΙ.3 Résultats de simulation .......................................................................................................... 54 Sommaire 3 ΙΙΙ.3.1 Application d'une commande en boucle ouverte............................................................ 54 ΙΙΙ.3.1.1 Choix des bibliothèques dans MATLAB / SIMULINK ......................................... 55 ΙΙΙ.3.1.2 Simulation du convertisseur Buck-Boost ................................................................ 55 ΙΙΙ.3.1.3 Présentation des résultats de simulation .................................................................. 56 ΙΙΙ.3.1.4 Interprétation des résultats ...................................................................................... 58 ΙΙΙ.3.2 Application d’une commande PI .................................................................................... 59 ΙΙΙ.3.2.1 Simulation d’une commande PI appliquée à un convertisseur buck-boost ............. 59 ΙΙΙ.3.2.2 Interprétation des résultats ...................................................................................... 62 ΙΙΙ.4 Conclusion ............................................................................................................................. 63 Conclusion générale ...................................................................................................................... 64 Bibliographie ................................................................................................................................. 65 Listes des figures Liste des figures 4 Liste des figures Chapitre Ι : Etude des différents topologies des convertisseurs DC/DC Figure Ι.1 Principe de base d’un hacheur ...................................................................................... 10 Figure Ι.2 Structure d’un hacheur série ......................................................................................... 11 Figure Ι.3 Les formes d’onde de la tension de sortie d’un hacheur série ...................................... 12 Figure Ι.4 Conduction discontinue ................................................................................................ 13 Figure Ι.5 Convertisseur boost et sa charge .................................................................................. 19 Figure Ι.6 Schéma de base d’un convertisseur Boost.................................................................... 19 Figure Ι.7 Formes d’onde de la tension de sortie d’un hacheur boost .......................................... 20 Figure Ι.8 Conduction discontinue ................................................................................................ 22 Figure Ι.9 Circuit de base d’un hacheur Buck-boost ..................................................................... 26 Figure Ι.10 Les deux configurations d’un convertisseur Buck-Boost suivant .............................. 26 l’état de l’interrupteur K1 Figure Ι.11 Convertisseur Buck-Boost .......................................................................................... 27 Figure Ι.12 Hacheur Buck-Boost et sa « charge » ........................................................................ 27 Figure Ι.13 Grandeurs caractéristiques .......................................................................................... 28 Figure Ι.14 Tension Ul aux bornes de l’inductance L ................................................................... 29 Figure Ι.15 Courant en sortie du convertisseur ............................................................................. 30 Figure Ι.16 Conduction discontinue .............................................................................................. 33 Figure Ι.17 Caractéristique de sortie ............................................................................................. 36 Chapitre ΙΙ : Modélisation et commande du hacheur buck-boost Figure ΙΙ.1 Schéma du convertisseur buck-boost .......................................................................... 41 Figure ΙΙ.2 circuit équivalent du convertisseur buck-boost : (a) K1 ouvert (b) K1 fermé ............. 41 Figure ΙΙ.3 Schéma d’un système en Boucle Ouverte (en haut) et en Boucle Fermée (en bas)....44 Figure ΙΙ.4 Schéma de commande typique des hacheurs .............................................................. 45 Figure ΙΙ.5 Correction P ................................................................................................................ 48 Figure ΙΙ.6 Correction I ................................................................................................................. 50 Figure ΙΙ.7 Correction PI ............................................................................................................... 51 Liste des figures 5 Figure ΙΙ.8 Schéma synoptique de la commande PI ...................................................................... 52 Chapitre ΙΙΙ : Simulation et interprétation des résultats Figure ΙΙΙ.1 Hacheur buck-boost en boucle ouverte ...................................................................... 56 Figure ΙΙΙ.2 Tension de sortie Vc en fonction de D ....................................................................... 56 Figure ΙΙΙ.3 Courant dans l’inductance IL ...................................................................................... 57 Figure ΙΙΙ.4 Pulse generator ........................................................................................................... 57 Figure ΙΙΙ.5 Tension de sortie Vc pour D=0.4 ................................................................................ 58 Figure ΙΙΙ.6 Courant de l’inductance IL pour D=0.4 ...................................................................... 58 Figure ΙΙΙ.7 La commande PI du hacheur buck-boost ................................................................... 59 Figure ΙΙΙ.8 Commande PI appliqué à un hacheur buck-boost ..................................................... 60 Figure ΙΙΙ.9 Tesion de sortie (L=1.5 mH ,C=700 μF) .................................................................. 61 Figure ΙΙΙ.10 Tension de sortie Vc (L=2 mH ,C=0.07 F) .............................................................. 61 Figure ΙΙΙ.11 Courant de sortie I0 .................................................................................................. 62 Liste des tableaux Liste des tableaux 6 Liste des tableaux Chapitre Ι : Etude des différents topologies des convertisseurs DC/DC Tableau Ι.1 Reformule des différents régimes de conduction hacheur Buck ................................ 17 Tableau Ι.2 Reformule des différents régimes de conduction hacheur Boost ............................... 25 Tableau Ι.3 Reformule des uploads/Science et Technologie/ analyse-et-commande-d-x27-un-hacheur-buck-boost.pdf