Le pont `a thyristors

C’est une partie tr`es importante du banc. Nous montrons les accessoires utilis´ees dans la r´ealisation du pont redresseur dont le but est de fournir `a la GS principale, le courant d’excitation appropri´e. Comme nous l’avons pr´ecis´e dans la section r´eserv´ee `a l’analyse fonctionnelle du banc, une fonction Arcosinus a ´et´e r´ealis´ee afin d’assurer une lin´earisation de la commande. En aval de cette fonction, un composant sp´ecialis´e du convertisseur g´en`ere des impulsions pour deux gˆachettes d’un mˆeme bras du pont : le TCA785.

4.2.3.3.1 La fonction Arcosinus

Le but de cette fonction est de lin´eariser la tension moyenne de sortie du pont PD3 < vr > avec l’entr´ee de commande. Nous avons montr´e dans le chapitre pr´ec´edent qu’`a

travers un pont `a thyristors la moyenne de la tension redress´ee se met sous la forme

< vr>=

3√3

π vmaxcos(α) (4.4)

donc la fonction `a r´ealiser est la suivante :

vα = arcos(ve) (4.5)

o`u ve est la tension d’entr´ee de ce module de lin´earisation.

Trois composants principaux on ´et´e utilis´es `a cet effet et le principe est donn´e par la figure 4.8.

ve CAN PIC16F876 CNA Vers TCA785

vα

Figure _{4.8 – Sch´ema d’implantation et de calcul de l’Arcosinus}

Les composants ´electroniques utilis´es ne supportant pas plus de 10V sur leurs entr´ees, des gains ont ´et´e utilis´es afin de prot´eger ces circuits et de reproduire ´egalement l’image fid`ele de la tension fournie par le r´egulateur. Cette tension ve est convertie en num´erique

grˆace `a un CAN 8 bits avant d’entrer dans le microcontrˆoleur PIC16F876. L’op´eration r´ealis´ee par le PIC est repr´esent´ee par la figure 4.9.

0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300

Entrée numérique (8 bits)

Sortie numérique désirée (8 bits)

arcosinus délivré arcosinus estimé

60 170

Figure _{4.9 – Estimation de la fonction arcosinus}

Le programme que nous avons mis place peut ˆetre consult´e en annexe (Annexe C). La sortie de PIC16F876 est convertie en tension analogique grˆace `a un Convertisseur Num´e- rique Analogique (8 bits). En bout de la chaˆıne pr´esent´ee sur le sch´ema 4.8, nous disposons d’une tension de commande vα que nous connecterons `a la broches 11 du TCA785 (voir

4.2.3.3.2 La g´en´eration des impulsions

Cette fonction est assur´ee par un TCA785. Il s’agit d’un circuit int´egr´e `a 16 broches de chez SIEMENS d´edi´e `a la commande de thyristors, triacs... La figure 4.10 nous donneR

la configuration des broches ainsi que le diagramme des signaux sur ces broches.

Figure _{4.10 – Configuration de broches du TCA785 et diagramme des signaux}

Le signal de synchronisation est obtenu `a partir de la tension de ligne (tension V5) fournie par la MSAP. Un d´etecteur de tension nulle d´etermine tous les passages `a z´eros et les transf`ere au registre de synchronisation [siem] qui commande un g´en´erateur de rampe pour fournir V10. Lorsque la tension de rampe V10 (croissant) est ´egale `a la r´ef´erence V11 (sp´ecifiant ainsi la valeur de l’angle φ), une impulsion est g´en´er´ee servant ainsi `a l’amor¸cage des thyristors. En fonction de l’amplitude de la tension de commande V11, l’angle de retard φ peut varier de 0˚ `a 180˚. Pour chaque demie p´eriode, une impulsion de dur´ee approximativement ´egale `a 30 µs apparaˆıt aux sorties Q1 et Q2. En fonction du montage r´ealis´e autour de TCA785, cette dur´ee peut ˆetre augment´ee. Les sorties Q1 et Q2 fournissent les signaux compl´ementaires de Q1 et Q2 respectivement. Nous disposons ainsi d’un syst`eme complet pour commander un bras du pont `a thyristors. Pour les autres bras, il faut utiliser le mˆeme montage avec une tension de r´ef´erence diff´erente pour chaque bras (v13 pour le bras 1, v21 pour le bras 2 et v32 pour le bras 3).

4.2.3.3.3 Les modules de puissance

Le pont `a thyristors est constitu´e de trois modules (bras) ind´ependants mont´es sur un radiateur. La figure 4.11 montre la face avant du montage complet que nous avons mis en place.

Figure _{4.11 – Face avant du convertisseur statique `a thyristors}

Comme nous pouvons le remarquer sur cette figure, le syst`eme est constitu´e par un pont `a six (6) thyristors. Le r´eglage du retard d’amor¸cage des thyristors de ce pont peut ˆetre effectu´e en interne ou de fa¸con externe en incluant le module Arcosinus de lin´earisa- tion. C’est ce dernier mode de fonctionnement qui sera utilis´e lors de la commande de la machine principale. En ce qui concerne le fonctionnement interne (manuel), un potentio- m`etre est utilis´e pour faire varier cette tension de r´ef´erence de -10V `a 10V. Ce mode est utilis´e pour faire des essais en absence de r´egulation.

Les phases Ph1, Ph2 et Ph3 sont les bornes sur lesquelles est connect´ee la tension triphas´ee provenant de la g´en´eratrice `a aimant permanents. Cette structure a ´et´e surdimensionn´ee (vef f max=245V au lieu d’une tension utile pour notre manipulation de l’ordre de 70V)

dans un souci d’adaptabilit´e. Aussi, malgr´e un besoin de courant ne d´epassant pas 20A (courant efficace), le pont a ´et´e dimensionn´e pour supporter 90A. Ces pr´ecautions ont ´et´e prises car, au del`a de ce travail de th`ese, ce module peut ˆetre utilis´e pour d’autres applica- tions fonctionnant sur le secteur 400V. La tension redress´ee alimente directement la roue polaire de la g´en´eratrice principale. La Figure 4.12 montre une vue globale la r´ealisation du pont.

Figure _{4.12 – R´ealisation pratique du pont `a thyristors}

Nous distinguons nettement les trois cartes de contrˆole du pont `a thyristors (trois bras). Dans cette configuration nous avons veill´e `a utiliser un radiateur de grande dimen- sion pour assurer un bon refroidissement des thyristors compte tenu des pertes dont ils sont le si`ege.

Ayant ainsi montr´e les grandes lignes qui ont conduit `a la r´ealisation du banc exp´eri- mental, nous nous int´eresserons maintenant aux outils d’implantation des algorithmes de commande.

4.2.4

Le module d’implantation en Temps r´eel

L’implantation en temps r´eel est assur´ee par une DSpace 1104. Il s’agit d’un outil de d´eveloppement sp´ecialement adapt´e au monde de la recherche appliqu´ee. Une vue interne de ce module est donn´ee par la figure 4.13.

Figure _{4.13 – Vue d’ensemble de la structure interne de la DS1104}

La Dspace permet le contrˆole en temps r´eel d’un processus (la tension d´elivr´ee par la g´en´eratrice synchrone dans notre cas) grˆace `a ses entr´ees/sorties (E/S). Elle est comman- dable via l’interface Matlab/SimulinkT M_{. Comme nous pouvons le voir sur la figure 4.13,}

plusieurs E/S sont disponibles mais nous ne pr´esenterons que celles que nous utiliserons dans notre travail.