Les configurations possibles de l’onduleur

ü Déterminons à présent, les différentes configurations que prendrait l’onduleur en absence de l’inductance.

L’onduleur soumis à notre analyse, comporte deux bras, qui tiennent chacun, de son côté, l’une des deux bornes de la charge – le moteur.

L’onduleur présente plusieurs configurations.

Les configurations incluant T1 sont présentées aux figures 3.4 ; 3.5 :

Figure 3. 4 : Configuration A

Figure 3. 5 : Configuration B

Etude de l’onduleur multiniveaux à structure RBNPS, principe de sa commande et sa modélisation sous forme d’un programme sous MATLAB.

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 38 T1 et T3 ne peuvent être passants simultanément pour éviter que la charge soit court-circuitée. Les configurations incluant T2 sont présentées aux figures 3.6 ; 3.7 :

Figure 3. 6 : Configuration C

Figure 3. 7 : Configuration D

T2 et T4 ne peuvent être passants simultanément pour éviter que la charge soit court-circuitée. Telles sont donc les quatre configurations possibles de l’onduleur, en absence de l’inductance.

ü Déterminons maintenant l’ensemble des configurations prises par l’onduleur, en présence de l’inductance

Lorsque l’inductance est connectée en série avec le moteur, chacune des quatre(04) configurations citées, devra correspondre avec une deuxième

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 39 configuration, qui inversera le sens de circulation du courant. Le principe est simple car il suffit de réduire ou de court-circuiter les sources de tension de l’une de ces quatre configurations pour obtenir une nouvelle configuration.

Dans la configuration A, nous court-circuitons la source C1 de sorte qu’au nœud formé par T3 et C1, le courant passe nécessairement par T3. La configuration déduite de A est donnée à la figure 3.8:

Figure 3. 8 : Configuration A’

Dans la configuration B, nous court-circuitons la source C2 de sorte qu’au nœud formé par T4 et T6, le courant passe nécessairement par T6. La configuration déduite de B est donnée à la figure 3.9:

Figure 3. 9 : Configuration B’

Etude de l’onduleur multiniveaux à structure RBNPS, principe de sa commande et sa modélisation sous forme d’un programme sous MATLAB.

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 40 Ici, on s’est gardé de court-circuiter C1 et C2 pour éviter que T3 et T4 conduisent simultanément. Dans la configuration C, nous court-circuitons la source C2 de sorte qu’au nœud formé par T4 et C2, le courant passe nécessairement par T4. La configuration déduite de C est donnée à la figure 3.10:

Figure 3. 10 : Configuration C’

Dans la configuration D, nous court-circuitons la source C1 de sorte qu’au nœud formé par T3 et T5, le courant passe nécessairement par T5 La configuration déduite de D est donnée à la figure 3.11:

Figure 3. 11 : Configuration D’

Ici, on s’est gardé de court-circuiter C1 et C2 pour éviter que T1 et T2 conduisent simultanément.

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 41 ü Il nous reste à déterminer pour chaque paire de configurations

celle qui correspond à la phase de la croissance du courant absorbé, ou à sa phase de décroissance.

Remarquons que si le courant absorbé croît, la tension aux bornes de l’inductance est positive ; Sinon, elle est négative (vs = L ). Ainsi, nous allons comparer les tensions aux bornes de l’inductance dans les deux configurations d’une même paire. La plus petite est celle de la configuration où le courant décroît et la plus grande, celle où le courant croît. Le tableau 3.1 nous donne les tensions par configuration :

Tableau 3. 1 : Récapitulatif des tensions aux bornes de l’inductance Configurations Configuration

Ainsi, la classification des configurations est récapitulée dans le tableau 3.2:

Etude de l’onduleur multiniveaux à structure RBNPS, principe de sa commande et sa modélisation sous forme d’un programme sous MATLAB.

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 42 Tableau 3. 2 : configurations des phases de croissance et de décroissance du

courant

Nous avons quatre séquences ; chaque paire de configurations constitue, en effet, une séquence. Il va de soi que ces quatre (04) séquences ne doivent pas s’enchevêtrer donc si = 1 ∀ i ∈ {1,2,3,4} alors = 0

∀ (j ≠ i) et j ∈ {1,2,3,4} sinon = 1

Ces deux propriétés des séquences nous conduisent à dire qu’elles sont les séquences d’un signal périodique de période 2 . Admettons que cette tension soit sinusoïdale. A partir de cette déduction et de la comparaison faite sur la tension aux bornes de l’inductance, on peut retenir que sur chaque séquence, la tension est :

· Limitée par les deux correspondants à la paire de configuration associée à cette séquence.

· La restriction d’un signal sinusoïdal à la durée de la séquence.

On en déduit le tableau 3.3 suivant :

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 43 Tableau 3. 3 : caractérisation des périodes de commutation

Configurations Double inégalité Transistors en conduction

Configuration D ≤ ≤

Configuration D’ ≤ ≤

Configuration B’ ≤ ≤

Configuration B ≤ ≤

Configuration C’ ≤ ≤

Configuration C ≤ ≤

Configuration A ≤ ≤

Configuration A’ ≤ ≤

Comme le laisse voir le tableau 3.3, les quatre séquences sont caractérisées par une seule et même double inégalité. Ainsi, pour déterminer les périodes de commutation, nous allons résoudre ces inégalités.

Le Bloc de détermination des périodes de commutation est présenté à la figure 3. 12 :

Etude de l’onduleur multiniveaux à structure RBNPS, principe de sa commande et sa modélisation sous forme d’un programme sous MATLAB.

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 44 Ce modèle génère les périodes de commutation correspondant à chaque cycle. Les résultats obtenus sont S1, S2, S3 et S4 qui désignent respectivement l’ensemble des périodes de commutation correspondant aux paires de configurations (D, D’), (C, C’), (B, B’) et (A, A’) illustré à la figure 3.13 :

Figure 3. 13 : Séquences des périodes de commutation

Figure 3. 12 : Bloc de détermination des périodes de commutation

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 45 Les niveaux hauts des S1, S2, S3 et S4 représentent les intervalles de temps où la double inégalité est vérifiée, c’est-à-dire les périodes de commutation.

Avec le tableau 3.3, nous avons aussi les interrupteurs qui conduisent durant chaque cycle. Le temps de conduction de chaque interrupteur dépend de l’évolution du courant à l’intérieur de la bande.

Autrement dit, la durée des phases d’accumulation et celle de décharge sont variables. Elles dépendent du courant qui passe dans la charge et de la largeur de la bande. Bien que nous ne connaissions pas encore le courant dans la charge (parce que l’onduleur n’est pas encore dimensionné), nous pouvons déjà concevoir le bloc d’hystérésis présenté à la figure 3.14. Il s’agit d’un bloc qui comparerait le courant dans la charge aux limites de la bande et fournirait un signal logique Q dont les niveaux hauts correspondraient aux intervalles de temps où le courant passant dans la charge se trouverait à l’intérieur de la bande.

Figure 3. 14 : Contrôleur d’hystérésis

Etude de l’onduleur multiniveaux à structure RBNPS, principe de sa commande et sa modélisation sous forme d’un programme sous MATLAB.

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 46 A partir du signal Q et des séquences S1, S2, S3 et S4, nous pouvons déterminer les signaux de commande des six interrupteurs. En effet, si T est le signal de commande d’un interrupteur conduisant pendant la phase d’accumulation d’un cycle donné, T = 1 tant que S =1 et Q = 1. Dès que Q = 0 ( = 1) avec S = 1, T reste à 1 si, pour le cycle en question, T doit encore conduire pendant la phase de décharge ; sinon T passe à 0. Sur ce principe, nous avons dégagé les lois suivantes pour T1, T2, T3, T4, T5 et T6, résumées dans le tableau 3.4 ci-dessous:

Tableau 3. 4 : les lois de commande des interrupteurs Interrupteur Loi de commande

T1 S3 + S4

T2 S1 + S2

T3 (S2 + S3).Q

T4 (S1 + S4).

T5 S1.Q + S2

T6 S3. + S4.Q

Le bloc à partir duquel nous pouvons générer les signaux correspondant à ces lois de commande, est présenté sur la figure 3.15:

Mémoire d’Ingénieur de Conception en Energie Electrique.

Rédigé par : Rodrigue A. A. Mahunan ATTIOGBE EPAC/ Génie Electrique 6^ème Promotion 47

Figure 3. 15 : Bloc de réalisation des lois de la commande de l’onduleur

Nous ne pouvons pas à ce stade, présenter les signaux de commande puisqu’ils dépendent du signal Q, lequel dépend à son tour du courant dans la charge. Pour pouvoir déterminer ce courant, nous devons dimensionner l’onduleur, puis le simuler.