Application de l'automatique aux cascades à onduleurs à cinq niveaux à structure NPC

Abstract

L’objectif de cette thèse est la stabilisation des tensions continues d’entrée de l’onduleur de tension triphasé à cinq niveaux à structure NPC. Pour cela, plusieurs cascades utilisant un ou plusieurs redresseurs de courant à MLI à deux, trois ou cinq niveaux sont mis en œuvre. La commande de ces convertisseurs AC/DC en boucle fermée est basée sur le contrôle de la tension de sortie et sur celui des courants de réseau. Des régulateurs linéaires (PI,IP) et non linéaires (mode glissant et fonction de Lyapunov) seront utilisés. Différents ponts de Clamping seront ajoutés pour stabiliser parfaitement les quatre tensions continues d’entrée de l’onduleur à cinq niveaux à structure NPC. Nous avons organisé cette thèse en cinq chapitres: Le premier chapitre composé essentiellement de rappels est divisé en trois parties: - La première partie rappelle brièvement la modélisation de l’onduleur de tension triphasé à cinq niveaux en présentant sa structure, son modèle de commande et son modèle de connaissance. Deux stratégies à Modulation de Largeur d’Impulsions (MLI) y sont aussi présentées. - La seconde partie détaille la commande par flux orienté de la machine synchrone à aimants permanents en vue de sa commande en vitesse en utilisant des régulateurs linéaires (Proportionnel Intégral). - La troisième partie est consacrée à la commande à structure variable (mode de glissement) de la machine synchrone à aimants permanents. Dans tout le chapitre, les tensions d’entrée de l’onduleur sont supposées idéales, stables et constantes. Dans le second chapitre, les tensions continues d’entrée sont délivrées par des redresseurs à MLI en boucle ouverte. Nous présentons plusieurs structures utilisant un, deux ou quatre redresseurs à deux, trois ou cinq niveaux. Le but de ce chapitre est de mettre en évidence la dérive des tensions continues d’entrée de l’onduleur à cinq niveaux et ses conséquences sur les performances de la machine synchrone à aimants permanents. Le troisième chapitre est dédié à la présentation de stratégies de commande en boucle fermée des redresseurs utilisés dans les cascades vues aux chapitres précédents, basés sur le contrôle de la tension de sortie et sur celui des courants de réseau. Pour cela, on utilisera des régulateurs linéaires classiques (PI, IP). Le quatrième chapitre traite la commande des redresseurs par des régulateurs non linéaires. Dans la première partie, la commande à structure variable par mode de glissement sera utilisée pour la synthèse des régulateurs tandis que dans la seconde partie, la régulation des convertisseurs AC-DC sera réalisée par la méthode de Lyapunov. Les régulations linéaires et non linéaires du ou des redresseurs employés ne donnant pas entière satisfaction dans certains cas, nous proposons dans le cinquième chapitre deux solutions électroniques afin de stabiliser les tensions continues d’entrée de l’onduleur NPC à cinq niveaux. Pour cela, nous utilisons des ponts auxiliaires ou pont de Clamping insérés entre le ou les redresseurs et l’onduleur. Une conclusion générale clôture ce mémoire en faisant un bilan des commandes proposées.