Fonctionnement en mode onduleur

Fonctionnement en mode onduleur

Commande mode onduleur

Régulation de VAUX

En mode onduleur, une tension continue est appliquée sur VBUS et une charge est appliquée à VCA. Dans un premier temps, nous allons considérer la tension VAUX comme fixe afin de faciliter la compréhension du fonctionnement du convertisseur. Une commande permettant la régulation de cette tension sera par la suite introduite. Dans le sous-chaptire 1.6, la modulation multiniveaux a été abordée. Selon la modulante, différents états de sortie sont obtenus. Le Tableau 2.1 donne les tensions appliquées en fonction des états donnés par la modulation multiniveaux. Comme mentionné précédemment la tension VAUX peut être régulée pour obtenir 5 ou 7 niveaux. Maintenant, traitons le cas où la tension aux bornes du condensateur, VAUX, doit être régulée. Pour les états 1 et -1, la tension VAUX et –VAUX est appliquée, le condensateur se décharge dans la charge connectée au aux bornes de VCA. Dans les états 2 et -2 il se charge par le courant fourni à la charge par VBUS. L’astuce de la commande est donc d’augmenter la durée de l’état 1 et -1 et diminuer celle de 2 et -2 pour diminuer la tension VAUX et le contraire pour l’augmenter. Pour ce faire, nous décalons légèrement les porteuses entre chacun des niveaux. Si la porteuse entre 0 et 1 est décalée vers le haut et que celle entre 1 et 2 est décalée vers le bas, l’état 2 durera plus longtemps et l’état 1 moins longtemps pour une période. Dans la Figure 2.4, nous pouvons voir l’effet sur la MLI pour trois décalages différents. La durée des états 2 et -2 augmente alors que celle de 1 et -1 diminue lorsque le décalage augmente, ce qui permet de charger CAUX. Une logique similaire est appliquée afin de diminuer la tension aux bornes de CAUX. La valeur du décalage peut théoriquement varier de -1 à 1, mais afin de ne pas éliminer complètement un état, sa valeur sera légèrement inférieure.

Régulation de VAUX sept niveaux

Afin d’obtenir les sept niveaux, VAUX doit être un tiers de VBUS. La régulation est obtenue en décalant les porteuses de la MLI sept niveaux. La valeur de décalage est déterminée à l’aide d’un régulateur PI qui devrait assurer une erreur nulle dans un minimum de temps. La Figure 2.5 représente le schéma bloque de cette régulation. L’effort de commande du régulateur sera utilisé par le générateur de MLI sept niveaux.

Régulation de VAUX cinq niveaux utilisant une hystérésis

Pour cette méthode, la régulation par hystérésis est utilisée. Nous effectuons une comparaison entre VAUX et la demi de VBUS, ensuite un comparateur par hystérésis donne une consigne de 1 ou 0 au générateur de MLI cinq niveaux, voir Figure 2.6. La largeur de la bande d’hystérésis est fixée de façon arbitraire. Une petite bande permettra de diminuer le taux d’ondulation sur VAUX. Une trop petite bande risque par contre d’augmenter la fréquence de commutation.

Régulation de VCA

Nous désirons avoir une sortie constante peut importe la charge que nous alimentons, alimentation UPS par exemple. Pour ce faire, la valeur efficace de la sortie est asservie à une consigne en utilisant un régulateur PI. L’effort de commande de ce régulateur fixe une consigne de courant qui sera utilisée pour l’asservissement du courant.

Régulation de IS

La consigne de courant, obtenue dans le sous-chapitre 2.2.2, est d’abord multipliée par la valeur unitaire de la modulante. Nous obtenons ainsi la consigne de courant désiré, soit IS*. Le courant du convertisseur sera asservi en utilisant une régulation feed-forward comme illustré dans la Figure 2.8.Le gain feed-forward est ajouté à la modulante utilisée pour la MLI. Comme déterminé dans le sous-chapitre 2.2.1, deux générateurs de MLI peuvent être utilisés selon l’indice de modulation. Dans le cas de la MLI sept niveaux, la modulante varie entre plus ou moins trois, tandis qu’elle varie de plus ou moins deux pour le générateur cinq niveaux. Pour cette raison, la modulante varie entre plus ou moins un, puis on la multiplie par deux ou par trois selon le générateur de MLI utilisé.

Sélection du nombre de niveaux

Dans le sous-chapitre 2.2.1, nous avons déterminé que pour un indice de modulation inférieure à un tiers, la régulation de VAUX ne peut être obtenue en fonctionnement sept niveaux, un fonctionnement cinq niveaux est alors nécessaire. La valeur de l’indice de modulation, m, est donnée par l’équation (2-1).

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE ET INTRODUCTION À LA RÉGULATION DES CIRCUITS DE PUISSANCE
1.1 Revue de littérature
1.2 Asservissement
1.3 Régulateur
1.3.1 Régulateur tout ou rien
1.3.2 Régulateur proportionnel
1.3.3 Régulateur proportionnel intégral
1.3.4 Régulateur feed-forward
1.4 Facteur de puissance
1.5 Taux distorsion harmonique
1.6 Modulation par largeur d’impulsion
1.7 Indice de modulation
CHAPITRE 2 TOPOLOGIE PROPOSÉE
2.1 Convertisseur par cellules empilées
2.2 Commande mode onduleur
2.2.1 Régulation de VAUX
2.2.1.1 Régulation de VAUX sept niveaux
2.2.1.2 Régulation de VAUX cinq niveaux utilisant une hystérésis
2.2.2 Régulation de VCA
2.2.3 Régulation de IS
2.2.4 Sélection du nombre de niveaux
2.3 Commande mode redresseur
2.3.1 Régulation de VAUX
2.3.2 Régulation de VBUS
2.3.3 Régulation de ICA
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3 PLATEFORMES UTILISÉES
3.1 Matlab/Simulink
3.2 dSPACE
3.3 Carte de développement FPGA
3.4 Simulateur OPAL-RT
3.5 Comparaison des plateformes
CHAPITRE 4 RÉALISATION EXPÉRIMENTALE
4.1 Isolation
4.2 Module d’acquisition FPGA
4.3 Convertisseur valeur efficace à valeur moyenne
4.4 Commande numérique
4.5 Problèmes rencontrés
4.5.1 Bruit en mode commun
4.5.2 Surtension de commutation
4.5.3 Problème de masse
CHAPITRE 5 RÉSULTATS
5.1 Fonctionnement en mode onduleur
5.1.1 Schéma et expérimentation
5.1.2 Simulation
5.1.3 Commande en temps réel utilisant le contrôleur dSPACE
5.1.4 Commande en temps réel utilisant le contrôleur par FPGA
5.2 Fonctionnement en mode redresseur
5.2.1 Schéma et expérimentation
5.3 Résultats
5.3.1 Simulation
5.3.2 Commande en temps réel utilisant le contrôleur dSPACE
5.3.3 Commande en temps réel utilisant le contrôleur FPGA
5.4 Fonctionnement filtre actif
5.5 Conclusion
CONCLUSION
ANNEXE I Schéma électrique des différentes cartes utilisées
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES…………..