Modulation en Largeur d’Impulsion

Modulation Modulation en Largeur Largeur d’Impulsion(ML d’Impulsion(MLI) I) Pulse Width Modulation(PWM) Réalisé Par: Tarek CHIHI

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Mastère de Recherche en Automatique, Robotique et Traitement de l’information (ARTI). Matiére: Commande Machine, [email protected] à l’attention de: Madame.Houda BEN ATTIYA ∗∗

Résumé. La

fonction MLI (Modulation en Largeur d’Impulsion) ou PWM (Pulse Width Modulation) joue le rôle d’interface entre la partie commande d’un variateur de vitesse et la machine électrique associée. Cette fonction agit sur l’onduleur de tension (ou de courant) de la partie puissance du variateur et joue un rôle essentiel avec des conséquences sur toutes les performances du système.

Introduction La Modulation Modulation en Largeur Largeur d’Impulsions d’Impulsions (MLI) est une technique de pilot pilotage age pour les convertis convertisseurs seurs statiqu statiques es servant servant d’inte d’interfa rface ce entre entre une charge charge (machi (machine ne électri électrique que)) et son dispos dispositi itiff d’alim d’aliment entati ation on (ondul (onduleur eur triphasé,...). Elle est donc une technique utilisée pour la conversion de l’énergie, ayant ses bases dans le domaine des télécommunications (traitement du signal). Elle porte en anglais le nom de Pulse Width Modulation (PWM) ou Pulse-Duration Modulation (PDM), en utilisant une dénomination plus ancienne. Loin d’être un élément accessoire dans la chaîne de variation de vitesse (variateur (variateur électrique associé à une machine électrique), l’étage MLI joue un rôle essentiel avec des conséquences sur toutes les performances du système : les performances d’entraînement, les pertes dans l’onduleur ou dans la machine, le bruit acoustique, le bruit électromagnétique, la destruction même du système, due par exemple aux surtensions qui apparaissent lors de l’utilisation des longs câbles.

F IG . 1 – Schéma de positionnement de l’étage MLI

Principe La modulation de largeur d’impulsion (M.L.I.) est une technique pour générer une tension quasisinusoïdale à partir du découpage d’un signal continu. Une tension sinusoïdale de référence (U) et de fréquence définie (f u ) est comparée à un signal triangulaire (V) haute fréquence (f v ). Le résultat de la comparaison donne le signe d’une tension rectangulaire dont la largeur de chaque créneau est modulée en rapport avec le signal sinusoïdal (MLI sinus). Ce traitement peut être aussi réalisé en numérique (MLI calculée).

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En ce qui concerne l’étude de la fonction MLI, elle se situe pratiquement entre les deux domaines principaux :  l’entraînement (algorithmes de commande)  l’électronique. Il faut cependant remarquer que l’étage MLI ne doit pas être confondu avec l’algorithme proprement dit de commande de la machine,comme certains auteurs le font en partant de la structure du modulateur qui peut être en boucle fermée ou ouverte. De la même manière, la commande commande DTC (Direct Torque Torque Control) Control) 1 est assez souvent souvent confondue avec son étage de génération des impulsions de commande de l’onduleur et même avec un filtre de Kalman 2 utilisé comme estimateur. Il existe plusieurs types de modulateurs utilisables pour réaliser la fonction MLI. Il se différentient bien de l’aspect génération de la modulante qui ne tient pas directement de la façon d’obtenir les impulsions de commande. Il faut aussi faire la différence entre la MLI et les boucles de contrôle par hystérésis hystérésis qui, de même que le DTC, ne peuvent peuvent être classifiées comme méthodes méthodes MLI, ceci parce que ce sont des méthodes qui fonctionnent d’une part en boucle fermée et d’une autre part ce n’est pas la durée de l’impulsion qui est directement contrôlée. Les onduleurs de tension peuvent être pilotés suivants plusieurs stratégies. A faible fréquence, ils sont pilotés en pleine onde, le signale de commande sera a la fréquence de la tension désiré à la sortie, et la source continu doit être réglable .A fréquence élevée, ils sont pilotés en modulation de largeur d’impulsion .Cette dernière stratégie permet de régler à la fois l’amplitude et la fréquence en gardent la source continu constante. A fine de produire de tension de sortie proche de la sinusoïde, différents stratégies de commande ont été proposées par des différents auteurs pour l’onduleur de tension. Nous étudiants les stratégies suivantes :  Commande en pleine onde,  Commande sinus triangle,  Commande par hystérésis, Commande à MLI vectorielle; vectorielle;  Commande Nous intéressons particulièrement dans ce cour pour les deux types de commandes commande sinus triangle et commande à MLI vectorielle. Modulation de Largeur Largeur d’Impulsion Sinus-Triangle Sinus-Triangle La modulation de largeur d’impulsion est réalisée par la comparaison d’une onde modulée basse fréquence (tension de référence) avec une onde porteuse haute fréquence de forme triangulaire. Les instants de commutation sont déterminés par les points d’intersections entre la porteuse et la modulante, la fréquence de commutation des interrupteurs est fixée par la porteuse.



Cette MLI sert à remédie ces problèmes et elle garentie les avantages suivantes : Variation de la fréquence de la tension de sortie,  Elimination de certaines harmoniques de tension;

F IG . 2 – Principe de l’MLI Sinus-Triangle Le principe de cette stratégie peut être résumé par l’algorithme suivant : ur ≥ u p s(t) = 1

Avec : ur :Tension de référence. u p : Tension de porteuse. s(t) : est le signale MLI résultant.



Si la référence est sinusoïdale, on utilise deux paramètres caractérisant la MLI : L’indice de modulation « m » qui est l’image du rapport de fréquence de la porteuse f p p sur la fréquence de référence f. (m =

f p f

=

T ref ) T

Le taux de modulation (le coefficient de réglage)

« r » qui est l’image du rapport des amplitudes de tension de la référence V mref sur la tension de la porteuse V mp . (r =

V mref ) V mp

Modulation Par MLI Vectorielle Dans ce qui suit, on a le schéma représentatif de la topologie d’un onduleur triphasée de tension donnée par la figure 4. On considère que les interrupteurs sont idéaux et présentent deux états possibles : fermé ( off ) ou ouvert (on).

F IG . 4 – La topologie d’un onduleur triphasé de tension On considère que les interrupteurs de chaque bras sont commandés par deux signaux complémentaires. Ainsi, on a besoin de trois signaux logiques logiques ( K a , K b etK c ) pour commander les six interrupteurs formant l’onduleur. Toutefois, dans la pratique il faut prévoir un délai entre les deux signaux pour ne pas court-circuiter la source U. La figure 5 fait le lien entre les différentes séquences, les vecteurs de tensions et l’état des interrupteurs formant l’onduleur



Pour expliquer le principe de la modulation par la méthode vectorielle, on fait appel au schéma suivant figure 6

F IG . 6 – Représentation vectorielle des tensions générées par l’onduleur Puisque chaque interrupteur a deux états (ouvert ou fermé), ce qui donne donc 2 3 = 8 combinaisons possibles représentées par huit vecteurs : Six vecteurs principaux (1 à 6) actif, la tension est appliquée aux bornes de la charge, Deux vecteurs de roues libres (7 et 8) inactif, pas de tension aux bornes de la charge; Les six vecteurs principaux sont déphasés, l’un par rapport à l’autre, de ( π3 ) formant ainsi six sections (triangles). Chaque vecteur correspond à une séquence bien définie composée de trois variables logiques qui pilotent instantanément les trois bras de l’onduleur.

Réferences Les

Différents Stratégies de Modulation,cours Université de toulouse département génie électrique THÈSE :Optimisation de la fonction MLI d’un onduleur de tension deux-niveaux par Bernard de Fornel Thèse préparée au sein du service Recherche et Développemen Développementt de Schneider Toshiba Toshiba Inverter Inverter Europe et du Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de l’ENSEEIHT UMR au CNRS N 5828 article https://fr.wikipedia.org/wiki/Modulation_de_largeur_d27impulsion cet article publiée le 21 juin 2012. ◦

Summary The PWM (Pulse Width Modulation) function is the interface between the control block of the electrical drive and its associated electrical motor. This function controls the voltage or current inverter (VSI or CSI) from the power block of the drive. Every performance of the system is influenced by the PWM that becomes therefore an essential element of the chain.

Modulation en Largeur d’Impulsion

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