Etude de différentes structure de cascade à onduleur NPC à sept niveaux : application à la conduite de la machine asynchrone triphasée

Abstract

A travers cette étude, nous avons traité la possibilité de réalisation d'un changeur de fréquence à onduleur NPC à sept niveaux, appliqué à la conduite de la machine asynchrone triphasée. A cet effet, plusieurs structures de cascades ont été proposées ayant les redresseurs MLI (à deux, à trois et sept niveaux) comme pont d'entrée et pour pont de sortie l'onduleur à sept niveaux. Nous avons montré en particulier le problème d'instabilité des sources de tension continue de l'onduleur multiniveaux. Comme solution à ce problème, nous avons élaboré des algorithmes d'asservissement des redresseurs MLI. L'analyse en boucle fermée des performances de toutes les cascades proposées montre l'efficacité de l'asservissement pour certaines structures de cascade avec une limite du choix des capacités du pont d'entrée de l'onduleur. Afin d'élargir le champ de stabilité pour l'ensemble des cascades, nous avons introduit le pont de clamping. Ce mécanisme d'équilibrage inclue dans les différentes cascades proposées; permet d'avoir la stabilité et l'égalité de partage des tensions continues après un certain régime transitoire dû particulièrement à la structure du pont de clamping (Rc). L'étude en boucle fermée des cascade avec l'introduction du pont de clamping montre l'amélioration considérable du comportement des tension continues pour l'ensemble des cascades, avec la possibilité d'avoir la stabilité parfaite utilisant des capacités réduites. Ce mémoire comporte cinq chapitres: Le premier chapitre sera consacré à la modélisation de l’association onduleur NPC à sept niveaux et la machine asynchrone triphasée. Nous avons déterminé sous l’hypothèse de linéarité du circuit magnétique le modèle de la machine asynchrone triphasée. Ensuite, nous avons présenté les modèles de connaissance et de commande de l’onduleur à sept niveaux [Gheraia 99]. On montrera dans ce chapitre l’extrapolation des notions utilisées dans l’élaboration des modèles de commande des onduleurs à deux niveaux et à trois niveaux à celui à sept niveaux. Ainsi, on montrera le caractère général du modèle de commande élaboré pour l’onduleur à sept niveaux. Pour commander l’onduleur, nous avons proposé deux stratégies de modulation calculée en utilisant le modèle de commande. Une étude comparative entre les différentes stratégies de commande développées pour l’onduleur à sept niveaux sera établie. Dans le chapitre II, on présentera les différents convertisseurs AC/DC (redresseur MLI à deux, trois et à sept niveaux) permettant de générer une alimentation continue. Le comportement de l’association de ces différents convertisseurs AC/DC avec l’ensemble onduleur à sept niveaux - moteur asynchrone sera développé au cours de ce chapitre pour une stratégie de modulation calculée de l’onduleur vue dans le chapitre précédent. Ainsi, on met en évidence le problème d’instabilité des tensions continues d’entrée de l’onduleur à sept niveaux. Cette instabilité des tensions continues provoque non seulement la déformation de la tension de sortie de l’onduleur et la dégradation du facteur de puissance du côté réseau, mais elle conduit également à la destruction certaine de l’onduleur multiniveaux et la machine asynchrone. Cette situation, nous a conduit à trouver une solution à ce problème. Pour ce faire, on a proposé dans ce mémoire deux solutions complémentaires pour résoudre ce problème d’instabilité: - Asservissement des tensions continues d’entrée de l’onduleur - Pont de clamping On montrera dans le chapitre III, l’asservissement des différents redresseurs MLI (à deux, trois et à sept niveaux) afin d’asservir les tensions continues d’entrée de l’onduleur et contrôler ainsi le potentiel du point milieu, et avoir un facteur de puissance côte réseau proche de l’unité avec un minimum d’harmoniques. Dans le chapitre IV, nous présenterons le principe du pont de clamping et on développera un algorithme de commande de ce pont de clamping. Une étude en boucle ouverte des différentes cascades proposées dans le chapitre II, en introduisant le pont de clamping, sera développée en vue d’étudier l’influence de la structure du pont de clamping sur la stabilité des tensions continues d’entrée de l’onduleur à sept niveaux. Le dernier chapitre (Chapitre V) sera consacré à l’étude des performances des différentes cascades proposées, en utilisant les deux solutions complémentaires. Les résultats de cette étude montrent l’efficacité de cette solution afin de rendre les tensions continues d’entrée de l’onduleur à sept niveaux stables et égales, avec la possibilité de choisir des condensateurs de capacité réduite.