E Comparaison de cette structure avec d’autres onduleurs multiniveaux

Figure V-19 Répartition des pertes dans les différents composants pour la commande à moindre effort de commutation : A) PF=0.86 et B) PF=0

La répartition des pertes avec la dernière commande (Figure V-19) est encore meilleure qu’avec la précédente commande, même si celle-ci comme les deux autres possèdent la majorité des pertes dans les composants partagés. Néanmoins, les composants qui ne sont pas partagés restent avec des valeurs convenables. L’idée pour une réalisation de cette structure peut être d’utiliser des composants plus performants pour les interrupteurs partagés ou encore un système de refroidissement différent entre les interrupteurs propres à chaque phase et les autres interrupteurs, car ceux-ci limitent les performances globales de la structure par leurs pertes assez élevées.

Globalement cette commande est la meilleure des trois commandes aux niveaux des pertes totales engendrées par les interrupteurs. Effectivement cette commande a pour but de limiter les pertes par commutation qui sont prédominantes. De limiter celle-ci permet donc d’avoir un meilleur rendement pour cette structure.

V.E.Comparaison de cette structure avec d’autres onduleurs

multiniveaux

Afin d’évaluer les performances de cette structure, une étude comparative avec d’autres structures de conversion mieux connues a été conduite. Ces structures sont le convertisseur Neutral Point Clamped (NPC) 3 niveaux et la structure qui se rapproche le plus de la structure partagée, c'est-à-dire l’ASNPC. L’évaluation se fait sur plusieurs points d’abord sur le nombre de composants, sur les caractéristiques de la fréquence en sortie et les pertes globales dans cette structure. La comparaison des pertes a été effectuée dans les mêmes conditions que pour l’analyse de pertes précédente. Les différents résultats de cette étude sont résumés dans le Tableau V-2.

CHAPITRE V. Structure à Partage de Composants

Structure à Partage

de composants NPC triphasé ASNPC triphasé

IGBT+Diode 6 [E] + 10 [E/2] 12 [E/2] 24 [E/2]

Diodes de Clampe 0 6 [E/2] 0 Fréquence de découpage Apparente 1000 1000 2000 Pertes totales pour PF=0.86 21070 16456 24292 Pertes totales pour PF=0 17008 15369 23453

Tableau V-2 Tableau comparatif entre les différentes structures de conversion

La structure est assez avantageuse sur le nombre de composants qui composent la structure comparée aux deux autres structures. Mais au niveau de la fréquence apparente, l’ASNPC peut doubler celle-ci par rapport à la fréquence de découpage des interrupteurs alors que ce doublement n’est pas possible avec les deux autres structures. Tout de même cette structure n’est pas optimale au niveau des pertes totales. La structure NPC possède de meilleures performances au niveau global, mais la répartition de ces pertes n’est pas très bonne alors qu’elle peut être contrôlée dans le cas de l’ASNPC. Les résultats des Figure V-17, Figure V-18, Figure V-19 ont montré que, mis à part les interrupteurs partagés, les autres IGBT et diodes ont des pertes équivalentes.

V.F.Conclusion

Le partage de composants est une technique pour essayer de limiter le nombre global de composants dans les structures multiniveaux. En effet l’utilisation de structures multiniveaux impose dans la plupart des cas une augmentation du nombre de composants. L’idée de partager certains d’entre eux peut être une idée pour réduire ce nombre dans certain cas. Néanmoins ceci n’est pas possible avec toutes les structures car pour pouvoir partager certains composants entre les différentes phases, cela impose certaines conditions. L’une des principales pour pouvoir partager des composants concerne le nombre de redondances que possède la structure initiale.

La structure proposée ASNPC et une variante du NPC et offre la possibilité de partager les différents interrupteurs entre les différentes phases pour le cas triphasée. Les redondances permettent en effet de partager certains composants. Le partage entraîne la perte de certains avantages de cette structure tels que l’augmentation de la fréquence de découpage apparente par rapport à la fréquence de découpage des interrupteurs, ou encore une tenue de tension identique égale à E/2 sur tous les composants. Sur cette structure, différentes commandes ont été implantées qui ont pour but soit de répartir les pertes dans les différents composants, soit d’essayer de réduire les pertes par commutation ce qui a pour conséquence de réduire les pertes totales dans la structure. Néanmoins cette structure n’est pas vraiment avantageuse par

V.F Conclusion

rapport à des structures multiniveaux équivalentes en termes de niveaux de tension en sortie, de formes d’ondes en sortie, ou encore de tenue en tension des composants

Partie III : Mise en Œuvre de

Structures de Conversion

CHAPITRE VI. Structures Multiniveaux Hybride Série-Parallèle

CHAPITRE VI

STRUCTURES MULTINIVEAUX HYBRIDE SERIE-

PARALLELE

VI.A. Introduction

Les convertisseurs multicellulaires parallèles constituent une famille de convertisseurs multiniveaux. Souvent construits par dualité des convertisseurs multicellulaires séries, ils ont trouvé leur place dans de nombreuses applications telles que les « Voltage Regulator Modules » (VRM), le réseau de puissance automobile ou les onduleurs de secours de forte puissance [COS]. Si les convertisseurs multicellulaires séries permettent d’augmenter la tension du bus continu en entrée de l’onduleur, les convertisseurs parallèles permettent d’avoir des courants plus importants en sortie.

Outre la possibilité d’augmenter le courant, les convertisseurs multicellulaires parallèles possèdent les mêmes avantages que les autres structures multiniveaux en terme de dimensionnement des composants : réduction des calibres (de courant pour les structures multiniveaux parallèles, de tension pour les multiniveaux séries), amélioration des formes d’ondes à l’entrée et à la sortie qui peuvent entraîner une réduction de la masse de certains composants, ou encore la modularité de ces types de convertisseurs qui permettent de répondre assez rapidement à une modification du cahier des charges. Tout ceci entraîne bien sûr une réduction du coût total du convertisseur. Mais la mise en œuvre de ce genre de convertisseur entraîne aussi quelques inconvénients lors de l’application du principe permettant d’améliorer les formes d’ondes en sortie. Ces problèmes sont présentés dans la suite ainsi que les différents principes de correction.

Les structures multicellulaires parallèles permettent d’augmenter le courant en sortie, alors que les structures séries accroissent la tension du bus continu. Il est alors possible d’avoir une nouvelle catégorie de convertisseurs qui permettent d’augmenter ces deux paramètres en même temps. Dans la suite de l’étude sont présentés deux onduleurs. Le premier de ces onduleurs est basé sur la structure de l’Active-NPC utilisant un partage de composants. L’autre structure est une mise en parallèle de deux structures multicellulaires séries. Cette mise en parallèle implique de nouveaux défis pour éviter des problèmes déjà connus et corrigés indépendamment pour ces deux types de convertisseurs.

De ces deux structures a été conçu un prototype de moyenne puissance qui a permis de valider un grand nombre de résultats. De plus ce prototype a été conçu dans le but d’avoir une certaine modularité permettant de tester ces deux convertisseurs en modifiant uniquement le busbar. Pour la structure à partage de composants, une commande a été implantée. Celle-ci a été réalisée en commande numérique avec un FPGA dans lequel a été implanté un processeur permettant de réaliser des traitements légers qui corrigent les problèmes liés à l’utilisation d’une telle structure.