Action sur la commande rapproch´ ee

Finalement, une action possible qui vient d’ˆetre ´evoqu´ee dans un cas particulier pour le convertisseur matriciel est de travailler sur la commande rapproch´ee des convertisseurs. Diverses m´ethodes ont ´et´e propos´ees dans ce sens dans la litt´erature.

1.2.4.a Limitation de l’excursion de tension de mode commun

Quelques m´ethodes de commande ont ´et´e propos´ees dans le but de r´eduire l’excursion crˆete-`a-crˆete de la tension de mode commun g´en´er´ee par le variateur. Elles s’appliquent aux onduleurs `a deux niveaux [Lai99; Lee05;Kim06] ou multiniveaux [Kim01; Gup07] ainsi qu’`a l’association d’un redresseur command´e et d’un onduleur [DB96]. Ces techniques fonctionnent en r´ealisant des choix de modulation sur les ´etats redondants (en s´electionnant ceux qui g´en`erent la tension de mode commun la plus faible) et sur les vecteurs utilis´es pour construire la r´ef´erence (par exemple en ´evitant le vecteur nul en deux niveaux)3

.

L’aspect n´egatif de ces techniques est qu’elles ne cherchent pas `a minimiser le nombre de variations devmcau cours d’une p´eriode de d´ecoupage. Or, on a vu en section1.1.2que ce sont les

dv/dtde la tension de mode commun qui sont `a l’origine du courant de mode commun : du fait de la nature capacitive du chemin de la figure1.7, le niveau devmcen r´egime permanent a en r´ealit´e peu d’importance. Ces m´ethodes peuvent donc, au mieux, r´eduire le contenu basse fr´equence de la tension de mode commun (les premiers harmoniques de la fr´equence de d´ecoupage) mais ne peuvent pas avoir d’effet significatif dans la bande de fr´equences qui nous int´eresse.

1.2.4.b Randomized PWM

L’id´ee recherch´ee par cette technique de modulation est de r´epartir le contenu spectral des tensions d´ecoup´ees au sein de familles d’harmoniques plus larges, mais moins hautes, qu’`a l’ordinaire. L’enveloppe du spectre de vmc s’en trouve donc r´eduite. Ce r´esultat est obtenu en apportant une part d’al´ea dans la modulation, et qui peut affecter :

→ la fr´equence de d´ecoupage ;

→ le rapport cyclique des impulsions ;

→ la position des impulsions dans la p´eriode de d´ecoupage,

ou appliquer une combinaison de ces m´ethodes. Injecter une composante variable sur la tension de mode commun (potentiel du neutre du moteur) permet ´egalement d’obtenir un r´esultat semblable.

Cette technique s’av`ere efficace sur la r´eduction des courants HF pour aider `a passer les normes, en particulier en appliquant une fr´equence de d´ecoupage al´eatoire sans modifier le rapport cyclique [Tse00;Mih06].

1.2.4.c Le flat top

Leflat top est une technique de modulation qui permet de ne faire commuter l’onduleur que sur deux bras au lieu de trois : durant toute la p´eriode de d´ecoupage, l’un des bras est donc “bloqu´e” et ne commute pas4

.

L’´economie ainsi r´ealis´ee de deux commutations par p´eriode de d´ecoupage diminue le nombre de variations dev∗

mc et supprime donc des impulsions de courant de mode commun : les niveaux de perturbations mesur´es au RSIL s’en trouvent r´eduits [Kar02]. De plus, cette limitation des commutations se traduit par un gain non n´egligeable sur les pertes par commutation de l’onduleur. En revanche, aucun gain n’est `a attendre du point de vue des surtensions car les ∆V et dv/dtde chaque commutation ne sont pas affect´es.

1.2.4.d Synchronisation des commutations

Les m´ethodes r´eduisant l’amplitude et le gradient des fronts de commutation, ´etudi´ees en sections 1.2.2 et 1.2.3, agissent individuellement sur chaque commutation. Cependant, il est possible de consid´erer l’effet simultan´e de plusieurs commutations et d’agir sur la commande afin de synchroniser diff´erents fronts pour que leurs contributions respectives, sur les PEM, se superposent et se compensent. On peut ainsi am´eliorer l’allure de la tension de mode commun ou les surtensions moteur.

◮ Am´elioration de la tension de mode commun

La tension de mode commun, d´efinie par la relation (1.2), ´evolue d’un ´echelon `a chaque commutation isol´ee de l’onduleur. Si, n´eanmoins, deux commutations ont lieu au mˆeme instant et que leurs effets respectifs survmc sont oppos´es (une variation positive associ´ee `a une variation n´egative), alors la tension de mode commun garde une valeur constante. On parle alors dedouble commutation.

Diff´erents auteurs ont appliqu´e cette m´ethode pour des onduleurs monophas´es [Kat06] et tri-phas´es `a deux niveaux [Cac99;Zit04], trois niveaux [Rat98;Zha00] et davantage [Ben02;Ren06;

Gup07; Rod04]. Afin de r´eduire au maximum les variations de la tension de mode commun, la quasi totalit´e de ces solutions (mis `a part [Zit04]) cherche `a synchroniser syst´ematiquement toutes les commutations r´ealis´ees, n’autorisant aucune variation de la tension de mode commun et ainsi travailler sur des ´equipotentielles devmc. ´Eventuellement, des commutations isol´ees sont permises ponctuellement pour changer de niveau de tension de mode commun afin d’augmenter l’amplitude de la tension d´elivr´ee au moteur [Cac99;Ben02]. De fait, cette technique, lorsqu’elle est employ´ee syst´ematiquement, est particuli`erement restrictive car la contrainte retenue (ef-fectuer exclusivement des doubles commutations) ne permet pas d’utiliser librement toutes les configurations de l’onduleur. On peut ainsi citer comme cons´equences n´egatives :

→ une diminution en amplitude du fondamental de la tension d´elivr´ee par l’onduleur ;

→ une perte de qualit´e de la tension de sortie en termes de contenu harmonique ;

→ l’impossibilit´e d’employer la technique du flat top ´evoqu´ee en section1.2.4.c;

→ une r´eduction des degr´es de libert´e de l’onduleur pouvant ˆetre sollicit´es pour satisfaire d’autres contraintes comme la r´egulation des tension du bus continu pour les onduleurs multiniveaux5

.

Par ailleurs, le comportement exact des doubles commutations sur les courants HF ´emis par l’onduleur est d´elicat et d´epend notamment de la gestion des temps morts, qui peuvent les d´esynchroniser et les rendre inefficaces [Lai04;Ben05]. De plus, la volont´e de n’effectuer que des doubles commutations rend ce ph´enom`ene difficilement ´evitable, comme nous le verrons au cha-pitre 3. Il est ´eventuellement possible d’utiliser des techniques de compensation de temps mort [Loh04], mais celles-ci compliquent la commande et nous verrons aussi que d’autres ph´enom`enes interf`erent sur le bon comportement des doubles commutation et doivent ˆetre pris en compte. Enfin, ces m´ethodes fond´ees sur une analyse vectorielle peuvent ˆetre difficiles `a implanter de mani`ere simple et n´ecessitent le plus souvent une modulation vectorielle6

(une modulation in-tersective est bien propos´ee dans [Zha00], mais g´en`ere deux fois plus de commutations que les m´ethodes classiques, ce qui n’est pas satisfaisant).

Les doubles commutations peuvent ´egalement ˆetre appliqu´ees pour faire co¨ıncider des com-mutations sur d’autres structures de variateur :

→ association d’un onduleur et d’un redresseur command´e [Lee00], les deux convertisseurs commutant de mani`ere synchrone autant que possible (mais pas en permanence) ;

→ utilisation de deux onduleurs alimentant la machine de part et d’autre des trois enroule-ments [Bai04] ;

→ emploi d’un convertisseur matriciel [Rza05] (m´ethode limitant grandement l’amplitude du fondamental des tensions de sortie).

◮ R´eduction des surtensions moteur

Il est difficile d’agir sur les surtensions par la commande du convertisseur car les tensions de mode diff´erentiel, naturellement d´ecoup´ees, sont celles appliqu´ees aux bornes des enroulements et doivent satisfaire aux r´ef´erences de tension. Pourtant, de la mˆeme mani`ere que des surtensions rapproch´ees peuvent se superposer et s’ajouter, il est possible de les compenser en choisissant un d´ecalage ad´equat.

C’est la m´ethode propos´ee dans [Lee02], qui utilise un onduleur `a trois niveaux pour sup-primer les surtensions qui devraient se produire avec un onduleur `a deux niveaux. En effet, le

5La section1.3.2.bd´ecrit ce probl`eme pour un onduleur `a trois niveaux.

potentiel interm´ediaire du bus continu permet de d´ecomposer un ´echelon d’amplitude ∆V en deux ´echelons plus petits d’amplitude ∆V

2 et espac´es d’une dur´ee 2τ, o`uτ est le temps de pro-pagation d’un front de tension dans le cˆable. De cette mani`ere, les contributions respectives des surtensions de chaque “demi ´echelon” (voir figure 1.10b) se superposent de sorte qu’un niveau haut de l’une co¨ıncide avec un niveau bas de l’autre, leur somme restant ainsi pratiquement constante.

On verra au chapitre 4 que les m´ethodes de r´eduction, par la commande, de la tension de mode commun g´en´er´ee par un onduleur poss`edent une contrepartie n´egative sur les surtensions g´en´er´ees aux bornes du moteur. D’autres m´ethodes de commande prenant en compte `a la fois les aspects courants HF et surtensions pourront alors ˆetre mises en œuvre afin de r´ealiser le meilleur compromis possible.