Simulation du mode traction – MATLAB/Simulink

Dans cette partie, le mode de traction est simulé afin de vérifier l’étude théorique du contrôle réalisée précédemment. En effet, l’ensemble de la topologie de puissance est modélisée dans MATLAB/Simulink. Les paramètres des éléments, ainsi que la méthodologie de contrôle sont pris en compte dans un fichier d’instructions Matlab. L’intérêt étant de démontrer que le convertisseur choisi sera capable de s’adapter à une chaîne de traction. La tension du bus continu est maintenue constante grâce à une source de tension électronique régulée. Cela permet alors de se concentrer sur l’asservissement de courant dans chaque phase du moteur. Pour cette raison, seule la boucle de régulation en courant est présentée. Rappelons que la solution élaborée doit permettre de fournir des signaux sinusoïdaux, afin de prouver son aptitude à assurer la fonction d’onduleur de traction. En reprenant le modèle d’une charge inductive R-L, le contrôle en courant du moteur est mis en place grâce à une poursuite de sinusoïdes de référence. En général, les convertisseurs destinés aux véhicules électriques sont pilotés en commande par modulation vectorielle [10], [11]. Cette technique est très

102 utilisée dans les applications de véhicules électriques. Elle permet de garantir un contrôle moteur plus optimisé, tout en gérant les différents flux de puissances.

Tout d’abord, il faut mettre en place la loi de commande du convertisseur. Cette phase consiste à trouver la solution adaptée pour générer les bons ordres de commande des interrupteurs. En pratique elle correspond à la commande éloignée, en amont de l’étage d’isolation et d’amplification pour la préparation de la commande rapprochée. Dans l’étude précédente, le modèle du convertisseur correspondait à une structure d’onduleur monophasé à 2 niveaux (Figure III-13), or il s’agit dans cette application d’une topologie de type NPC à 3 niveaux. En fait, l’adaptation est tout à fait possible, car le passage vers une structure en multiniveaux n’affecte pas les termes de basse fréquence.

Pour le deuxième cas, configuration en NPC à 3 niveaux, la même modulation est gardée, simplement, elle fusionne deux cellules à 2 niveaux. La première cellule fonctionnant sur l’alternance positive de la modulante, avec « cde2=1 » et « cde1 » en commutation. Tandis que la seconde cellule est commandée sur les phases négatives de la sinusoïde, soit pour « cde3=1 » et « cde4 » en commutation. En générale, la détection du signe de la modulante est assurée par la présence de deux porteuses. Chaque porteuse permet la modulation suivant le signe qui lui est alloué. Cette méthode de modulation a été présentée dans la partie II.5.2. Dans notre cas, le choix s’est porté vers une solution avec une seule porteuse, ce qui permet de simplifier la génération des signaux de commande. En fait, lorsque la modulante devient négative la modulation est faite par rapport à son opposé. Ainsi, la même porteuse est retenue pour l’ensemble du signal à moduler. Rappelons que pour cette méthode, l’interrupteur 1 est commandé si la modulante (mod) est supérieure à la porteuse, alors que 2 est activé si l’opposée de la modulante (-mod) est inférieure à la porteuse. Ensuite, il suffit d’appliquer les complémentarités associées pour les commandes 2 et 4.

Figure III-18 : Commande équivalente adoptée pour un bras NPC à 3 niveaux.

A ce stade, la commande d’un bras de l’onduleur NPC à 3 niveaux est alors élaborée. Ensuite, pour un convertisseur triphasé, les trois bras devront être déphasés d’un tiers de période en basse fréquence.

La Figure III-19 montre les courants de phases au point de fonctionnement choisi pour la simulation du convertisseur en mode traction. L’application d’une consigne en rampe permet de bien visualiser le comportement du correcteur sur toute la phase dynamique. Ainsi, le correcteur sera évalué sur les phases transitoires pendant la rampe de consigne, puis sur une phase statique lorsque l’amplitude de la consigne devient constante. Les paramètres de simulation retenus sont une tension composée en sortie de 400 V efficace, avec une consigne en courant de 7 A efficace, pour une tension

103 de batterie à 700 V. Ce qui correspond à une puissance apparente de 4,8 kW, afin de se positionner sur des grandeurs dans la gamme de puissance du dispositif expérimental. Les trois courants de phases suivent bien les consignes en termes de formes d’ondes, mais aussi de phase. La courbe du haut prouve que le correcteur est suffisamment rapide pour ce type d’application car le dépassement est supprimé en moins de 10 ms. De plus, le résultat du découpage se répercute sur l’enveloppe haute fréquence des courants de phases (bleu, vert, rouge). La courbe du bas met surtout en évidence les tensions dues à ce point de fonctionnement ; à savoir la tension du bus continu (pointillés violets), les tensions simples des phases 1 et 2 (pointillés rouges et bleus), la tension composée issue des phases 1 et 2 (bleu ciel) et enfin le courant de la phase 1 (vert). Les mesures de tensions sont filtrées afin de ne retenir que leur composante fondamentale. Tout d’abord, les déphasages entre les différentes tensions sont respectés, tout comme leur amplitude.

Pour cette simulation le déphasage entre tension et courant par phase est presque nul. En effet, ces derniers sont en phase car la charge utilisée est très résistive. Néanmoins, cela valide tout à fait les attentes en contrôle de courant d’un onduleur de traction.

Figure III-19 : Courants de phases en mode traction.

Ensuite, il aussi intéressant de visualiser le résultat obtenu sur les tensions simples et composées sans l’application de filtres. La Figure III-20 représente sur la courbe du haut les tensions simples des phases 1 et 2 (respectivement bleu et vert), avec le courant associé à la phase 1 (rouge). Ensuite, le relevé du bas représente la tension composée des phases 1 et 2 (bleu), la tension du bus continu (violet) et toujours le courant dans la phase 1 (rouge).

Figure III-20 : Courbes des courants et tension pour le mode traction.

Le résultat sur la tension composée montre explicitement les différents niveaux de tension résultant de la topologie de l’onduleur multiniveaux à NPC. Il apparaît clairement que les niveaux de

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -10 0 10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -500 0 500 Temps (sec) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -500 0 500 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -1000 0 1000 Temps (sec)

104 tension intermédiaires (Vdc, Vdc/2 et 0, idem en négatif), permettent à la tension composée de se rapprocher d’une onde sinusoïdale. Ainsi, la réduction de la taille des passifs au sein des filtres est alors justifiée. Les simulations réalisées convergent avec le travail théorique établi en amont. Cependant, ce comportement doit être validé par l’approche expérimentale.