Les diverses stratégies de MLI

L'objectif principal de la MLI est de permettre l'obtention d'ondes de tension alternative, d'amplitude et de fréquence fondamentale réglable, en éliminant ou en

repoussant le plus loin possible les composantes harmoniques parasites résultant du découpage.

Il existe de très nombreuses possibilités de réalisations. H. Foch propose, dans [FFM00], de classer les techniques MLI en deux grandes familles : les MLI instan- tanées et les MLI calculées.

Les MLI instantanées rassemblent toutes les stratégies autorisant des modi- cations de la largeur d'impulsion à l'échelle de la période de découpage Tdec (mo- dications imposées par les variations d'une grandeur instantanée générée par les organes de contrôle). Deux familles peuvent être dissociées :

- les cellules de commutation sont gérées localement (commande d'une cellule) - les cellules de commutation sont gérées globalement (gestion vectorielle de la commande de plusieurs cellules).

Les MLI calculées incluent les stratégies dans lesquelles les formes de l'onde découpée sur une période fondamentale sont calculées à priori pour minimiser les composantes harmoniques parasites, à valeur donnée de la composante fondamen- tale [PH74a], [PH74b]. Les résultats de ces calculs sont mémorisés puis utilisés selon les besoins en cours de fonctionnement.

 Les MLI instantanées locales

C'est une approche décentralisée de la commande d'un onduleur triphasé au sens où chaque bras est muni d'un modulateur piloté par une modulante qui lui est propre [FFM00].

Le principe général consiste à générer un signal de commande des interrupteurs de fréquence de découpage fdec xe, dont la largeur d'impulsion est une fonction linéaire d'une grandeur de consigne. La comparaison d'une porteuse triangulaire avec une consigne analogique délivrée par le système de commande (appelée modu- lante) permet de réaliser analogiquement ce principe. Lorsque le signal de référence dépasse le signal triangulaire, le résultat de la comparaison vaut 1 et l'ordre de com- mande (cs1 par exemple) vaut 1. Dans le cas contraire, le résultat de la comparaison vaut 0 et l'ordre de commande du bras est mis à 0. La fréquence de cette porteuse détermine la fréquence de découpage. Le nom courant donné à ce type de MLI est la MLI naturelle(gure 2.7(a)). Les plus connues sont la SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), la THIPWM4 (Third Injection Harmonic Pulse Width Mo- dulation 4) et la THIPWM6 (Third Injection Harmonic Pulse Width Modulation 6) [Cap02].

Une variante aux MLI naturelles est les MLI échantillonnées. Elles reprennent le principe des MLI naturelles à la diérence près que la modulante est échan- tillonnée(gure 2.7(b)). La MLI régulière symétrique est, par exemple la version échantillonnée de la SPWM. Le signal de référence est échantillonné aux pics supé- rieurs de la porteuse triangulaire puis comparé à la porteuse de la même manière que dans la MLI naturelle.

A ce principe général correspond un nombre quasi inni de variantes, selon la nature du support matériel, la situation de l'impulsion dans la période de décou- page, la stratégie de l'éventuel échantillonnage, la relation synchrone ou asynchrone entre la porteuse et la modulante, etc.... Dans [Cap02], de nombreuses techniques

Signal de référence Ordre de commande csi Tdec (a) Instants d'échantillonnage Tdec= Te Référence Référence échantillonnée Ordre de commande csi (b)

Fig. 2.7  Principe des MLI instantanées locales - (a) MLI naturelle - (b) MLI échantillonnée

MLI sont présentées. Ces techniques permettent par exemple soit d'étendre la zone de linéarité de l'onduleur (MLI triphasée, THIPWM4, THIPWM6), de minimiser les pertes de l'onduleur (MLI discontinues), de réduire le bruit acoustique (MLI fréquence aléatoire, MLI porteuse aléatoire, MLI modulante aléatoire). Elles ont toutes comme point commun d'utiliser la variation de la tension du neutre vno pour atteindre leurs objectifs respectifs.

 Les MLI instantanées vectorielles

Contrairement aux MLI instantanées locales, les MLI instantanées vectorielles ne s'appuient pas sur des calculs séparés des modulations pour chacun des bras de l'onduleur. Elles procèdent d'une vision globale de l'onduleur : le vecteur tension de contrôle !vs, que l'on souhaite obtenir sur les phases de l'onduleur est calculé globalement, et puis est approximé sur une période de découpage Tdec par un vecteur tension moyen h !vmoyi. Ce vecteur tension moyen résulte du moyennage temporel des huit vecteurs d'état de l'onduleur (!V0 à !V7) dénit dans la section précédente (cf. représentation dans le plan complexe ,  du fonctionnement d'un onduleur). L'équation suivante peut alors être écrite :

h !vmoyi = 0!V0+ 1!V1+ 2!V2+ 3!V3+ 4!V4 + 5!V5 + 6!V6+ 7!V7(2.34)

h !vmoyi = !vs (2.35)

i est déni de la manière suivante : i = _TTi

dec i = 0; 1; ::::; 7 (2.36)

Le temps Ti correspond à la durée pendant laquelle le vecteur !Vi est appliqué en sortie de l'onduleur.

! V1 (100) ! V2 (110) ! V3 (010) ! V4 (011) !_V 5 (001) !_V 6 (101) Tdec (a) (b) h !vmoyi cs1 cs2 cs3 (b)

Fig. 2.8  Exemple de MLI vectorielle - (a) Représentation vectorielle - (b) Motif de commande

Le principal intérêt de ce type de modulation est de s'insérer naturellement dans un organe de contrôle fonctionnant dans un repère diphasé, ce qui est particulièrement le cas, comme il l'a été mentionné précédemment dans les commandes de la machine asynchrone.

 Les MLI calculées

La MLI calculée est surtout utilisée lorsque, du fait d'une fréquence porteuse faible, on a besoin d'optimiser le spectre du signal généré (le rapport entre la fréquence de découpage et la fréquence fondamentale étant faible, des composantes harmoniques de rang bas indésirables sont présentes. Le motif du signal de sortie est prédéterminé (hors ligne) et stocké dans des tables, qui sont ensuite relues en temps réel.

De fait, ces MLI sont toujours synchrones (la fréquence porteuse est exacte- ment multiple de la fréquence de la modulante), condition nécessaire pour avoir un spectre harmonique constant.

Il faut souligner que l'on doit mémoriser autant de motifs que de valeurs désirées de la composante fondamentale. D'autre part, dans l'hypothèse d'une application à large plage de fréquence, il faut créer diérentes gammes de motifs selon la situation dans cette plage. Cette mise en oeuvre est donc assez lourde et ne peut être réalisée qu'en numérique.

2.2.4 Les principales stratégies de commande de la machine