Modélisation de l’onduleur triphasé

On peut distinguer deux types d’onduleur suivant la nature du générateur et du récepteur entre lesquelles il est branché :

 Les onduleurs de tensions qui sont alimentés par une source de tension continue. Ils sont réservés aux installations de petite et moyenne puissance, inférieure à 10 [kW].

 Les onduleurs de courants qui sont alimentés par une source de courant continue. Ils sont réservés aux grandes puissances, de quelques centaines de kW à 1[MW].

L’onduleur de tension MLI triphasé est constitué de trois bras utilisant des interrupteurs à trois segments. Les composants de puissances (interrupteurs) sont déterminés en fonction des niveaux de la puissance et la fréquence de commutation. En règle générale, plus les composants sont rapides (fréquence de commutation plus élevée), plus la puissance commutée est faible et inversement.

 Les transistors MOSFET, ces composants sont très rapides mais de puissances relativement faibles.

 Transistor bipolaire, mois rapide que les MOSFET mais d’avantage plus puissant (quelque KHz à une dizaine de kW).

 Transistors IGBT, sont des composants de gamme standard (jusqu’à 20 [kHz] à des dizaines de kW).

 Les thyristors GTO, commutent très lentement les grandes puissances.

 Les thyristors sont commandable à l’ouverture mais à la fermeture dépend du circuit extérieur.

La puissance [kW] comme étant la fonction de la fréquence [kHz] peut être schématisée comme suit : kW

Chaque interrupteur est représenté sur la figure ci-dessous.

 K ouvert T bloqué et D en inverse

 K fermé T commandé

 Si i>0 : T conduit

 Si i<0 : D conduit

Figure 2-12 : Un interrupteur

L’onduleur triphasé est représenté par la figure ci-dessous, il est constitué par six diodes et six transistors. Pour les variateurs de puissance inférieure à 200 [KW], on utilise systématiquement des transistors IGBT. Pour des puissances de quelques centaines de [KW] à 3 [MW] environ, nous employons des thyristors GTO. On distingue, d’une part les tensions de branches U10, U20, U30 mesurées par rapport a la borne (-) de la tension Ue et d’autre part, les tensions de phases u1, u2, u3 mesurées par rapport à un neutre flottant. Les diodes servent à assurer la continuité du courant dans la charge inductive.

Stratégie de commande :

On crée deux signaux :

 Un signal sinusoïdal d’amplitude et de fréquence variable f appelé référence.

 Un signal triangulaire de fréquence très élevée fp appelé porteuse.

Ces deux signaux sont comparés. Le résultat de la comparaison sert à commander l’ouverture et la fermeture des interrupteurs du circuit de puissance. Pour éliminer les harmoniques de rang pair, l’indice de modulation m f doit être entier et impair multiple de trois. Notons que les harmoniques de rang pair provoquent :

 Un échauffement au niveau de l’enroulement statorique

 Une création de signal parasite.

La figure suivante montre le schéma de principe de commande d’un interrupteur. L’amplificateur opérationnel est utilisé pour détecter l’égalité ou l’inégalité (plus petit ou plus grand) des amplitudes de deux signaux.

Cette commande peut comporter :

-Un générateur de tension en dent de scie

-Un comparateur non inverseur logique auquel on applique :

· Sur l’une des entées les tensions en dent de scie ou porteuse.

· Sur l’autre, la modulatrice ou onde de référence.

-Une porte Non.

Objectifs de la MLI :

L’objectif de la MLI, c’est la minimisation ou la réduction des oscillations sur la vitesse, le couple et les courants. Cela permettra de réduire la pollution du réseau électrique en harmonique, avec minimisation des pertes dans le système et par conséquent augmenter le rendement.

Choix des composants de puissances :

Trois possibilités ont été étudiées :

La première solution est l’utilisation est l’utilisation de transistors seuls et de diodes seules. Le composants seront associés comme ceci

Le transistor est de type IGBT. La diode est une diode de type commutation rapide. L’inconvénient de cette solution est le grand nombre de composants. Cependant la différence de prix pour un seul prototype est négligeable.

Le module transistor-diode inclus dans le même boîtier un transistor IGBT et une diode de puissance.

Figure 2-16 : Module transistor-diode intégrés

L’avantage de ce type de composants sur la solution précédente et que le nombre de composants est réduit de moitié. Le seul inconvénient est le prix qui est plus élevé.

Ce type de module inclus la totalité du pont onduleur, c’est-à-dire les six transistors et les six diodes. Le principal avantage de ce modèle est qu’il s’agit d’un composant unique. L’inconvénient majeur de ce composant est le prix.

La solution retenue sera le module transistor-diode intégrés.