D.3 Résultats expérimentaux de l’ANPC 5 Niveaux série-parallèle

Pour les résultats suivants, les conditions sont pratiquement identiques, que ce soit pour la charge ou la profondeur de modulation (M=0.8). Dans la première partie, le bus continu est égal à 300V alors que dans la deuxième, il a été réduit à 150V.

a. Echantillonnage à deux fois la fréquence de découpage - Double commutation gérée par la modulante

Plusieurs campagnes d’essais ont été effectuées sur la maquette afin de tester le convertisseur dans le plus de configurations possibles. De plus, la modification assez aisée grâce à une interface graphique permettant de jouer sur différents paramètres a permis d’acquérir beaucoup de résultats tout en étant sûr de n’avoir rien modifié sur le prototype.

CHAPITRE VI. Structures Multiniveaux Hybride Série-Parallèle

Figure VI-40 Formes d’ondes pour une modulation POD : courant différentiel (bleu), tension entre phases (vert), somme des tensions des deux bras d’une même phase (jaune) pour une fréquence de découpage égale à :

A) Fdec=2kHz B) Fdec=20kHz

Les premiers essais sont effectués pour une modulation POD. Avec un échantillonnage à deux fois la fréquence de découpage, le courant différentiel est bien équilibré. Ceci est visible sur les Figure VI-40-A et B. L’amplitude du courant différentiel dépend de la fréquence de découpage. L’amplitude du courant étant plus faible à 10kHz (donc un zoom plus important), il est possible de voir une oscillation basse fréquence sur la Figure VI-40-B. Cette oscillation basse fréquence est due aux oscillations des tensions aux bornes des condensateurs formant le bus continu. La somme des tensions des deux bras forme bien un signal composé de 5 niveaux de tension.

VI.D Réalisation d’un prototype de convertisseurs multiniveaux hybrides séries parallèles

Figure VI-41 Formes d’ondes pour une modulation PD : courant différentiel (bleu), tension entre phases (vert), somme des tensions des deux bras d’une même phase (jaune) pour une fréquence de découpage égale à : A) Sans

contrôle Fdec=2kHz B) sans contrôle Fdec=20kHz C) avec contrôle Fdec=2kHz (zoom sur la double commutation

D) avec contrôle Fdec=20kHz

Pour la modulation PD, le rôle du contrôle par la double commutation fait une grande partie du travail de la régulation totale du courant différentiel. Que ce soit avec une fréquence de découpage égale à 2kHz ou 20kHz, le placement de la double commutation est toujours correct. Comme pour la modulation POD (Figure VI-40), les ondulations sur le courant différentiel Figure VI-41-D sont dues aux variations de la tension aux bornes des condensateurs. Sur la Figure VI-41-C, un zoom est fait sur quelques doubles commutations et montre que celles-ci stabilisent correctement le courant différentiel.

Les modulantes utilisées sont dans ce cas des sinusoïdes. Les modulantes avec des formes d’ondes optimisées ont été programmées et testées sur le prototype. Mais celles-ci demandent beaucoup d’attention sur la valeur de la profondeur de modulation. Car si elles sont comprises dans un des intervalles résumé dans le Tableau VI-2, l’homopolaire injecté possède une valeur moyenne non nulle sur une période de modulation et déstabilise le bus continu.

L’effet de la double commutation de la transition entre les bandes intermédiaires est visible sur le zoom de la Figure VI-41-C, et montre que celle-ci a très peu d’influence sur le motif du courant différentiel.

La compensation de tension n’a pas été implantée dans cette commande et les différentes figures montrent qu’elle n’est pas forcément nécessaire. Le centrage du courant autour de zéro est dû aux résistances parasites des inductances de liaison. De même, les effets de l’irrégularité de l’échantillonnage n’est pas visible sur la tension entre phase car le filtrage du aux inductances de liaison efface beaucoup les perturbations qui sont sur le signal de la modulante entre phase.

CHAPITRE VI. Structures Multiniveaux Hybride Série-Parallèle

b.Estimateur du courant différentiel

Pour valider les études faites en simulation sur cette commande, celle-ci a été implanté afin de valider les résultats obtenus précédemment. L’intérêt de cette commande est de réguler la valeur moyenne du courant différentiel sans modifier la valeur de la modulante et ainsi avoir en sortie la meilleure forme d’onde possible. Néanmoins, à cause de la limitation de la fréquence de découpage par les temps de calcul des courants de seuil, le contrôle du courant différentiel n’a été testé que pour une fréquence de découpage de 2kHz et un bus continu d’une tension de 150 V. Dans un premier temps, seule la correction avec la double commutation a été réalisée, la correction en réutilisant l’état précédent n’a pas été programmée. Au niveau des seuils de détection de nécessité d’une double-commutation, le seul seuil pris en compte est celui sur la discontinuité de la moyenne entre courant mesuré et estimé. Ceux concernant la dérive du courant ou un courant différentiel ne sont pas pour l’instant programmés dans le FPGA. Néanmoins, l’étude en simulation a montré que la plupart des rétablissements du courant autour de zéro sont réalisées par des doubles commutations.

Figure VI-42 A) Formes d’ondes pour une modulation PD : courant différentiel (bleu), tension entre phases (vert), somme des tensions des deux bras d’une même phase (jaune) avec contrôle par estimation de courant B)

Zoom sur une double commutation :courant différentiel(bleu) Ordre de nécessité de réguler (Vert) Courant de seuil (rouge ) ordre de double commutation ( front montant du signal jaune)

Sur la Figure VI-42-A est représenté le courant différentiel avec le contrôle par estimation du courant. Celui-ci est assez efficace et permet de stabiliser convenablement le courant autour d’une valeur nulle. Sur la Figure VI-42-B est montré le détail d’une double commutation depuis la détection de la nécessité de réguler le courant différentiel jusqu’au placement de la double commutation en fonction d’un seuil de courant. Le temps de calcul du seuil de courant peut lui aussi être visible. Il se calcule entre la pointe sur le courant différentiel avant le front rouge et le front rouge : dans le cas présenté celui-ci est de 14µs alors que la période de découpage apparente en sortie est de 250µs.

Ce prototype a permis de valider beaucoup de résultats obtenus précédemment en simulation numérique. L’intérêt de ce prototype est aussi lié à sa commande uniquement réalisée sur FPGA avec implantation d’un processeur pour réaliser les calculs liés à l’estimateur de courant mais aussi pour communiquer avec le FPGA en temps réel via une interface graphique sur l’ordinateur. Malgré tout, cette commande à quelques faiblesses au niveau des temps de calcul qui limitent les performances au niveau de la fréquence de découpage. Pour améliorer cela, une des prochaines étapes est la mise en œuvre d’une commande qui se passera de processeur : cela nécessite quelques aménagements du support numérique. De