MÉMOIRE Pour l obtention du Diplôme de

Transcription

1 Républque Algéenne Démocatque et Populae Mntèe de l Enegnement Supéeu et de la Recheche Scentfque Uneté Mentou de Contantne Faculté de Scence de l Ingéneu Dépatement d Electotechnque N d ode :... Sée :... MÉMOIRE Pou l obtenton du Dplôme de MAGISER EN EECROECHNIQUE Opton: Modélaton Et Commande De Machne Electque Péenté pa : REZGUI SAAH EDDINE HÈME : COMMANDE DE MACHINE EECRIQUE EN ENVIRONNEMEN Matlab/Smulnk et emp Réel Applcaton à la machne aynchone: Commande Vectoelle San Capteu Mécanque SVPWM, Mode Glant, MRAS Soutenu publquement le / / 9 deant le juy compoé de : Pédent : BENOUNSI A. Maîte de Conféence U. Contantne Rappoteu : BENAA H. Pofeeu U. Contantne Examnateu : BOUZID A. Pofeeu U. Contantne CHENNI R. Maîte de Conféence U. Contantne

2 الحمد الله رب العالمين و الصلاة و السلام على رسول االله «وقل رب زدني علما «طه " "4

3 A ma mèe et mon pèe A mon époue A mon fèe et me œu A me enfant et mon neeu A toute ma famlle A me am et collègue

4 Remecement Remecement e taaux péenté dan ce mémoe ont été effectué au en du laboatoe d'électotechnque de Contantne EC. An, je ten à expme me f emecement à Moneu BENAA H., pofeeu à l'uneté de Mentou Contantne, pou ao dgé ce taal, et pou la confance et l'ntéêt qu'l a témogné tout au long de la éalaton de ce taal. Me emecement dtngué ont à Moneu BENOUNSI A., Maîte de Conféence à l'uneté de Mentou Contantne, pou m'ao fat l'honneu de péde le juy. Je emece ement Moneu BOUZID A., pofeeu à l'uneté de Mentou Contantne, chef du dépatement d'électotechnque, pou ao accepté d'examne ce mémoe. Me f emecement ont au à moneu CHENNI R. Maîte de conféence au dépatement d électotechnque de l uneté de Mentou Contantne pou ao accepte d'examne ce taal en me faant l honneu de patcpe à ce juy. Je ten à emece tou le enegnant du dépatement d'électotechnque, et pécalement me pofeeu en pote gaduaton Meeu: ARECHE, KHEZZAR, BEAHRECHE, BOUCHERMA, MEHASNI, et NEMMOUR. Je n'oublea pa M CHORFIA MOHAMED pou ont outen et e encouagement. Je emece tou me collègue du laboatoe d'électotechnque, notamment Meeu: BORNI A., ZAROUR., OUFOUI R., ABED Kh., NABI Kh., BOUAHIA A., qu ont ûement contbué à ce modete taal. Enfn je emece tou ceux qu de pé ou de lon ont patcpé à l'élaboaton de ce taal.

5 Sommae

6 Sommae Sommae Dédcace... Remecement..... Sommae... Notaton et ymbole.. Intoducton généale Chapte I Etat de l'at et modélaton de la MAS et de l'onduleu I. Etat de l'at I.. Intoducton. 4 I.. Commande calae I.. Commande ectoelle à flux oenté FOC. 5 I..4 Commande decte du couple DC... 6 I..5 Compaaon ente FOC et DC 7 I..6 Commande an capteu de tee.. 7 I. Modélaton de la MAS I.. Intoducton I.. Hypothèe mplfcatce 9 I.. Modèle mathématque de la MAS... I... Equaton en tphaée.. I... Equaton en dphaée. I... Chox du epèe dq 4 I... Réféentel lé au champ tounant 4 I... Expeon en modèle d'état 6 I...4 Réféentel lé au tato epèe tatonnae αβ.. 7 I...5 Paage ente le epèe dq et αβ 9 I..4 Réultat de mulaton.. 9 I. Modélaton de l'onduleu de tenon I.. Intoducton I.. e compoant de l'électonque de puance. I... Chox de nteupteu.. I... Concluon.. 6

7 Sommae I.. Modèle mathématque de l'onduleu de tenon. 7 I..4 a technque de modulaton "Snu-angle" SPWM 9 I..5 a technque de modulaton ectoelle SVPWM I..6 Concluon 9 Chapte II Etude et decpton de pncpale commande ndutelle II. Commande calae de la MAS II.. Intoducton. 4 II.. Pncpe de la méthode 4 II.. Concluon.. 4 II. Commande ectoelle de la MAS II.. Intoducton 4 II.. Pncpe de la commande ectoelle. 4 II.. a commande ectoelle ndecte à flux otoque oenté IRFOC. 44 II... Intoducton 44 II... Me en équaton de la commande IRFOC 44 II... Etmaton de ω S et de θ S 45 II...4 Expeon du couple électomagnétque.. 46 II...5 Découplage.. 47 II...5. Découplage pa compenaton.. 47 II...6 Calcul de égulateu. 48 II...7 Réultat de mulaton aec onduleu à commande SPWM 49 II...8 Réultat de mulaton aec onduleu à commande SVPWM 5 II...9 Compaaon ente le éultat obtenu pa SPWM et SVPWM.. 5 II... Impact de la aaton de la étance otoque R.. 5 II... Concluon 54 II. Commande decte du couple de la MAS II.. Intoducton. 55 II.. Pncpe de la commande DC.. 55 II... Règle d'éoluton du flux tatoque 55 II... Règle d'éoluton du couple électomagnétque. 58 II... Concluon 59 II.. Elaboaton de la commande decte du couple. 6

8 Sommae II... Régulaton du flux tatoque 6 II... Régulaton du couple électomagnétque.. 6 II... Elaboaton de la table de commande... 6 II...4 Etmaton du flux tatoque et du couple. 6 II...4. Modèle en tenon. 6 II...5 Schéma de la commande 64 II..4 Réultat de mulaton. 65 II..4. Réultat de la DC.. 65 II..4. Effet de la aaton de la étance tatoque II..4. Effet de la bande d'hytéé de égulateu 67 II..4.4 Effet de la bande d'hytéé du égulateu de flux tatoque 67 II..4.5 Effet de la bande d'hytéé du égulateu de couple. 69 II..5 Compaaon ente le commande IRFOC et DC. 7 II..6 Concluon. 7 Chapte III Commande à tuctue aable pa mode glant de la MAS III. Intoducton. 7 III. Pncpe du contôleu à mode glant.. 7 III. Bae théoque de la commande pa mode glant.. 74 III.. Chox de la uface de glement III... Condton d'extence du mode glant III.. Détemnaton de la lo de commande 76 III... a Commande equalente. 76 III.4 Commande de la MAS pa égulateu à mode glant 79 III.4. Régulaton en cacade pou l'aeement de la tee. 8 III.4.. Défnton de la uface de égulaton de la tee 8 III.4.. Obeateu de uenbege.. 8 III.4.. Défnton de uface de égulaton de couant. 8 III.4. Réultat de mulaton de la commande VSC 8 III.4.. Réultat pou une commande dcontnue de type «gn». 8 III.4.. Réulta pou une commande adouce de type «at».. 85 III.4. Applcaton d'une aute aante de uface.. 86 III.4.4 Applcaton d'une tuctue mxte IP/VSC 89 III.4.5 Impact de la aaton de la étance otoque R 9 III.5 Concluon 9

9 Sommae Chapte IV Commande an capteu de tee pa la méthode MRAS IV. Intoducton. 94 IV. e ytème adaptatf à modèle de éféence MRAS. 94 IV.. Modèle baé u le flux Rotoque.. 95 IV.. Modèle baé u la foce conte électomotce fcém 95 IV. a Méthode MRAS baé u la puance éacte. 96 IV.. Calcul de la puance éacte.. 96 IV.. Mécanme d'adaptaton 98 IV... Decpton généale. 98 IV... Applcaton à la commande ectoelle 99 IV.4 Schéma globale de la commande IRFOC an capteu. 99 IV.5 Réultat de mulaton. IV.6 Concluon.. Concluon généale et pepecte 4 Annexe 6 Annexe_A : e paamète de la machne aynchone étudée. 6 Annexe_B : 'ndex de modulaton. 6 Annexe_C : C. Régulateu de tee. 8 C.. Régulateu PI 8 C.. Régulateu IP.. 9 C. Régulateu de couant.. C.. Régulateu du d C.. Régulateu du couant q.. Annexe_D : D. Obeateu de uenbege du couple de chage. D. Etude de tablté de la méthode décte dan III.4. Annexe_E : Etude de tablté de la méthode popoée.. Annexe_F : Compaaon de la commande popoée aec de atcle 4 Réféence bblogaphque.

10 Notaton et Symbole Notaton et Symbole DC fcém FOC IRFOC MAS MRAS MCC PI SMC VSC : Commande Decte du Couple : foce conte électomotce : Commande Vectoelle à Flux Oenté : Commande Vectoelle Indecte à Flux Rotoque Oenté : Machne Aynchone : Sytème Adaptatf à Modèle de Réféence : Machne a Couant Contnue : égulateu popotonnel ntégale : commande pa mode glant : commande à tuctue aable [ ] : matce de nductance pope et mutuelle ente phae tatoque [ ] : matce de nductance pope et mutuelle ente phae otoque [ m ] : matce de nductance mutuelle ente phae tatoque et otoque l m : nductance mutuelle ente enoulement tatoque l m : nductance mutuelle ente enoulement otoque l m : maxmum de l'nductance mutuelle ente phae tatoque et otoque : Inductance cyclque tatoque : Inductance cyclque otoque : Inductance mutuelle cyclque ente tato et oto m ω S, ω, ω Sl : pulaton tatoque, otoque, et de glement Ω : la tee mécanque ω p Ω θ, θ, θ l : angle électque tatoque, otoque, et du glement x, x * : ecteu d'epace et conjugué X : gandeu complexe X : module dq : axe coepondant au éféentel lé au champ tounant x d, x q : compoante de ecteu dan le epèe dq αβ : axe coepondant au éféentel lé au tato x α, x β : compoante de ecteu dan le epèe αβ x *, x ef : aleu et gandeu de éféence x~ : aleu et gandeu obeée Q R, R e f J p : flux total : tenon : couant : puance éacte : étance d enoulement tatoque et otoque pa phae : couple électomagnétque : couple étant : coeffcent de fottement queux : moment d nete : nombe de pae de pôle

11 Notaton et Symbole C K p, K K x mn n Sx, S t t z σ u x *, x ef x eq x n : capacté du flte : gan de égulateu PI : gan de gandeu de commande : mnute : degé elatf : opéateu de aplace : uface de glement de la aable x : temp : tou : contate de temp otoque : contate de temp tatoque : péode d échantllonnage : coeffcent de dpeon de Blondel : gandeu de commande : gandeu et aleu de éféence : la gandeu de commande équalente : la gandeu de commande dcontnue x

12 Intoducton généale

13 Intoducton généale Intoducton généale e machne à couant contnu MCC ont été lagement utlée dan le domane nécetant de entaînement à tee et poton aable, gâce à la mplcté de la commande du flux et du couple à pat du couant d exctaton et du couant d ndut. a machne aynchone MAS, de pa a mplcté de concepton et d'enteten, a la faeu de ndutel depu on nenton pa N. ESA, quand l décout le champ magnétque tounant engendé pa un ytème de couant polyphaé. Cette mplcté 'accompagne toutefo d'une gande complexté phyque, lée aux nteacton électomagnétque ente le tato et le oto, c'et pouquo elle a été utlée depu longtemp dan le entaînement à tee contante. a machne aynchone et actuellement la machne électque dont l'uage et le plu épandu dan l'ndute. Se pncpaux aantage édent dan l'abence de bobnage otoque machne à cage, tuctue mple, obute et facle à contue. Son domane de puance a de quelque watt à plueu mégawatt, elée dectement au éeau ndutel à tenon et féquence contante, elle toune à tee peu nféeue de la tee de ynchonme on dt alo qu'l y a glement. Gâce à l éoluton technologque de l électonque de puance et de la mco-nfomatque, le domane d entaînement électque à tee aable, a connu ce denèe année un eo condéable. Cet aantage a joué en faeu de la MAS, ca actuellement elle et utlée pou la éalaton de la majoté de entaînement à tee aable. En effet, la pemèe commande qu a état ntodute dan l'ndute état la commande calae, tè épandue pou a mplcté et on coût édut, elle a occupée une gande pate de applcaton ndutelle à tee aable. Seulement, le demande aux applcaton plu pefomante ont ouet le ox aux checheu pou éale de commande appopée qu épondent aux exgence ndutelle. a commande ectoelle FOC conttue actuellement un domane de echeche patculèement ntéeant, a plage 'étend de pette puance juqu'aux entaînement de gande puance. Elle et l'éoluton du contôle calae tout en mantenant e pefomance en égme tantoe. a gande dfféence ente ce deux tatége de commande, éde dan le fat que pou un contôle ectoel le paamète de la machne doent ête connu aez pécément, la dynamque du contôle deent de plu en plu effcace aec une bonne connaance paamétque.

14 Intoducton généale Ma cette éoluton de églage et l'augmentaton de pefomance en dynamque, e payent chèe. e fat qu a condut d'aute checheu à toue de commande au pefomante et mon coûteue, ce effot en étaent écompené pa l'ntoducton de la commande decte du couple DC, conçue eentellement pou concuence a pécédente, elle a fat e peue ma qu n'état pa an nconénent. Gâce aux éoluton actuelle, beaucoup de taaux de echeche ent à déeloppe le pefomance de ce deux gande méthode. 'objectf de ce taal et d'effectue un déeloppement complet d'une commande ectoelle à flux otoque oenté d'une machne aynchone IRFOC. Aec une tentate d'améloaton de cette commande. En patant pa l'onduleu de tenon, paant pa le égulateu, et acheant pa de technque pou uppme le capteu. a dponblté et l acceblté decte de éultat, à pat de mulateu ont néceae dan tou le taaux de echeche modene. An, dan le cade de cette étude nou aon chot de taalle ou enonnement Matlab/Smulnk. An donc ce mémoe et ogané comme ut: Dan le peme chapte, nou débuteon pa un état de l'at u le pncpale méthode de commande qu extent ndutellement, notamment la commande calae, ectoelle FOC, et la commande decte du couple DC, où l'on péentea le aancée en matèe d'améloaton de chaque tatége de commande. Nou pouuon enute pa la modélaton du moteu aynchone en t et dphaé an qu'à a epéentaton dan le dfféent epèe, choe qu 'aèe ndpenable pou étude la dynamque et le compotement de la machne tant aux égme tantoe qu'au égme pemanent. Pu on pocédea à l'étude de l'onduleu de tenon dan laquelle on dcutea de dfféente méthode de modulaton MI en e concentant u la MI ectoelle ou SVPWM. Cette denèe a fat l'objet de plueu étude et me en œue dan la commande de machne, et elle et deenue tè ntéeante utout qu'elle et mplémentée ndutellement. Dan le deuxème chapte on étudea le dfféente méthode de commande ctée pécédemment. e technque péentée ont le fome de bae, et en ue d'améloe la commande IRFOC, dan la pemèe pate la technque SVPWM et applqué à l'onduleu de tenon, on analyea le éultat obtenu pa mulaton, aec une analye compaate ente la DC et la IRFOC en teme de aaton paamétque et épone dynamque, aec le chox d'une méthode à élaboe.

15 Intoducton généale Dan le toème chapte, et pa ouc de obutee de la commande IRFOC choe on ntodua de égulateu à mode glant en cacade, une étude théoque ea conacé aux concept de bae de ytème à mode glant, apè on pocédea à la mulaton et à l'analye de éulta. Enfn, on tentea d'aoce le égulateu à mode glant aux égulateu claque popotonnelle ntégale PI, et te le concluon apè mulaton. Dan le quatème chapte, et u le nconénent nhéent à l'utlaton de capteu mécanque, beaucoup de taaux ont poté l'ntéêt u la uppeon de ce dene, cela nou a ncté à améloe note commande en choant une de melleue technque qu extent à cet objectf, qu et la MRAS Model Refeence Adapte Sytem. En pemèe pate on pocèdea a l'étude théoque de la technque MRAS, pu on paea à la mulaton et l'ntepétaton de éultat obtenu. Ce mémoe ea acheé pa une concluon généale u la commande popoée de la machne aynchone, et le taaux qu peuent ête enagé en pepecte.

16 Chapte I Etat de l'at et modélaton de la MAS et de l'onduleu

17 Chapte I Etat de l'at I. Etat de l'at I.. Intoducton a machne aynchone de pa e aantage nconteté mplcté de concepton et d'enteten, fable coût, et utout abence de l'enemble bala-collecteu, et de lon la machne la plu utlée en ndute, le checheu ne e laent d'améloe e pefomance tant à la machne ellemême MAS mult phae et à double étole, MAS à double cage, et à cage pofonde, MAS doublement almentée, MAS utlé en généatce, qu'à a commande, autant que pemettent le pogè en matèe de compoant électonque et matéaux ndutel. Pa conte le contôle de la MAS e heute à une gande complexté phyque lée au couplage électomagnétque ente le tato et le oto. a machne aynchone a donc été utlée eentellement à tee contante. outefo le déeloppement de ytème utlant le machne aynchone fonctonnant à féquence aable a été poble gâce d une pat, au déeloppement de calculateu puant tel que le DSP, et le mcocontôleu facltant an l mplantaton d algothme complexe temp éel dan le ytème d nfomatque ndutel actuel, et d aute pat aux em-conducteu de puance de haute pefomance qu conttuent le coneteu tatque aocé aux ytème de commande. e poblème d'almentaton et de calcul étant églé, de dee commande ont pu ête mplantée dan de condton atfaante pemettant an d'étende la gamme de puance d'utlaton de la MAS dan le commande à tee aable et upplanté la machne à couant contnu longtemp utlée. e commande le plu féquente ont la commande calae, la commande ectoelle, et la commande decte du couple. R-q: Noton en peme leu que le taaux cté ont à tte non exhautf. I.. Commande calae a commande calae, pemet de contôle le couple en égme pemanent aec le mantent du flux dan la machne à une aleu fxe. Ce type de contôle conent utout à de pefomance moyenne de fonctonnement de la machne aynchone. Cette commande et ce, nonobtant e nconénent -à- e pefomance, beaucoup utlé dan l'ndute ca elle et faoée pa a mplcté et on coût plutôt bon maché. Ma néanmon l exte dan la lttéatue de taaux qu ent à on améloaton en utlant de technque modene tel que l'optmaton de égulateu pa logque floue, ou pa l'adjoncton d'algothme tablant, tout en etant mple à mette en œue [][]. 4

18 Chapte I Etat de l'at I.. Commande ectoelle à flux oenté FOC Quand à la commande ectoelle abégé FOC, aec e deux fome, decte DFOC et ndecte IRFOC, elle dépae lagement pa e capacté la pécédente loqu'l 'agt de contôle à haute pefomance, et ete tè compétte dan le domane de la commande de machne électque, ca depu on déeloppement en Allemagne à la fn de année oxante et début oxante-dx pa Hae IRFOC et Blachke DFOC, elle et toujou me à jou aec le noueaux technque qu e péentent. e pncpe de la FOC epoe u le fat que le couple et le flux de la machne ont contôlé ndépendamment, comme dan une machne a couant contnu à exctaton épaée. e couant ntantané tatoque ont tanfomé dan un epèe tounant algné au ecteu du flux otoque, tatoque, ou ce de l'ente-fe, afn de podue deux compoante du couant, elon l'axe d compoante qu contôle le flux, et celle de l'axe q compoante qu contôle le couple. e poblème majeu de la technque FOC à égulateu popotonnel ntégal PI et qu'elle et tè enble aux aaton paamétque de la machne, utout le contante de temp otoque et tatoque [], u ce fat tou le checheu qu ont u le fome de bae de la FOC ont eu pou ouc de la déenble en la endant obute et fable -à- de aaton paamétque malheueuement nétable. D'nnombable taaux ont été m en œue, pam eux ce qu ont popoé l'dentfcaton en-lgne on-lne de la contante de temp tatoque, et otoque pou le calcul jute de la tee angulae du glement, et du fat ont contbué énomément à la l'améloaton de la épone dynamque du couple et de la tee [4][5]. En teme de obutee ene le ncettude dont le aaton paamétque et le petubaton extene, [6] a ntodut l'applcaton de égulateu à mode de glement pou la commande de la MAS, méthode qu a fat e peue, et depu, plueu taaux ont u [7][8], ma qu aaent le poblème du phénomène de boutement chatteng dû à la dcontnuté de la commande, toutefo ce phénomène et pafatement maîté pa l'ntoducton de commande douce, ntégale ou pa l'utlaton de technque à bae de logque floue [9][][]. Il et ntéeant de mentonne qu'l y a de taaux qu aocent dan la même commande de égulateu à mode glant et de égulateu popotonnel ntégale PI, et en ntoduant la technque de modulaton de lageu d'mpulon ectoelle SVPWM [][][4]. e éultat obtenu ont atfaant ca la technque SVPWM édut le hamonque de couant tatoque, et améloe en égme pemanent le poblème d'ondulaton du couple, flux et couant, tand que le contôleu à mode glant contbue à la obutee de la commande. 5

19 Chapte I Etat de l'at I..4 Commande decte du couple DC Dan le année écente beaucoup d'étude ont été déeloppée afn de toue de oluton pou la commande de la machne à nducton ayant pou but d'ao une épone péce et apde du couple, et édue la complexté de la commande ectoelle à flux oenté. 'ntoducton de la commande decte du couple et du flux abégé DC pa akahah DC et Depenboak DSC au mleu de année quate-ngt a été econnue en tant que oluton able pou éale ce condton. a DC a ouet un nouel hozon dan le domane de la commande, en effet le pncpe de cette méthode et de contôle le couple et le flux de la machne dectement, cela et éalé à tae de compaateu à hytéé qu compaent le aleu de éféence aec celle etmée, pu commande dectement le état de l'onduleu afn de édue le eeu de couple et de flux dan le lmte de la bande d'hytéé. San pae pa de calcul goueux de tanfomaton ente epèe, et mon de égulateu jugé top enble aux aaton de paamète n le beon de généateu à modulaton de lageu d'mpulon MI ou PWM en angla. Ce qu condut à une épone dynamque beaucoup plu ntéeante compaée aec la technque FOC [5] [6]. Quand le flux et ho de la bande d'hytéé, la féquence de l'onduleu change et le flux pend un chemn optmal e la aleu déée, cec et la caue du pncpal nconénent de la DC qu et l'ondulaton que péente le couple, le flux, et le couant en égme pemanent, ceux-c ont eflété u l'etmaton de la tee et a épone, et au e taduent pa de but acoutque accu [7]. Comme la FOC, plueu o même beaucoup de taaux ont u de deux fome de bae popoée pa akahah et Depenboak afn de palle à ce poblème petant. l y a ce qu ont utlé l'onduleu mult neaux [8], oluton qu 'aèe complexe et coûteue, et d'aute qu ont utlé la technque SVM pace ecto modulaton, on pncpe et d'mpoe le ecteu de tenon appopé pa modulaton ectoelle d'epace [9], le ondulaton ont édut condéablement ma à féquence de commutaton pa tout à fat contante d'autant plu que cette méthode aat de dépendance paamétque notamment la étance tatoque et exgeat de gand calcul en lgne. Dan [] le auteu on emplacé la table de été pa plueu en applquant un nombe de ecteu plu gand que ceux applqué en DC claque en utlant de compaateu à cnq neaux, cette technque et appelée DSVM dcete pace ecto modulaton, la méthode a été mplémentée en mulaton et éalé expémentalement, le éultat obtenu ont monté l'effcacté de cette méthode -à- de ondulaton an augmente la complexté de la DC ognale. Récemment d'aute étude ont utlé la logque floue; ot pou adapte la bande d'hytéé [6] et ont obtenu de éultat atfaant même en bae tee, ot pou optme la table de été [] aec de bon pefomance du couple et du flux en égme pemanent, d'aute ont utlé la 6

20 Chapte I Etat de l'at technque qu aoce SVM aec logque floue FDC [], le ondulaton ont été emaquablement mnmée à féquence de commutaton qua contante. I..5 Compaaon ente FOC et DC De étude compaate ente la FOC et la DC ont eu leu afn de monte le aantage et nconénent de chacune, dan [] le auteu ont conclu apè une étude expémentale que la DC aat le méte pa appot à la FOC, pa de néceté de égulateu de couant n de tanfomaton de coodonnée, pa enble aux paamète de la machne m à pat la étance tatoque et pa beon de capteu de tee pou l'mplémente. Ma l'atcle a om la compaaon en teme d'ondulaton du couple et du flux. Pa conte dan [4] le auteu ont mt en œue une compaaon aez jute de deux technque de bae DC et DFOC ca l ont en commun d'ête ntnèquement an capteu de tee, le éultat ont monté claement qu'en égme pemanent et pou de dfféente aleu de la tee et du couple de chage, le couant dan la DFOC ont nettement mon ondulé pa appot à ceux de la DC, qu en plu péentent un pecte che en hamonque de fable ampltude ma qu 'étale u toute la plage de féquence à l'nee de la DFOC. Au en gande tee, l'ampltude de ondulaton du couple dan la DC été légèement plu gande que celle en DFOC qu aat une fome plu égulèe et unfome. Pa ute et en égme tantoe, le pefomance de chaque commande on été teté ute à la épone à un échelon de couple de chage pou dfféente aleu de tee, le éultat ont monté que la DC état melleu en teme temp de épone, cec et dû à la péence de égulateu PI dan la DFOC qu etade la épone du couple. Au le auteu ont emaqué que dan le bae tee la DC été mon table dû à l'effet de la étance tatoque. a concluon de l'atcle et que le pefomance de deux technque ont compaable, et peuent ête améloé pou éte an le nconénent que péente chacune d elle. a melleu technque ea donc celle qu ea améloée en teme de obutee en e le ncettude ntene et extene et en teme de épone dynamque, toute en etant mon complque à l'mplémentaton ndutelle. I..6 Commande an capteu de tee 'utlaton de commande déeloppée pou la machne aynchone lu confèe beaucoup d'aantage, ma l'utlaton de capteu mécanque tel que de généatce tachymétque, eole, ou codeu ncémentaux pou la tee nut à la obutee et la fablté de commande pou de multple aon. D'abod placé u l'abe de la machne le capteu augmente le olume et le coût global du ytème, en effet dan le machne à pette puance à 5 kw le coût du capteu et enon emblable à celle de la machne, au pou le machne à 5 kw, le 7

21 Chapte I Etat de l'at coût et de à % pa appot au coût de la machne elle-même [5]. En plu, le placement du capteu nécete de modfcaton u l'abe de la machne et demande un montage délcat et une attenton pécale aux but de meue. Afn de pale ce nconénent nhéent, beaucoup de taaux on été popoé pou la commande ectoelle de la machne aynchone an capteu mécanque, Ce méthode e faoent elon, leu enblté aux aaton paamétque, leu mplcté à l'adaptaton et à l'mplantaton. Il y a celle qu ont baée u l'explotaton de l'anotope patale allance du ccut magnétque tel que le encoche otoque [6]. D'aute technque que ont le obeateu, utlent le modèle de la machne telle que l'obeateu de uenbege [7], et le flte de Kalman [8], ben que ce méthode ont en meue de pale le aaton mpotante de la étance otoque, malheueuement l'mplantaton du flte de Kalman en temp éel et dffcle à caue du nombe d'opéaton néceae à chaque péode d'échantllonnage pou éactuale le etmaton. Dan [9] qu a utlé un obeateu à mode glant, l a augmenté la obutee du ytème et a étendu la plage de tee de zéo aux gande tee, ma le phénomène du chatteng ete l'nconénent majeu de ce technque. a méthode baée u le ytème adaptatf à modèle de éféence abége MRAS a poué que c'et l'une de melleu technque popoée pa le checheu, gâce aux gande pefomance qu'elle péente en teme de fablté, tablté, et mon d'effot de calcul []. Depu on ntoducton pa [], le checheu ne ceent d'améloe et d'explote le aantage qu'offe cette technque [][][4][5]. Cette denèe e bae u deux modèle de la machne aynchone, le modèle dt de éféence et le modèle adaptatf, qu e baent u le flux, la conte foce électomotce fcém, ou la puance éacte, ce deux modèle ont compaé et leu dfféence et ntodute dan un mécanme d'adaptaton égulateu PI dont la ote et la tee déée. Cette denèe technque ea adoptée dan la ute de ce taal. 8

22 Chapte I Modélaton de la MAS I. Modélaton de la MAS I.. Intoducton a machne aynchone, ouent appelée moteu à nducton compend un tato et un oto, conttué d'emplement de tôle d ace au lcum et compotant de encoche dan lequelle ont placée le enoulement. e tato et fxe ; on y toue le enoulement elé à la ouce, l objectf étant d obten une épatton de foce magnétomotce et du flux la plu nuoïdale poble dan l entefe. e oto et monté u un axe de otaton. Selon que le enoulement du oto ont acceble de l extéeu ou ont femé u eux même en pemanence, ont défnt deux type de oto : bobné ou à cage d écueul, toutefo, la denèe tuctue et ouent pe lo de modélaton comme électquement équalente à celle d un oto bobné dont le enoulement ont en cout-ccut [6]. 'objectf de ce chapte et de péente mathématquement la modélaton de la machne aynchone ou fome de dfféent modèle d'état elon le chox du epèe, ce modèle ont défn dan un éféentel dphaé, ot tounant dq, ot fxé au tato αβ, ce dene ont détemné à pat du éféentel tphaé conentonnel de la machne aynchone à l'ade de tanfomaton mathématque adéquate. Enute, on pocèdea à la modélaton de l'almentaton de la machne, qu et l'onduleu de tenon à deux neaux, aec une decpton de méthode de commande appochée à MI nu-tangle SPWM, et une attenton patculèe à la MI ectoelle qu ea notée SVPWM, tè appécée pa e aantage loqu elle et aocée à la commande de machne électque. I.. Hypothèe mplfcatce a modélaton et une phae pmodale u le chemn de la mulaton et la éalaton. e modèle adopté deat ntepéte le plu fdèlement poble l'enemble de phénomène que le concepteu cheche à mette en édence, pou an péde le compotement en égme dynamque et tatonnae du ytème phyque. Seulement le machne électque ont de ytème tè complexe, pou en ten compte dan leu modélaton de tou le phénomène phyque qu'elle contennent. Il et alo eentel d'admette quelque hypothèe mplfcatce conentonnelle, qu tout de même n'altèent pont l'authentcté du modèle de la machne dan le cade de ce taal [7]. 9

23 Chapte I Modélaton de la MAS e hypothèe mplfcatce adoptée dan ce taal ont péentée comme ut: Répatton patale nuoïdale de l'nducton magnétque à tae l'entefe, ce qu e tadut pa une aaton nuoïdale de nductance mutuelle ente le tato et le oto, cela mplque une aaton nulle de la peméance magnétque due aux encoche. e couant ndut dan le ccut magnétque couant de Foucault ont uppoé néglgeable, an qu'aux phénomène de l'hytéé et l'effet de peau. a atuaton magnétque ne ea pa pe en compte, ce qu pemetta d'éce le flux pope de la machne comme de foncton lnéae de couant. e Rétance de enoulement ont condéé comme contante. I.. Modèle mathématque de la MAS I... Equaton en tphaée e tato et conttué de to enoulement épat dan l'epace, et épaé d'un angle électque de, le même popo 'applquent au oto qu'l ot à cage d'écueul ou fomé de to bobne. a fgue I. llute la dpoton de enoulement tatoque et otoque: b a b θ a c c Fg.I.: Repéentaton patal de enoulement de la MAS Dan le epèe tphaé, le to ecteu a, b, c, ont oenté elon le axe de to enoulement tatoque de la machne. Il et de même pou le oto.

24 Chapte I Modélaton de la MAS 'axe a et ouent condéé comme éféence, et l'angle θ défnt la poton du oto pa appot au tato. En tenant compte de hypothèe mentonnée pécédemment le équaton électque de tenon tatoque et otoque peuent 'éce ou fome matcelle en applquant la lo d'ohm comme ut: au tato : [ V ] [ R ][ I ] abc au oto : [ V ] [ R ][ I ] abc [ ] d abc I- abc dt [ ] d abc abc I- dt e gandeu, [V abc ], [I abc ], [ abc ], ont de ecteu de dmenon x défnt comme ut: a [ V ] ; [ I ] ; [ ] abc b c abc a b c a abc b I- c Celle du oto ont: a [ V ] ; [ I ] ; [ ] abc b c abc a b c a abc b I-4 c e matce de étance de enouement tatoque et otoque ont défne comme ut: R R I-5 [ ] R ;[ R ] e flux totaux de la machne ont en elaton aec le couant pa l'ntemédae de équaton uante: [ ] [ ][ I ] [ ][ I ] I-6 abc abc m abc [ ] [ ][ I ] [ ][ I ] I-7 abc abc m abc aec: l lm lm [ ] lm l lm I-8 l m lm l

25 Chapte I Modélaton de la MAS l lm lm lm l lm I-9 l m lm l [ ] où: 4π π Co θ Co θ Co θ π π m lm Co θ Co θ Co θ I- π π Co θ Co θ Co θ [ ] [ ] : Matce de nductance pope et mutuelle ente phae tatoque. [ ] : Matce de nductance pope et mutuelle ente phae otoque. [ m ]: Matce de nductance mutuelle ente phae tatoque et otoque. l m : Inductance mutuelle ente enoulement tatoque. l m : Inductance mutuelle ente enoulement otoque. : Maxmum de l'nductance mutuelle ente une phae du tato et une phae de oto. l m Noton que, la matce de nductance mutuelle otoque n'et d'aute que la tanpoée de celle de nductance mutuelle tatoque; [ m ] [ m ] t. I... Equaton en dphaée e modèle dphaé de la MAS 'effectue pa une tanfomaton du epèe tphaé en un epèe dphaé, qu n'et en fat qu'un changement de bae u le gandeu phyque tenon, flux, et couant, l condut a de elaton ndépendante de l'angle θ et à la éducton d'ode de équaton de la machne. a tanfomaton la plu connue pa le électotechncen et celle de Pak 99 [8]. a fgue I. met en elef l'axe dect d du éféentel de Pak, et l'axe en quadatue d'ndce q. q b d b θ θ l θ a a c c Fg.I.: Poton de axe dq pa appot aux axe de la machne

26 Chapte I Modélaton de la MAS Pou mplfe le équaton, le epèe de Pak de gandeu tatoque et otoque doent coïncde, cec et poble gâce à la elaton uante: θ θ θ l I- a matce de tanfomaton de Pak [] et défnt comme ut: [ ] 4 4 π θ π θ θ π θ π θ θ Sn Sn Sn Co Co Co I- On a cho /, pou le aleu nchangée de ampltude de tenon, couant, et flux. θ et l'angle ente l'axe d et l'axe de éféence dan le ytème tphaé. a tanfomaton decte et alo: c b a q d x x x Sn Sn Sn Co Co Co x x x 4 4 π θ π θ θ π θ π θ θ I- Où, x epéente le aable condéée de la machne qu ont tenon, couant ou flux. a aable x epéente la compoante homopolae, ajoutée pou ende la tanfomaton éeble, elle et nulle loque le neute n'et pa banché. a tanfomée de Pak nee et néceae afn de een aux gandeu tphaée, elle et défne pa: q d c b a x x x Sn Co Sn Co Sn Co x x x 4 4 π θ π θ π θ π θ θ θ I-4

27 Chapte I Modélaton de la MAS I... Chox du epèe dq Ce qu end la tanfomaton de Pak attayante, et que l'oentaton du epèe dq peut ête quelconque. Il exte to chox mpotant, le epèe dq peut ête fxé au tato, au oto ou au champ tounant, Selon l objectf de l applcaton [9] [4]: - Repèe d axe dq fxe lé au tato ou epèe tatonnae θ. e gandeu électque éoluent en égme pemanent électque à la pulaton tatoque ω. Cette méthode ea etenue tè ouent dan l étude de obeateu. - Repèe d axe dq lé au oto θ l. e gandeu éoluent en égme pemanent électque à la pulaton de couant otoque ω l. Elle ont de fable féquence féquence de glement. - Repèe d axe dq lé à l un de flux de la machne. e modèle et mplfé pa l utlaton d équaton plu mple. En égme pemanent électque le gandeu du modèle ont contnue. Cette méthode et ouent utlée dan l étude de la commande. I... Réféentel lé au champ tounant Symbolé pa le ecteu flux tatoque, le champ tounant et le champ cée pa le bobnage tatoque et qu toune, en égme pemanent, à la tee de ynchonme. S on chot de fxe le epèe dq au champ tounant alo on a: dθ dt ω ω ω ω ω pω l I-5 où : ω : et la pulaton tatoque ω : et la pulaton otoque ω l : et la pulaton du glement Ω : la tee mécanque, elle et elée à la pulaton otoque pa : ω p Ω Equaton électque e équaton électque de la MAS dan un epèe de Pak lé au champ tounant ont: au tato: d q R R d q d dt d dt d q ω ω q d I-6 4

28 Chapte I Modélaton de la MAS au oto: d q R R d q d dt d dt d q ω pω ω pω q d I-7 ceux de flux totaux ayant pou aleu: pou le tato: pou le oto: où: a m l : Inductance cyclque tatoque. l : Inductance cyclque otoque. a m l m m d q d q d q d q m d m q m d m q : Inductance mutuelle cyclque ente tato et oto. I-8 I-9 Equaton mécanque e modèle électque dot ête complété pa le expeon du couple électomagnétque et de la tee, décant an le mode mécanque. e couple électomagnétque e peut e mette ou plueu fome: où: K e e e p : le nombe de pae de pole. t p m p dq qd p qd dq p m q I d d I q e I- K I- t d q q d Noton que c'et la elaton I- qu ea etenue, ca elle dépend de aable d'état adoptée. a tee de otaton mécanque e dédut de la lo fondamentale de la mécanque généale la omme de couple à l'abe et équalente au couple netel, elle 'éct donc: 5

29 Chapte I Modélaton de la MAS dω J e f Ω I- dt où: J : et l'nete de toute le mae tounante amenée à l'abe de la machne. : le couple de chage. f : Coeffcent du fottement queux. I... Expeon en modèle d'état Mantenant on a ééce le équaton de la machne en modèle d'état en ue de a commande, en penant le couant tatoque d, q et le flux otoque, comme aable d'état. D abod emplaçon le couant otoque et le flux tatoque à pat de I-8, I-9 : d q pou le couant otoque: d q d q m m d q I- pou le flux tatoque: d q m m d q m m d q I-4 En appotant ce denèe elaton dan I-6 et I-7, on abouta aux ytème d'équaton d'état uant: dd R m R d ω dt σ dq R m ω d R dt σ d d R m R d d ωl q dt d q R m R q ωl d q dt q q σ σ R m m ω d d σ σ R m ω m q q σ σ d q I-5 m où : σ et le Coeffcent de dpeon. dx En dentfant le ytème I-5 à la fome : A X B U, on aua: dt le ecteu d'état X [ d q d q ] t, A la matce dynamque du ytème, le ecteu de commande U [ d q ] t, et B la matce d'applcaton de commande, donc: 6

30 Chapte I Modélaton de la MAS 7 q d q d X ; q d U ; B σ σ I-6 m m m m m m m m R R A ω ω ω ω σ ω σ σ ω ω σ σ ω σ I-7 où : R et la contate de temp otoque. I...4 Réféentel lé au tato epèe tatonnae αβ Cette tanfomaton et appelée au tanfomaton de Clake, qu et en fat un ca patcule de la tanfomaton de Pak, elle et obtenue quand le epèe dq et confondu aec le epèe αβ fgue I., ç-à-d en penant θ, la tanfomaton decte e fat alo comme ut: c b a o x x x x x x β α I-8 où, x epéente le tenon, couant ou flux. a tanfomée nee et de la fome: β α x x x x x x o c b a I-9

31 Chapte I Modélaton de la MAS 8 à pat de défnton pécédente, le équaton électque de la machne ont éécte comme ut: au tato: dt d R dt d R β β β α α α I- β β β α α α m m I- au oto: α β β α β α α α ω ω dt d R dt d R I- β β β α α α m m I- En uant le même démache pe dan le éféentel pécèdent afn d'éce le ytème d'équaton ou la fome : U B X A dt dx, on aua: m m m m m m m m R R A ω ω σ ω σ σ ω σ σ σ I-4 X β α β α ; U β α ; B σ σ I-5 'expeon du couple électomagnétque expmé dan le epèe αβ peut ête donnée pa : α β β α t e K I-6 'équaton de la tee etant nchangée.

32 Chapte I Modélaton de la MAS I...5 Paage ente le epèe dq et αβ Dan la commande, l et ouent patque de pae d'un epèe à l'aute, cela ce fat à l'ade de la matce de otaton d'angle δ: [Pδ], comme le monte la fgue I.. β q d δ α Fg.I.: poton de epèe dq et αβ a tanfomaton ce fat alo comme ut: et neement: aec : x x x x d q α β x I-7 xβ α [ P δ ] x x d [ P δ ] q I-8 co δ n δ P δ I-9 n δ co δ I..4 Réultat de mulaton Aant d'entame toute éalaton, la mulaton et deenue une tache pmodale pou le checheu, on a cho le logcel Matlab/Smulnk tè connu pou a puance de calcul. e but de cette mulaton et de alde le modèle adopté de la machne aynchone, et d'analye le compotement loque la machne et almentée dectement pa le éeau tandad, et pu à tae l'onduleu de tenon commandé pa modulaton de la lageu d'mpulon SPWM qu ea condéé pa la ute. 9

33 Chapte I Modélaton de la MAS Vtee de otaton Vtee de otaton 5 5 N [t/mn] 5 N [t/mn] t[] Fg.I.4.a : Vtee de otaton à de pu en chage à t.6, Machne almentée pa le éeau t[] Fg.I.4.b : Vtee de otaton Machne almentée pa l'onduleu 5 4 Couple électomagnétque 5 4 Couple électomagnétque e e [N.m] e [N.m] t[] Fg.I.5.a : Répone du couple électomagnétque Machne almentée pa le éeau t[] Fg.I.5.b : Répone du couple électomagnétque Machne almentée pa l'onduleu Couant de phae tatoque Couant de phae tatoque,abc [A] -,abc [A] t[] t[] Fg.I.6.a : e Couant de phae tatoque Machne almentée pa le éeau Fg.I.6.b : e Couant de phae tatoque Machne almentée pa l'onduleu

34 Chapte I Modélaton de la MAS 5 Couant de phae tatoque 5 Couant de phae tatoque,abc [A],abc [A] t[] t[] Fg.I.6.c : e Couant de phae tatoque Machne almentée pa le éeau Zoom Fg.I.6.d : e Couant de phae tatoque Machne almentée pa l'onduleu Zoom a montée en tee et qua lnéae au début du démaage, la tee attente et poche de 5 t/mn tee de ynchonme, le moteu étant à de. o de l'applcaton d'un couple de chage de 5 Nm à t.6, une dmnuton pemanente de la tee appaaît, cec et dû au fat qu'l n'y pa de égulaton. On note le ocllaton du couple ntantané lo de la me ou tenon pendant une coute duée. An le couple monte à 4 N.m alo que le couple nomnal du moteu et de l ode de N.m. On emaque au le claque appel de couant lo de la me ou tenon du moteu. e coube de deux mulaton de la machne almentée pa le éeau et pa l'onduleu de tenon ont peque dentque aux ocllaton pè qu e dtnguent dan le coube de la machne almentée pa l'onduleu due à la féquence de commutaton de nteupteu.

35 Chapte I Modélaton de l'onduleu de tenon I. Modélaton de l'onduleu de tenon I.. Intoducton onduleu de tenon aue la coneon de l énege contnue e l altenatf DC/AC. Cette applcaton et tè épandue dan le monde de la coneon d énege électque aujoud hu. onduleu peut ête utlé à féquence fxe, pa exemple almente un ytème altenatf à pat d une battee, ou à féquence MI aable pou la aaton de tee de machne électque. onduleu de tenon à MI pemet d mpoe à la machne de onde de tenon à ampltude et féquence aable à pat du éeau tandad /4V, 5Hz. a tuctue du coneteu tatque qu almente la machne et conttuée eentellement, d'un pont edeeu AC/DC connecté au éeau, contôlé ou pa [4]. Apè edeement, la tenon étage contnu et fltée pa de compoant paf C ou C, pou ête fnalement applquée à l onduleu. 'onduleu qu et connecté à la machne, et conttué de to ba fomé d'nteupteu électonque cho eentellement elon la puance et la féquence de taal, chaque ba compte deux compoant de puance complémentae mun de dode montée en ant-paallèle. e dode de oue lbe auent la contnuté du couant dan la MAS une fo le nteupteu ont ouet. À note qu un temp de etad dot exte patquement ente le nteupteu haut et ba d un même ba afn d éte le cout-ccut de la ouce contnu. 'onduleu et commandé pa la technque de modulaton de lageu d'mpulon MI, appelée en angla Pule Wdth Modulaton PWM. Il exte plueu technque PWM, dont deux eont mentonnée, la PWM dte nu-tangle SPWM, et la MI ectoelle ou pace ecto PWM abégée SVPWM, deenue tè ollctée pa le ndutel et checheu en commande de machne électque [4]. Aant d'entame la modélaton de l'onduleu, on a jugé ntéeant de fae un decptf u le l nteupteu tatque en em-conducteu utlé en électonque de puance qu extent actuellement, ca l élément clé de la coneon d'énege et l nteupteu tatque qu a pemette, en nteompant ou non le tanfet d énege ente le de élément du ccut, et de gée le aleu moyenne de couant et tenon. I.. e Compoant de l'électonque de puance e compoant de l'électonque de puance, doent éponde à une commande qu exge l'état paant ou bloqué, ce changement de conductté et poble gâce aux tuctue pécale de em-conducteu qu contôlent le poteu de chage moble, to dfféent type ont défn :

36 Chapte I Modélaton de l'onduleu de tenon em-conducteu non contôlé : dode de puance: PN, SCHOKY, JBS. em-conducteu contôlé aec commande amoçage: hyto, ac. em-conducteu contôlé aec commande amoçage/blocage : hyto GO Gate un Off anto bpolae de puance BJ Bpola Juncton anto anto de puance MOSFE Metal Oxde Semconducto Feld Effect anto IGB Inulated Gate Bpola anto GC et IGC Integated Gate Commutated un-off hyto MC Mo Contolled hyto SI Statc Inducton anto SIH Statc Inducton thyto Un nouel hozon, qu et l ntégaton en électonque de puance, éolue e une ntégaton de ytème de puance, compenant le compoant de coneon de l énege, de compoant paf, de élément de commande et de potecton. Deux technologe dtncte ont défn, la technologe hybde ou monolthque qu e dent elle-même en: - Ccut ntégé à haute tenon HVIC Hgh Voltage Integated Ccut. - a technologe «Smat Powe» : puance ntellgente. On entend pa «ntellgent», le fat que le compoant puent éag à dfféente tuaton an ade extéeue, donc l puent ao une cetane autonome. I... Chox de nteupteu e paamète uant ont mpotant pou un nteupteu en em-conducteu conçu pou le applcaton de coneon de puance [4]: > Couant maxmal uppoté. > enon maxmale bloquée. > Chute de tenon à l'état paant et a dépendance de la tempéatue. > Couant de fute à l'état bloqué. > Capacté themque. > emp de tanton de commutaton pendant l'ouetue et la femetue. d > a tenue en à l'état bloqué ou pendant l'ouetue. dt d > a tenue en à l'état paant ou pendant la femetue. dt > Capacté de éte aux couant et tenon excef. > Pete de commutaton. > a puance contôlée.

37 Chapte I Modélaton de l'onduleu de tenon De manèe généale, la conttuton de em-conducteu de puance et dfféente de leu équalent de couant fable. De modfcaton ont fate u le tuctue de bae afn de le adapte aux haute tenon et aux fot couant. En électonque de puance, la dode bpolae et ouent appelée dode PN où dégne une égon peu dopée de type N, an, le pofl du champ électque en égme nee et le tenue en tenon eont augmentée pa appot à la dode PN tandad [44]. a joncton MS metal-emconducto et couamment connue ou la dode Baèe-Schottky, le pncpale caactétque d une dode Schottky ont, la capacté a taalle en haute féquence, e fable pete chute de tenon tè édute en polaaton decte. Elle et employée ntenement dan le domane de l'électonque de puance, en patcule en bae tenon et fot couant [45]. a dode JBS et un compoant hybde u d'un coement ente une dode PN et une dode Schottky. 'ntéêt d'une telle tuctue et d'obten une chute de tenon decte plu fable qu'une dode bpolae, tout en ayant un couant de fute nee plu fable qu'une dode Schottky [46]. a technologe de thyto et ntnèquement plu pefomante que celle de tanto pou le aleu de tenon de blocage upéeue à,5 kv, elle offe un melleu compom ente la tenon à l état paant et la tenon de blocage. ajout de la foncton d extncton de gâchette mpoe plueu etcton aux GO. En effet a technologe de commande tandad de GO, lagement épandue, pooquat de tantoe de commutaton non homogène, mpoant l utlaton de coûteux ccut amoteu de d dt d et, et de ccut de gâchette encombant. outefo, elle a dt toué de domane d applcaton ntéeant pou le puance ente et MVA, pncpalement dan le entaînement électque à tee aable et dan la tacton feoae. Ce nteupteu fonctonnent à de féquence de commutaton elatement bae [44] [47]. e tanto bpolae BJ ont utlé dan le applcaton allant juqu'à plueu centane de klowatt et à de féquence allant juqu'à khz. e plu utlé généalement dan le coneteu de puance ont de type NPN, ca l poèdent, une chute de potentelle plu fable à l état paant que le PNP, et l ont une féquence de commutaton plu éleée le électon cculent plu te que le tou [48]. Pou la aon de on temp de commutaton elatement gand, le pete de commutaton ont d'autant plu gande que la féquence augmente. Pou élmne le beon de gand couant de bae, la confguaton Dalngton et généalement utlée [44]. Au pou conee l'état paant le couant de bae dot ête péent en pemanence, et un fot couant nee et equt pou commute à l'état ouet apdement, de ce fat le ccut de commande de la bae deent complexe et coûteux [49]. 4

38 Chapte I Modélaton de l'onduleu de tenon oute ce lmtaton ont condut au déeloppement de tanto MOSFE, ce dene ont pemt d obten de féquence de commutaton tè éleée one de MHz, aec une commande en tenon qu nécete une énege patquement néglgeable. Cependant, le MOSFE péentent de chute de potentel du à la étance à l'état paant, et donc de pete en conducton d'autant plu mpotante que la tenon et gande pa appot aux BJ de même puance. Ce qu lmte leu applcaton en haute tenon à enon, kv [48]. e tanto IGB et l un de compoant de puance le plu utlé actuellement. Sa tuctue aoce en ote celle d'un tanto bpolae BJ et celle d'un MOSFE en entée. Donc l'igb egoupe le aantage en conducton du tanto bpolae BJ, et le aantage en commutaton et mplcté de commande du tanto MOSFE. Il et lagement utlé pou le applcaton de moyenne et dan cetane applcaton de haute tenon, aec de tenon d almentaton compe ente 6V et 6.5kV, et de féquence de l'ode de khz [5] [5]. e dpotf «Smat Powe» et HVIC, ont éalé à pat de flèe technologque de type ccut ntégé. De aocaton plu ou mon complexe ont enageable, allant du mple nteupteu fomé d un IGB aec a dode en antpaallèle, le ba de pont, le pont en H, ou tphaé x-pack, ou menu du hacheu een-pack, pou achemne e le module de puance complet, bapté PIM powe ntegated module, éunant dan un même boîte : un pont edeeu à dode, un hacheu de fenage, an que le x IGB de l onduleu aec leu dode de oue lbe. Quant aux module dt «ntellgent» ou IPM ntellgent powe module, l ncluent en u le de et dfféent capteu chagé de mette en édence un échauffement de tempéatue excef, une uchage ou un cout-ccut. Il ont Conçu pécalement pou la commande de moteu [5]. IGC ou GC IGC et un podut de ABB, GC et un podut de Mtubh, ma le concept et le même, et un GO optmé et mun d'un ccut de commande de gâchette à fable nductance conttué pncpalement de ubtat, MOSFE, et capacté, afn de édue condéablement la lmtaton due au d d, et pemette un fonctonnement an ccut lmteu de nubbe, qu ont dt dt le pncpaux nconénent de GO, en plu de la féquence de commutaton aez lente. De ce fat l explote de manèe optmale la technologe de thyto pete fable et haut neau de fablté an que l extncton commandée an ccut amoteu plu économque pou le applcaton aux puance de,5 MVA à plueu centane de MVA à de féquence allant juqu à plueu khz [47]. 5

39 Chapte I Modélaton de l'onduleu de tenon e thyto MC et une améloaton du thyto GO claque, où deux MOSFE ont ntégé afn de pouo foce le compoant au blocage et à l amoçage. Ce thyto offent une oluton ntéeante pou la éalaton de coneteu, l ne nécetent pa d mpulon d extncton. e MC poède deux pncpaux aantage à du GO, une commande plu mple pou commute de l'état paant à l'état bloqué un fot couant négatf n'et pa néceae et de temp de commutaton plu bef de l'ode de quelque mcoeconde. e MC et un compoant commandé en tenon comme l'igb ou le MOSFE, et la même énege et néceae pou commute un MC, un IGB ou un MOSFE. e MC péentent également de plu fable tenon à l'état paant compaé aux IGB ayant de caactétque mlae [4] [5]. On palea mantenant de deux élément de puance le SI et le SIH, tou deux tè emblable dan la tuctue de bae aec une légèe modfcaton au neau de couche em-conductce. eu pncpe de fonctonnement ont dentque au tanto JFE, qu peut 'amle à celu d'un baeau de em-conducteu pou lequel on ent modfe a étance pa l'applcaton d'une tenon négate u la glle. Pou le SI et le SIH, e couant pncpal ccule ente le dan et la ouce, et on paage et lmté pa la étance de la égon N fablement dopée, une glle, conttuée de pett domane de type P, pemet de modfe la conducton du ubtat pa effet d nducton. e tanto tatque à nducton SI peuent fonctonne à une puance kw à khz ou W à GHz [48]. Aant de feme cette bèche, noton que tou le compoant cté ont au Slcum, le echeche actuelle 'oente e un noueau matéau em-conducteu, on pale du Cabue de Slcum Slcon Cabde SC. e SC et en meue de bloque une tenon nettement plu éleée que le Slcum, cet aantage gnfcatf he le SC pam le melleu canddat pou le haute tenon dan le dpotf de l'électonque de puance. e nombe de compoant de puance éalé u cabue de lcum pa dee équpe augmente, la deté de compoant. On note an dan la lttéatue de caactéaton de dode PN, Schottky, JBS, de MOSFE de puance, de thyto et d'igb [46]. Dan [44], une ynthèe tè atfaante et me, de compoant u mentonné en SC aec de compaaon de leu homologue en S. I... Concluon e MOSFE et tè ben adapté pou le coneteu bae tenon et à féquence éleée nféeue à V et upéeue à 5kHz alo que l IGB et utlé pou le tenon upéeue à V et de féquence aement upéeue à 5kHz. e GO et thyto ont dédé aux applcaton haute tenon >kv fot couant >ka. e SI ne peut éponde qu'a de applcaton où la tenon à bloque et nféeue à kv. e compoant à bae de thyto, ont celle de l aen, Il paaît pobable que le GO ot upplanté pa le SIH, et peut-ête au l IGB pa le MC pou 6

40 Chapte I Modélaton de l'onduleu de tenon le gande puance. e module IGB ont un domane d applcaton qu ecoue totalement celu de tanto bpolae, patellement celu de MOSFE et de GO. C et pouquo le IGB qu'l ot en module ou dcet ont le compoant d aen dan le fote et moyenne puance, en effet le IGB ont toué leu domane de pédlecton dan la commande ndutelle de machne électque, l ont popoé à une tè lage aété qu coue une gamme de puance tè étendue [54]. Actuellement l'enjeu de ndutel et de conceo de dpotf pemettant de taalle dan de condton de plu en plu dffcle, augmentaton de la tempéatue de fonctonnement, dmnuton de la talle de compoant et augmentaton de calbe couant/tenon. e compom ont de plu en plu eé et le lcum attent e lmte. Aujoud hu, le lcum épond au maché ma de nouelle applcaton appaaent pou lequelle de noueaux compoant ont déeloppé u de noueaux matéaux tel que le SC. I.. Modèle mathématque de l'onduleu de tenon état de nteupteu, uppoé pafat peuent ête défnt pa to gandeu booléenne de commande S a,b,c: S le ca ou l nteupteu de haut et femé et celu d en ba ouet, o fgue.i. plu ba. S le ca ou l nteupteu de haut et ouet et celu d en ba femé. Dan ce condton on peut éce le tenon o en foncton de gnaux de commande S et en tenant compte du pont fctf "o" epéente u la fgue.i.7: o Vdc S I-4 V dc S a S b S c o a b c n V dc S a S b S c Fg.I.7: l'onduleu de tenon aocé à la MAS 7