Optimisation de la fonction MLI d’un onduleur de tension deux-niveaux

Abstract

La fonction MLI (Modulation en Largeur d'Impulsion) ou PWM (Pulse Width Modulation) joue le rôle d'interface entre la partie commande d’un variateur de vitesse et la machine électrique associée. Cette fonction agit sur l'onduleur de tension (ou de courant) de la partie puissance du variateur et joue un rôle essentiel avec des conséquences sur toutes les performances du système. Nos travaux prennent en compte la machine asynchrone commandée à travers l'onduleur de tension deux-niveaux. Plusieurs problèmes importants actuels de ce système à vitesse variable sont liés à la MLI : les pertes par commutation de l'onduleur, le bruit acoustique, les surtensions de ligne, les courants de fuite… Le travail effectué consiste à optimiser la fonction MLI vis-à-vis de ces critères. Par le positionnement de la MLI vis-à-vis de ces éléments, le problème gagne un caractère pluridisciplinaire. Nous proposons dans un premier temps une modélisation graphique et algébrique des méthodes MLI très utile surtout du point de vue pédagogique. Cette caractérisation généralisée est indispensable. Elle met en évidence des éléments essentiels comme "le mouvement du neutre". A partir de ces éléments, les démarches d'optimisation vont dans quatre directions: 1- réduire les pertes de l’onduleur tout en gardant une ondulation du courant acceptable - adapter la stratégie de MLI dans ce but, en prenant en compte l’état de la machine (vitesse, couple) et l’état de l’onduleur (température); 2- réduire le bruit moteur - adapter la stratégie de modulation dans ce but à partir d’une meilleure connaissance de l’origine physique des sources de bruit dans un moteur électrique; 3- réduire les surtensions propagées par la ligne d’alimentation du moteur - adapter la stratégie de modulation afin de minimiser l’influence des gradients de tension sur la ligne d’alimentation du moteur et sur le moteur lui-même, en particulier réduire les surtensions générées lors de l’utilisation des longs câbles d’alimentation; 4- réduire les harmoniques de tension appliqués à la machine, ainsi que les surtensions, par utilisation d’un filtre de sortie de l’onduleur - étudier l’apport d’un filtre en sortie de l’onduleur (à tensions de sortie régulées ou non) en termes de réduction d’harmoniques, de surtension, de dynamique du pont et de stabilité. Les programmes de simulation utilisés sont généralement structurés dans des blocks en Matlab/ Simulink classiques ou Power System Blockset, structures qui sont utilisées par la suite pour une expérimentation en temps-réel à base de cartes dSpace. Le banc d'essai a été spécialement aménagé pour notre étude et adapté à la structure de puissance existante dans le variateur ATV58. D'autres programmes de simulation comme POSTMAC ou CRIPTE ont été aussi utilisés.