Redresseur MLI Triphasé de Tension

Redresseur MLI Triphasé Triphasé de Tension Tension

1.

INTRODUCTION

L’accroissement des équipements électriques utilisant des convertisseurs statiques de type redresseur a connu un esso essorr impo import rtan antt auss aussii bien bien sur sur le plan plan indu indust stri riel el que que domesti domestique. que. C’est ainsi que le réseau réseau de distribu distributio tion n BT est le siège de perturbations importantes que le dist distrribut ibute eur a du mal à enrayer. an ans précau cautions par particuliè ulièrres! ces con convertisseu seurs sont pollua luants et absorbent des courants harmoniques qui ne sont pas sans e"ets sur l’onde de tension délivrée. #evant ce constat! il appara$t important de développer sur le plan industriel des disp dispos osit iti% i%s s de < <rage rage act acti% au nive niveau au cura curati ti%% et une une démarche préventive a&n de concevoir des alimentations non'polluantes! c’est'à'dire dotées d’une structure et d’un dispositi% de commande rendant le courant prélevé le plus sinuso(dal possible. #ans #ans ce cont conte) e)te te et depuis depuis une une di*ain di*aine e d’ann d’année ées! s! des conv conve ertis rtisse seur urs s sta statiqu tiques es nonp nonpol ollu lua ants nts à %act %acteu eurr de puissance élevé ont commencé à appara$tre sur le marché concer concerna nant nt surt surtou outt la conv conver ersi sion on +C,#C C,#C.. -n e"et e"et!! des des changements ont été apportés sur les ponts redresseurs conventionnels modi&ant leur structure ou leur système de commande a&n de réduire leur inection de courants harmoniques dans le réseau. Ces nouveau) convertisseurs +C,#C se distinguent par leur structure et par la manière de gérer les courants absorbés! ils sont répertoriés sous l’ap l’appe pell llat atio ion n de redr edresse esseur urs s à abso absorp rpti tion on de cour couran antt sinuso(dal. /armi ces structures! les plus répandues et les plus plus attr attrac acti tiv ves se trouve ouvent nt le redr edresse esseur ur MLI. 0l est caractérisé par un comportement quasi résisti% vis'à'vis du réseau d’alimentation. utre sa capacité à contr2ler les courants absorbés et à %onc %oncti tion onne nerr avec avec un %act %acteu eurr de puis puissa sanc nce e proc proche he de l’unité! le redresseur MLI peut également opérer sous deu) modes : redr redress essemen ementt et régéné régénérat ration ion.. 0l contr contr2le 2le ainsi ainsi l’éco l’écoule uleme ment nt de puiss puissan ance ce active active et réact éactiv ive e dans dans les les deu) directions. Cet avantage lui permet d’3tre e)ploité dans dans de mult multip iple les s appl applic icat atio ions ns!! plus plus part partic icul uliè ièrremen ementt celles %onctionnant %réquemment en mode de régé égénérat ératio ion n et néces cessita itant le contr2le de 4u) de Page

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puis puiss sance nce bidir directio ction nnel nel 6ent entra$nem nements à vitesse vari variab able les s par par e)empl emple7 e7.. Ce conv conver erti tiss sseu eurr cons consttitue itue actuellement un thème de recherche clé pour les spéc spécia iali list stes es du doma domain ine. e. Les reche echerrches ches e"ec e"ectu tuée ées s portent principalement sur les stratégies de commande surtout celles dites avancées 6prédictive! 4oue! réseau) de neurones!8..etc.7 ainsi que sur le choi) et le dimensionnement du <re d’entrée. #ans un redresseur MLI triphasé à absorption de courant sinuso(dal! la partie la plus importante et la plus délicate dans dans le cont contrr2le 2le du sys système tème glob global al est est la bouc boucle le de cou courant. nt. Les per%orm ormance nces de contr ntr2le du coura urant déterminant les prestations du système global. +u cours de ces dernières années! un intér3t particulier a été porté à l’étude des stratégies de contr2le qui o"rent de bonnes per%ormances en termes de rapidité! de précision et de robustesse. #e nombreuses méthodes de contr2le ont été proposées 9 la plupart de celles'ci peuvent 3tre classées dans dans un des des troi trois s grou groupe pes s : cont contrr2le 2le par par hyst hystér érés ésis is!! cont contrr2le 2le indi indirrect! ect! cont contrr2le 2le préd prédic icti ti%%. Le cont contrr2le 2le par par hystérésis classique est simple et bon marché. Comme carac caracté téri rist stiq iques ues avan avanta tageu geuse ses! s! il prése présent nte e une bonn bonne e rapidité et une bonne robustesse 6sa stabilité ne dépend pas des paramètres du système7. on plus grand inconvénient est que les variations de la %réquence de commu commuta tati tion on peuve peuvent nt produ produir ire e une une augm augment entat ation ion des des pertes par commutation 6hautes %réquences de commutation7 et la non élimination de quelques harmoniques d’ordre bas 6basses %réquences de commutation7. #iverses modi&cations ont été proposées pour trava travaille illerr à %réque %réquence nce de commut commutati ation on constan constante! te! mais mais pour pour incon inconvé vénie nient nts s une pert perte e de simpl simplici icité té et de robustesse robustesse ainsi que la nécessité nécessité de disposer d’une bonne connaissance des paramètres du système. #ans le cadre de cette problématique de recherche sur le %onctio %onctionnem nnement ent à %réque %réquence nce de commuta commutatio tion n constan constante te des convertisseurs convertisseurs de puissance! puissance! s’attache à étudier deu) techniq hnique ues s de com commande avancé ncées appliqué iquée es au redresseur MLI 9 ont pour r2le d’apporter une modi&cation sur la bande de contr2le par hystérésis et pour obecti% d’as d’assu surrer une une %réq %réque uenc nce e de comm commut utat atio ion n stab stable le a&n a&n Page

5;


d’amé d’amélio liorrer les les per% per%or orma mance nces s du redres edresse seur ur MLI. + cet e"et! après l’e)position l’e)position du principe de %onctionnement %onctionnement du redresseur MLI avec sa commande par hystérésis classique! nous allons introduire dans un premier temps la techn techniq ique ue #ead #ead''
puissanceunitaire et fréquence de commutation constante avec ces deux techniques intelligentes seront vérifiées par simulation numérique à l’aide du logiciel Matlab/Simulink. 2. PRINCIPE DU REDRESSEUR MLI TRIPHASE DE TENSION 2.1. Schéma de la Partie Puissance du Redresseur MLI Trihasé Trihasé de Tensi!n e redre redress sseu eurr MLI est simplement un onduleur de tension utilisé à l’envers permet de produire une tension continue à partir d’un réseau alternatif !comme un redresseur à diodes"# mais en absorption sinuso$dale de courant# donc à facteur de puissance unitaire . %l est construit à base des composants semi&conducteurs bidirectionnels !conduisant le courant dans les deux directions gr'ce aux diodes en antiparall(les" et commandés à l’ouv ’ouver ertu ture re et à la ferm fermet etur ure# e# tels tels qu quee les les IGBTs IGBTs pour de petites puissances et mo)ennes puissances ou les GTOs po pour ur les les grand grandes es puissances. %l est associé as socié généralement à deux étages passifs l’un du c*té continu et l’autre du c*té alternatif. ’étage passif du c*té alternatif# a comme fonction principale le filtrage. +elui du c*té continu a une double fonction# le stockage d’énergie et le filtrage de la tension continue# c’est des condensateurs qui assurent ces fonctionnalités. a figure , montre le schéma du redresseur MLI triphasé de tension sur lequel est basée notre étude.

"i#ure 1. +ircuit de puissance du redresseur MLI triphasé de tension.

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-utre l’absorption de courant sinuso$dal et le fonctionnement avec un facteu facteurr de pu puiss issanc ancee proch prochee de l’uni l’unité# té# le redr redress esseu eurr MLI peut aussi fonctionner dans deux t)pes de mode  redressement et régénération !fourniture !fourniture de la puissance active au réseau". +et avantage provient de sa capacité à contr*ler l’écoulement de puissance active et réactive dans les deux directions sur un large spectre harmonique. Pour cette raison# le redresseur MLI est est préf préfér éréé po pour ur les les ap appl plic icat atio ions ns fon onct ctio ionn nnan antt fréquemment en mode de régénération# telles que les entranements électriques surtout à courant alternatif o0 le redresseur fait partie du variateur de vitesse !convertisseur de fréquence". %l est aussi mis en oeuvre pour alimenter en alimenter en tension continue d’autres t)pes de charges. a seule contrainte du redresseur MLI réside dans le nombre d’interrupteurs d’interrupteurs de puissance de puissance utilisés !six interrupteurs avec diodes en antiparall(les" anti parall(les" et la comple complexi xité té de dess stra straté tégi gies es de co comm mman ande de.. +epe +epend ndan ant#t# l’év l’évol olut utio ionn technologique rapide et la décroissance progressive du co1t dans le domaine des s)st(mes de commande ! DSP DSP et microcontr*leurs" et des composants semi&conducteurs de puissance sont des facteurs favorables et incitatifs. 2n effet# une fréquence de commutation autour de 3 456 permet au convertisseur d’7tre exploité avec une puissance de quelques M8. 9e plus# une fréquence d’échantillonnage supposée égale à la fréq fréque uenc ncee de co comm mmut utat atio ionn est est su suff ffis isan ante te po pour ur l’im l’impl plan anta tatition on de dess stratégies de commande hautement performantes. 2.2. N!te sur le Ch!i$ des Eléments Passi%s de "iltra#e

a réve révers rsib ibililititéé en co cour uran antt de l’on l’ondu dule leur ur de tens tensio ionn au auto tori rise se so sonn fonctionnement en redresseur MLI . a structure de ce dernier associé à un filtre Ls d’entrée# illustrée sur la figure ,# est alors celle de l’onduleur de tension o0 le c*té continu constitué de deux condensateurs. :fin de respecter les r(gles d’interconnexion des sources# l’entrée est une source de courant car ce convertisseur n’est constitué que d’interrupteurs semi& condu conduct cteu eurs. rs. 9e plus# plus# la prés présenc encee de dess indu inducta ctanc nces es de coupl couplag agee est est indispensable pour assurer le contr*le des courants absorbés par le redresseur. 2n effet# quelque soit la technique utilisée pour générer les ordres de commande !S1# S2 et S3"# le redresseur peut imposer# de mani(re indirecte# la forme du courant dans ces inductances en contr*lant les tensi tensions ons v’ a , , v’ b , , v’ c mesurées par rapport au neutre du réseau. 2n d’autr d’autres es term termes es## la va varia riatio tionn du co cour uran antt préle prélevé vé dé défin finie ie pa parr dis/dt # en considérant considérant la résistance résistance série interne ;r s; négligeable# négligeable# est imposée par la tens tensio ionn ap appl pliq iqué uéee au auxx bo born rnes es de dess indu induct ctan ance ces. s. es es indu induct ctan ance cess se comportent aussi comme un filtre passe bas et limitent l’ondulation du courant à la fréquence de commutation. ’efficacité et les performances du pont redresseur MLI dé dépe pend nden entt de plus plusie ieur urss pa para ram m(tre (tres# s# en l’occurrence le choix des éléments passifs de filtrage qui lui sont associés# à savoir l’inductance de couplage Ls et le condensateur du bus continu Page

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Cdc.

+es deux éléments 56 ? c’est donc une boucle relativement lente au regard des boucles de courant. e calcul du condensateur établi selon ce crit(re s’av(re donc contraignant et satisfait indirectement les crit(res précédents. 2.&. S'st(mes d)E*uati!ns : partir du schéma de la figure ,# on peut déduire les équations du s)st(me 

!,"

es tensions de sortie du convertisseur par rapport au point milieu du c*té continu peuvent 7tre calculées à partir des fonctions de connexion (i de chacun des bras. Page

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!@" !A"

9ans le cas d’un s)st(me triphasé équilibré avec neutre isolé du point milieu du c*té continu# on démontre que  !B" 2n rempla=ant !A" et !B" dans le s)st(me d’équations d’équations !,"# on obtient  !3"

+e s)st(me d’équations met en évidence le couplage qui existe entre les trois phases# puisque l’évolution du courant d’une phase dépend de l’état des interrupteurs des trois. 9ans le s)st(me d’équations !,"# on voit que l’évolution du courant dans une phase dépend de la tension existante entre le point milieu du c*té continu et le neutre du c*té alternatif v-# qui dépend&elle m7me de l’état des interrupteurs des trois phases !équation !B"". 9onc# à partir de ces équations# on constante l’importance de la tension entre le neutre et le point milieu du bus continu v- qui agit comme une perturbation pour le contr*le du courant !figure @".

"i#ure 2. +ircuit équivalent pour le contr*le du courant absorbé de la phase C a D.

a figure @ montre la perturbation causée par la tension vO. ’existence d’harmoniques dans cette tension vO provoque l’apparition d’harmoniques d’harmonique s dans les courants de ligne. 9’ailleurs# des valeurs importantes de la tension vO peuvent provoquer la perte de contr*le du courant. Si Ev sa ) Page

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vOE F*dc/2# pour n’importe quelle valeur de la fonction de connexion (1#

la dérivée du courant est tou
es tensions v’ a# v’ b# v’ c peuvent prendre prendr e cinq valeurs différentes. di fférentes. 9ans le tableau ,# on peut remarquer aussi l’existence de deux états particuliers !*’+ et *’ "#"# o0 les phases duréseau sont court&circuitées. e vecteur v’-t.# correspond aux différentes tensions instantanées phase&neutre à l’entrée du redresseur# peut 7tre exprimé comme  !H"

Si on connait le vecteur tension# les tensions originales de chaque phase correspondent à la pro
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"i#ure &. Ieprésentation vectorielle de la tension du redresseur. &. CONTRO,E C,ASSI-UE DIRECT DU COURANT DE SOURCE

:vec l’adoption de nouvelles normes limitant le taux de pollution du réseau électrique de distribution# les onduleurs MLI triphasés de tension sont devenus le mo)en d’int interfa rfa=age le mieu ieux adapté pté pour le raccordement des équipements électroniques de forte puissance au réseau élect électriq rique ue.. %ls repré représe sente ntent nt ainsi ainsi un unee solut solution ion simple simple et fiabl fiablee po pour ur l’écoulement bidirectionnel des puissances électriques# nécessaire dans cert ce rtai aine ness ap appl plic icat atio ions ns tell telles es qu quee les les s) s)st st(m (mes es de leva levage ge## grue gruess# centrifugeuses de grande inertie et de conversion électrique dans les éoliennes. es onduleurs de tension peuvent constituer un étage de redressement gr'ce à leur capacité à contr*ler les courants absorbés et la tension du bus continu . ’avantage de l’onduleur de tension par rapport à celui de courant est indéniable et son utilisation dans de nombreuses applications se
5


nécessite le contr*le des puissances fondamentales active et réactive et de la minimisation de celles dues aux harmoniques. 9e plus# la composante continue de la tension du bus continu doit 7tre contr*lable quelque soit la nature de la charge connectée en sortie du redresseur# linéaire ou non& linéaire# passive ou active. e fait que la configuration de l’onduleur de tension soit simple# impose l’a
& e contr*le de la ten tension du bus contin ntinuu res reste un th( h(m me clé# lé# spécialement pour les filtres actifs et les redresseur MLI o0 le bus continu généralement n’est pas alimenté par une source continue. 2n revanche# le contr*le de la tension du bus continu n’est pas dissociable dissociable du contr*le contr*le en courant. a présence simultanée de ces deux boucles de commande ne permet pas d’aboutir aux performances optimales de chacune prises séparément surtout lors des régimes transitoires. & ’us usag agee d’un d’un filt filtre re d’ha d’harm rmon oniq ique uess c* c*té té alte altern rnat atif if né néce cess ssititee un unee procédure de dimensionnement propre et une anal)se approfondie de la stab stabililitité. é. +e filt filtre re pe peut ut infl influe uerr su surr la ca capa paci cité té de po pour ursu suititee du convertisseur convertisseur et donc sur l’amélioration l’amélioration des performances performances du contr*le contr*le de courant. Page

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es techniques de contr*le de courant les plus utilisés sont le contr*le par h)stérésis h)stérésis ou le contr*le MLI . +es techniques sont tr(s connues et ont été amplement étudiées dans le domaine de la conversion de l’énergie élec électr triq ique ue 9+/: 9+/:+. +. 9ans 9ans ce pa para ragr grap aphe he## on s’in s’inté tére ress ssee à l’ét l’étud udee anal)tique du contr*le de courant par h)stérésis. &.1. Structure l!+ale du C!ntr/le ar H'stérésis Classi*ue a structure globale du contr*le par h)stérésis classique des courants prélevés sur le réseau par un pont redresseur MLI triphasé est représentée sur la figure B.

"i#ure 0. Schéma de principe du contr*le direct des courants prélevés sur le réseau.

+omme nous l’avons dé<à signalé précédemment# les deux principaux ob
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de référence et ceux de la source sont envo)és aux comparateurs à h)stérésis. ’ensemble des trois sorties de ces comparateurs détermine les ordres de commande des interrupteurs constituant le pont. 9onc# chaque courant de source sera maintenu dans une bande d’h)stérésis autour d’une référence sinuso$dale et en phase avec la tension. &.2. !ucle de Ré#ulati!n de la Tensi!n du us C!ntinu Parmii les Parm les prin princi cipa paux ux ob ob
a commande en courant impose la puissance mo)enne transmise à la charge définie par la relation  !L"

2n négligeant les pertes actives dans le convertisseur et dans les inductances de couplage# l’application du principe de conservation de la puissance donne la relation entre la puissance active débitée par le réseau et celle re=ue en sortie du pont. 2lle s’écrit sous la forme  !"

: partir de !"# on déduit la fonction de transfert du premier ordre  Page

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!,>"

a fonction de transfert précédente se transforme sous la forme suivante 

!,,"

a fonction de transfert du régulateur P% est donnée par 

e s)noptique de la boucle de régulation du carré de la tension du bus continu est alors représenté sur la figure 3.

"i#ure . Schéma bloc de la boucle de régulation du carrée de la tension du bus continu.

a fonction de transfert du s)st(me étant identifiée à celle dNun premier ordre. es param(tres du correcteur P% sont déterminés par la méthode de compensation du p*le dominant avec une fréquence de coupure en boucle fermée $+ de ,> 56. 9eux relations élémentaires permettent la connaissance des param(tres de corr co rrec ectition on## so soitit le ga gain in prop propor ortition onne nell 0 et la co cons nsta tant ntee de tem temps dNintégration Ti 

!,A"

&.&. C!ntr/le ar H'stérésis Classi*ue +omme nous l’avons montré précédemment# la tension simple d’une phase à l’entrée du pont ne dépend pas uniquement de l’état des deux interrupteurs du bras correspondant# mais elle est aussi en fonction de l’état des interrupteurs des deux autres bras. : cet effet# le courant dans une phase n’est donc pas indépendant des deux autres courants# mais la Page

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structure impose qu’à chaque instant la somme des trois courants soit nulle. a partie la plus importante et la plus délicate dans le contr*le du s)st(me global est le contr*le des courants. 9ans ce cas# ce contr*le devient difficile car le neutre est isolé du pont milieu du bus continu. 9ans ce paragraphe# on fait anal)ser le principe du contr*le de courant par h)st h) stér érés ésis is clas classi siqu quee à ba band ndee fixe fixe !O !Oix ixed ed& &an andd 5)st 5)ster eres esis is +urr +urren entt +ontrol". ors de cette anal)se# nous présentons le probl(me principal qui réside dans les interactions entre les phases# influant négativement sur la fréquence de commutation# subséquemment sur la qualité du courant prélevé au réseau. Pour remédier à ce probl(me# on met en évidence un découplage au niveau de l’erreur de courant lors de la comparaison en vue de fournir les ordres de commande du redresseur MLI . : la fin de ce paragraphe# on présente les résultats résultat s de simulation obtenus# obt enus# en mettant en évidence les améliorations apportées par les modifications proposées dans ce travail. &.&.1. Anal'se 3athémati*ue Si on consid(re trois courants de référence sinuso$daux fictifs i sa# i sb#i sc fournis par le par le réseau# ces courants engendrent trois tensions de référence données par 

!,B"

Si on soustrait !," de !,B" et on néglige l’effet de la résistance rs# on obtient le s)st(me d’équations 

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!,3"

5 1>


:vec ec## a, b, c sont les erreurs des courants des trois phases de la source. Pour éviter les interactions entre les phases# l’erreur de courant pour chaque phase doit 7tre 7t re découplée en deux parties. partie s.

!,H"

9onc# le s)st(me d’équation !,3" peut 7tre séparé en deux sections  e s)st(me d’équations de l’erreur de courant découplée 

!,K"

Qn seul terme peut assurer le découplage entre les trois phases# il s’écrit sous la formule suivante 

!,L"

Sur la figure H# on représente pour la phase C a D l’évolution de l’erreur de courant courant découplée à l’intérieure l’intérieure de la bande d’h)stérésis d’h)stérésis et la tension du bras du redresseur redresseur MLI . +ette erreur évolue linéairement# sa croissance et sa décroissance dépendent du signe de la différence va)va4

"i#ure 4. 2rreur de courant découplée et la tension du bras du redresseur MLI .

: partir du s)st(me d’équations !,K" et de la figure H# on peut déduire l’expression de la période de commutation correspondante à la phase C a D qui présente une variation lors du fonctionnement.

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!,"

9e !,"# on déduit la nécessité d’avoir à tout moment 5va 56 *dc/2 pour pouvoir contr*ler pouvoir contr*ler le signe de la pente de l’erreur de courant découplée et de cette fa=on# arriver à la maintenir dans la bande d’h)stérésis. &.&.2. Résultats de Simulati!n Sur le tableau @# on indique les param(tres du s)st(me simulé. Ta+leau 2. Param(tres du s)st(me simulé

a7 "!ncti!nnement sans Tenir C!mte de Déc!ula#e de l)Erreur de C!urant

: partir des résultats présentés sur la figure K# on constate que le redress redresseur eur MLI triphasé prél(ve au réseau un courant quasi sinuso$dal !figure K.a". e T5D du courant prélevé est important  3.HR pour un rang B> et ,>.K pour un rang ,@> !figure K.b". ’importance de la distorsion harmonique en courant vient des interactions entre les phases à cause de couplage crée par la tension entre le neutre et le point milieu du bus continu vO qui agit comme une perturbation pour le contr*le du courant. +eci est bien montré à partir de l’allure de l’erreur de courant qui sort de la bande d’h)stérésis choisie !figure K.c"# de l’allure du vecteur courant qui dépasse l’hexagone imposé par l’h)stérésis !figure K.d" et de l’allure de la fréquence de commutation qui présente une variation aléatoire !figure K.e".

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5 1@


"i#ure "i#ure 8. Iésultats de simulation du s)st(me en régime permanent sans découplage de l’erreur de courant !a". +ourant de source isa# !b". Spectre harmonique associé à isa. !c". !c". 2rreur de couran antt a# !d". !d". Gecteu cteurr co cour uran ant#t# !e". !e". Or Oréq éque uenc ncee de commutation $c. +7 "!ncti!nnement en Tenant C!mte de Déc!ula#e de l)Erreur de C!urant a figure L montre les résultats obtenus dans le cas du contr*le de courant classique en tenant compte de découplage de l’erreur de courant. -n constate que le courant prélevé au réseau est sinuso$dal !figure L.a"# son T5D est de A.>LR pour un rang B> et L.@@R pour un rang ,@> !figure L.b"# valeur inférieure à celle obtenue avec le contr*le sans découplage de l’erreur de courant. a diminution de la déformation en courant vient de l’élim l’élimina inatio tionn de la pe pertu rturba rbatio tionn prov provoqu oquée ée pa parr la tens tension ion vO pour le contr*le du courant. +omme on peut l’observer aussi# le découplage de l’erreur de courant permet à l’allure de l’erreur de courant découplée de rester à l’intérieur de la bande d’h)stérésis choisie !figure L.e" et à l’allure du vecteur courant de ne pas sortir de l’hexagone !figure K.f"# ce qui montre que la variation de la fréquence de commutation co$ncide avec son expression théorique# la limite maximale de celle&ci est de 3 456 et la limite minimale est de presque @ 456 !figure L.g". "i#ure 9. Iésultats de simulation du s)st(me en régime permanent avec découplage de l’erreur de courant  !a". +ourant de source i sa# !b". Spectre harmonique associé à i sa. !c". 2rreur 2rreur de courant courant a# !d". 2rreur 2rreur de découp découplag lagee ’ # !e". 2rreur de courant decouple a1# !f". Gecteur courant# !g". Oréquence de commutation $ c.

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&.0. "ONCTIONNE3ENT A "RE-UENCE DE CO33UTATION "I:E Qne fois obtenu un fonctionnement semblable à celui du redresseur avec neutre relié# on peut peut intr introd odui uire re une une modif modific icat atio ionn à la band bandee d’h) d’h)st stér érés ésis is pour pour comm commut uter er à fréquence fixe. 9’apr(s l’expression !,"# on peut calculer la valeur de la bande d’h)stérésis à tout instant pour commuter à fréquence fixe .

!@>"

+ette méthode offre les meilleures prestations# puisqu’elle poss(de la rapidité du contr*le par h)stérésis et a
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Pour travailler à fréquence fixe tout en conservant les aspects de la robustesse# la précision et la rapidité# nous introduisons une nouvelle philosophie de contr*le basée sur deux techniques avancées différentes. 9u fait de sa grande importance# la premi(re technique exploitée est la techn techniqu iquee 9ead 9ead& &ea eatt à h) h)st stéré érésis sis dé dé<à <à dé déve velop loppé péee da dans ns le ch chap apitr itree précédent qui a montré des performances supérieures pour le s)st(me de filtrage actif. a seconde permet de modifier la bande d’h)stérésis de fa=o fa=onn inte intellllig igen ente te à l’ai l’aide de d’un d’un s) s)st st(m (mee à logi logiqu quee flou flou.. +es +es de deux ux techniques présentent une solution tr(s intéressante pour le redresseur MLI . ’élab élabor orat atio ionn de ce cess no nouv uvel elle less tech techni niqu ques es co cons nstititu tuee l’ob l’ob.@@R pour un rang B> et A.L@R pour un rang ,@>" et les harmoniques restants sont réunies autour de la fréquence choisie !figure .b"# ce qui facilite beaucoup le filtrage. +omme on peut l’observer# l’erreur de courant obtenue apr(s l’opération de découplage !figure .e" oscille dans une enveloppe variable et contr*lée à chaque instant. e bon contr*le de cette derni(re permet au vecteur courant de rester à l’intérieur de l’hexagone !figure .f" et de fixer la fréquence de commutation à la valeur choisie 3 456 !figure .g" avec une bonne s)nchronisation des impulsions# dont l’erreur de phase varie autour de 6éro !figure .h".

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"i#ure >. Iésultats de simulation du s)st(me avec le contr*le 9ead&eat à h)stérésis en régime permanent !a". +ourant de source i sa# !b". spectre harmonique associé à i sa. !c". 2rreur de courant  a# !d". 2rreur de découplage  ’# !e". 2rreur de courant decouple a,# !f".Gecteur !f".Gecteur courant# !g". Oréquence de commutation $ c# !h". 2rreur de phase 67a. &.0.1.2. "!ncti!nnement Pertur+é a7 C!m!rtement du Redresseur Redresseur MLI ,!rs d)une Pertur+ati!n au C/té S!urce -n suppose dans ce test la présence de l’harmonique d’ordre 3 dans les tensions de la source d’alimentation avec une amplitude de ,>R du terme fondamental.

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"i#u "i#urre 1? 1?.. Iésultats de simulation du s)st(me avec le contr*le 9ead&eat à h)stérésis lors d’une perturbation au c*té source  !a". Tensions de source vsa# vsb # vsc# !b". +ourants de source isa, isb , isc . !c". Tension Tension et courant d’une phase vsa et isa !multiplié par un gainU,>". 9’apr(s les résultats de ce test !figure ,>"# on remarque que malgré la distorsion des tensions de la source d’alimentation# les courants de celle& ci restent sinuso$daux. +eci est d1 à la présence du module P qui comp co mpen ense se les les pe pert rtur urba batition onss de la so sour urce ce et dé délilivr vree troi troiss sign signau auxx sinuso$daux unitaires. +7 C!m!rtement du Redresseur MLI ,!rs de la @ariati!n de la C!nsi#ne du us C!ntinu es résultats présentés sur la figure ,, sont obtenus lors du premier test# dont la référence de la tension du bus continu est augmentée de A>> à AB> G puis diminuée de AB> à A>> G. Tandis que ceux présentés sur la figure ,@ sont obtenus lors du second test# o0 la référence de la tension du bus continu est diminuée de A>> à @H> G puis augmentée de @H> à A>> G. -n consta constate te que la tech techniq nique ue 9ead 9ead& &ea eatt à h) h)sté stéré résis sis offr offree un co contr ntr*le *le persistant lors des perturbations de la tension du bus continu et le temps de réponse du s)st(me face à ces transitoires est de >.>3 s [email protected] +)cles". Page

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"i#ur "i#uree 11. Iésultats de simulation du s)st(me avec le contr*le 9ead& eat à h)stérésis lors d’une augmentation de *dc de A>> à AB> G et puis d’une diminution de AB> à A>> G  !a". +ourants de source isa, isb et isc. !b". Tension du bus continu *dc# !c". :mplitude des courants de référence sm. I sm.

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5 ;1


c7

"i# "i#ure ure 12. Iésu Iésultltat atss de simu simula latition on du s)st( s)st(me me avec avec le cont contr* r*le le 9ead 9ead&e &eat at à h)stérésis lorsd’une diminution de * dc dc de A>> à @H> G et puis d’une augmentation de @H> à A>> G !a". +ourants de source i sa , i sb et i sc# !b". Tension du bus continu * dc dc# !c". sm. :mplitude des courants de référence I sm

C!m!rtement du Redresseur MLI ,!rs de la l a @ariati!n @ariati!n de la Char#e a figure ,A montre les résultats obtenus lors d’un régime transitoire de la variation de la charge. 9ans ce test# Jous avons provoqué une diminution de la résist istance connectée au bus continu inu de AA.AR .AR puis une augme augmenta ntatio tionn de 3> 3>R R po pour ur un unee réfé référen rence ce co const nstan ante te *dcUA>> G. -n constate que le contr*le 9ead&eat à h)stérésis présente une bonne stabilité face à des variations de la charge. a tension du bus continu présente un dépassement à sa consigne de ,> G pendant l’augmentation de la charge et une diminution de ,> G pendant la diminution de la charge et le temps de réponse du s)st(me face à ce genre des transitoires est important !>.,B s !K +)cles"". Page

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+as  9iminution de la charge.

+as  :ugmentation :ugmentation de la charge.

"i# "i#ure ure 1&. Iésu Iésultltat atss de simu simula latition on du s)st( s)st(me me avec avec le cont contr* r*le le 9ead 9ead&e &eat at à h)stérésis lors de la variation de la charge !a". +ourants de source i sa , i sb et i sc# !b". Tension du bus continu * dc sm. dc# !c". :mplitude des courants de référence I sm

0.2. "!ncti!nnement ; "ré*uence "i$e ; l)Aide l) Aide de la Techni*ue Techni*ue "l!ue 0.2.1. Princie Princi e de la Techni*ue Techni*ue Pr!!sée 9ans ce paragraphe# la méthodologie de réglage proposée pour fixer la fréquence de commutation repose sur l’utilisation d’une technique de logique floue# dont la loi de commande par h)stérésis conventionnelle est remplacée par une série des r(gles linguistiques de t)pe si !condition" Page

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alors !action". 2n négligeant la résistance rs et en rempla=ant va par sa valeur !s)st(me d’équations !,B"" dans l’équation !@>"# on obtient 

!@,"

9’apr(s l’équation !@,"# on peut remarquer que pour a
ure 10. 10. Structure de la technique de commande floue à h)stérésis de la phase Ca D.

"i#

es caractéristiques principales du régulateur flou développé sont les suivantes  W +inq ensembles flous pour chaque entrée et chaque sortie ? W es fonctions d’appartenance sont de forme triangulaire pour la simplicité !fig ,3" ? W a fu66ification avec un univers de discours continu ? W ’implication ’implication utilise l’inférence min&max de 2. Mamdani ? W a défu66ification par centre de gravité. & es es cinq cinq ense ensemb mble less flou flouss des des varia variabl bles es d’en d’entré tréee v sa-n.# di sa-n./ -n./dt dt sont  N !Jégative grande"# N3 !Jégative mo)enne"# E !Julle"# P3 !Positive mo)enne" et P !Positive grande".

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& es cinq ensembles flous de la variable de sortie 8 a-n. sont  PTP !Positive !Positive tr(s petite"# PT !Positive !Positive petite"# P3 !Positive !Positive mo)enne"# mo)enne"# P !Positive grande" et PT !Positive tr(s grande". a figure ,3 montre les fonctions d’appartenance utilisées dans la fu66ification pour ces variables.

!a". Tension de source vsa-n.4

!b". 9érivée du courant de référence disa-n./dt4

!c". ande d’h)térésis 8 a-n.4 "i#ure 1. Iépartition des fonctions d’appartenance  !a" et !b" Gariables Gariables d’entrée# !c". Gariable de sortie.

e tableau ci&dessous donne l’ensemble des r(gles floues utilisées dans la conception de ce régulateur. %l permet d’agir tr(s localement sur la surface de commande et donc une variation de l’un de ses param(tres n’aura qu’une répercussion locale sur la réponse globale. e nombre de param(tres à régler ici est @> param(tres. -n a aussi 3 param(tres inexistants? ils sont indiqués par !X"# car il ) a un déphasage de presque >Y entre les variables d’entrée du régulateur flou. Ta+leau Ta+leau &. I(gles floues.

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0.2.2. Résultats de Simulati!n

Pou ourr une fréquence de commutati tatioon 3 456# nous prés résenton tons respectivement sur la figure ,H et la figure ,K les résultats obtenus en régime permanent et en régime transitoire lors de la variation de la charge.

a7 "!ncti!nnement en Ré#ime Permanent

"i#u "i#ure re 14. 14. Iésultats de simulation du s)st(me avec le contr*le flou à h)stérésis en régimepermanent !a". +ourant de source i sa# !b". Spectre harmonique associé à i sa. !c". 2rreur de courant a# Page

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!d". 2rreur de découplage ’ # !e". 2rreur de courant découplée a1# !f".Gecteur courant# !g". Oréquence de commutation $ c.

a bonne efficacité efficacité de fonctionnemen fonctionnementt du redresseur MLI commandé par la technique floue à h)stérésis proposée dans ce travail est .3KR pour un rang B> et 3.KLR pour un rang ,@>". +7 "!ncti!nnement en Ré#ime Transit!ire ,!rs d)une @ariati!n de la Char#e

"i# "i#ure ure 18. Iésultats de simulation du s)st(me avec le contr*le flou à h)stérésis lors de la variation de la charge !a". +ourants de source i sa , i sb , i sc# !b". Page

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Tensio nsionn du bus bus cont contin inuu * dc !c". :mplit mplitud udee des des cour couran ants ts de réfé référen rence ce dc# !c". Oréquence de commutation $ c4

I s#

!d".

es résultats présentés sur la figure ,K sont obtenus pour un test de variation de la charge# o0 la résistance de la charge connectée au bus continu subit une augmentation de 3>R à l’instant >.@ s# puis une diminution de 3>R à l’instant >.B s pour une référence constante *dcUA>> G. -n constate que le contr*le flou à h)stérésis poss(de un comportement stable lors de la variation de la charge et la tension du bus continu présente une variation à sa consigne de ,> G avec un temps de régime transitoire important >.,B s !K +)cles". . CONC,USION 9ans cette partie# nous avons présenté# en un premier temps# le principe de fonctionnement du redresseur MLI triphasé avec son contr*le direct en courant par h)stérésis. Jous avons mis en évidence évi dence lNimportance de la l a structure à neutre isolé et nous avons réalisé un découplage au niveau de l’erreur de courant afin de compenser les interactions entre les phases. 2nsui 2nsuite# te# no nous us av avon onss ex exam aminé iné le fonct fonction ionnem nemen entt du redres redresse seur ur MLI commandé par la technique 9ead&eat à h)stérésis# o0 des résultats de simulation ont été présentés pour différents régimes
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Redresseur MLI Triphasé de Tension

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