D.4 Résultats de Simulation sur la Structure à Partage de Composants

a.Formes d’ondes et propriétés en sortie du convertisseur

Pour simuler cette structure, les différents paramètres pris sont similaires à la simulation de l’ASNPC vue dans un paragraphe précédent, à savoir un bus continu de 3400V, une fréquence de découpage de 1kHz, et une modulante une sinusoïdale sur chaque phase décalée entre elles d’un angle de ±120° et ayant une profondeur de modulation 0.8. La charge est quand à elle

CHAPITRE V. Structure à Partage de Composants

composée de trois sources de courant parfaites déphasées elles aussi de ±120°. Le facteur de puissance de ces sources est égal à 0.86.

Figure V-15 Formes d’onde de la tension de sortie entre la phase R et le neutre, la tension entre les phases R et S, le courant de sortie et le courant traversant l’interrupteur TMs et du courant de sortie pour la première

commande

Sur la Figure V-15, il est possible de distinguer sur la tension de sortie les trois niveaux de tension pour la tension simple, et les 5 niveaux de tension pour la tension entre phases. De plus sur la forme d’onde de la tension entre phases, le doublement de la fréquence de découpage apparente par rapport à la fréquence de découpage de la forme d’onde de tension simple est visible. Ces deux formes d’ondes ainsi que celle du courant de sortie sont indépendantes de la commande. En effet la forme d’onde des tensions simples pour chaque phase dépend de la référence issue des différents modulateurs. Ceci est totalement indépendant de la logique de contrôle qui assigne les ordres de commande aux différents interrupteurs.

En ce qui concerne le courant, les interrupteurs sont certes mutualisés, mais ils ne voient pas au niveau du courant maximum trois fois plus de courant. Le maximum du courant est égal au maximum du courant absorbé par la charge. Ceci a pour conséquence de ne pas avoir à surdimensionner ces interrupteurs partagés au niveau du calibre en courant. Néanmoins la valeur du courant efficace est beaucoup plus élevée que dans le cas où l’interrupteur n’est pas partagé (ASNPC simple). Il faut prévoir dans ces interrupteurs beaucoup plus de pertes.

V.D L’Active-Stacked-NPC à partage de composants

Figure V-16 Formes d’onde de la tension aux bornes de l’interrupteur TR1 pour les différentes commandes

(celui-ci n’est pas doublé pour assurer la tenue en tension)

La Figure V-16 représente la tension aux bornes de l’interrupteur TR1 pour les différentes

commandes développées dans le paragraphe précédent. L’intérêt de cette figure ne se situe pas quand la tension est élevée car pour les trois commandes, la tension est identique. Elle se situe plutôt au niveau des différences de commutations lorsque la tension commute entre 0 et

E/2 où les redondances sont exploitées. Les différences entre les formes d’ondes sont assez

minimes et difficilement visibles car le nombre de redondances est finalement assez réduit. Ces différences feront tout de même quelques écarts au niveau d’une analyse des pertes dans les différents composants pour les différentes commandes.

b.Analyse des pertes pour les différentes commandes

Pour évaluer l’effet des différentes commandes sur la répartition des pertes dans les composants, une analyse de pertes a été effectuée. Pour évaluer ces pertes, la solution adoptée est un calcul numérique avec le logiciel PSIM. Le calcul théorique n’étant pas possible dans la plupart des commandes car trop complexe, le calcul numérique apparaît alors comme la seule alternative pour pouvoir évaluer les pertes dans les composants semi-conducteurs. Dans le cas de la commande simple, il est possible d’utiliser le principe de l’évaluation rapide des composants présenté dans un chapitre précédent. Il faut d’abord repérer le rôle de toutes les « cellules » ou duos d’interrupteurs puis les différents instants où ils sont bloqués, conduisent, ou commutent à la fréquence de découpage.

Pour le calcul numérique, les interrupteurs utilisés sont les FZ1200R33KF2C [EUP] de la marque EUPEC. Ils sont dimensionnés pour commuter une tension de 1800V et peuvent avoir un courant les traversant jusqu’à 1200A. Les conditions de test sont identiques à celles de la simulation mais pour deux facteurs de puissance différents : 0.86 et 0. Le calcul numérique nécessite une première étape de renseignement des différentes données concernant l’IGBT et la diode au niveau statique ainsi que les caractéristiques dynamiques. A partir des renseignements issus des données du constructeur, il est possible alors de déterminer les pertes aussi bien à la fréquence de découpage que les pertes moyennes sur une période de modulation. Le calcul est effectué en fonction des courants moyens et efficaces traversant les composants pour les pertes en conduction ainsi que des valeurs des courants et des tensions commutés pour les pertes par commutation.

CHAPITRE V. Structure à Partage de Composants

Figure V-17 Répartition des pertes dans les différents composants pour la commande basique : A) PF=0.86 et B) PF=0

Les pertes sont principalement situées dans les cellules partagées ce qui est compréhensible car le courant efficace y est plus important (Figure V-15). D’ailleurs il est possible de remarquer que la cellule partagée (Tm-Dm) possède beaucoup de pertes lorsque le facteur de puissance est grand. En effet pour un facteur de puissance nul, les pertes dans les interrupteurs partagés sont comparables. Une propriété de l’ASNPC qui conduit à une répartition des pertes assez bonne est retrouvée pour des facteurs de puissance proche de 0.

Figure V-18 Répartition des pertes dans les différents composants pour la commande pour la répartition des pertes : A) PF=0.86 et B) PF=0

Pour cette deuxième commande dont le but est de répartir les pertes dans les différents composants semi-conducteurs, le résultat (Figure V-18) a été d’augmenter les pertes dans les interrupteurs des cellules partagées. Ceci est logique car la commande ne répartit les pertes que dans les interrupteurs non partagés car pour répartir les pertes dans tous les interrupteurs, la meilleure solution reste de réaliser le niveau intermédiaire avec la branche intermédiaire à chaque fois ce qui reviendrait à avoir un convertisseur multicellulaire superposée 1x2. Il est possible d’observer tout de même qu’avec cette commande les pertes globales sont plus faibles que pour la première commande. Ceci est dû au nombre de composants qui doivent commuter au total qui doit être plus faible.