Abbas Dehghanikiadehi - Thèses

N° d’ordre D. U : 2811 E D S P I C : 798

UNIVERSITE CLERMONT AUVERGNE

ECOLE DOCTORALE SCIENCES POUR L’INGENIEUR DE CLERMONT-FERRAND

Thèse

Présentée par

Abbas Dehghanikiadehi

pour obtenir le grade de

D O C T E U R D’ U N I V E R S I T É SPECIALITE : ELECTROTECHNIQUE

COMMANDE VECTORIELLE INNOVANTE POUR VEHICULES ELECTRIQUES OU HYBRIDES

Soutenue publiquement le 3 février 2017 devant le jury :

M. Pascal André Président M. François Costa Rapporteur M. Patrick Luk Rapporteur M. Daniel Burtin Examinateur M. Khalil El Khamlichi Drissi Directeur de thèse M. Christophe Pasquier Co-encadrant de thèse

Abstract

i|P a g e

AbstractOver the last decade, the interest for low-carbon vehicle technologies has surged

amongbothgovernmentsandautomotivemanufacturersacrossandbeyondtheEuropeanUn-

ion(EU).Greathopeshavebeenput,first,onbiofuelvehiclesandmorerecentlyonelectricvehi-

cles (EVs) andhybrid electric vehicles (HEVs) as key technologies tomitigate climate change,

enhance energy security andnurturenew industrybrancheswithin the automotive sector. So

electrification of vehicles has been seen as a key strategy to reduce CO2 emissions from the

transportsector.

ThemainchallengetowardEVsandHEVsistokeepdrivingfor longerdistance(which

has been always fields for competition among traction industries) as well as lifetime battery

cellsasstoragesystem.Asaresult,theseindicateimportanceofpowerconverterefficiencyasa

keygatefornextgenerationsoftheseup-comingvehicles.Thenextparameteristhequalityof

output voltage/current (especially by suppressing low-order harmonics) to reduce the size of

filtering.

The aim of this thesis is to achieve better efficiency and output voltage/current Total

Harmonic Distortion (THD) by proposing novel power converter and associated PulseWidth

Modulation (PWM)methods while imposingmodification on power converter topology. As a

result,dual-inverter isproposedtosupplyopen-endmotor frombothsides.Tothisaim, three

PWMmethodsaresuggestedas:

The firstone,ModifiedSpaceVectorModulation (MSVM) fordual-inverter suppliedby

singledcsource,improvesefficiencyby4-5%(whilehavinglowerswitchinglosses),andreduc-

esCommonModeVoltage(CMV)levelsby66%,aswell.Thevoltage/currentharmonicsareana-

lyticallyanalyzedwhichshowsmainlybetterperformance.Effectiveswitchingfrequencyisalso

reducedby66%duetothereductionofnumberofcommutations.

In the secondone,NearStatePWM(NSPWM) is adapted fordual-inverter suppliedby

singledcsourceinordertoeliminatetriplenharmonics(thereforeZeroSequenceVoltage,ZSV)

andimproveefficiency(by3-4%)comparedtoSpaceVectorModulation(SVM).Additionallydue

Abstract

ii|P a g e

toavoidinguseofzerovectors,CMVisimprovedby66%.Whilehaving8commutationsinstead

of12inSVM,effectiveswitchingfrequencyisimprovedby33%.

Andfinally,thethirdproposedmethoddealswithNSPWMfordual-invertersuppliedby

twoisolateddcsourceswhereinefficiencyandCMVlevelsshowthesameperformanceasprevi-

ous one. However, in this method, voltage THD is highly reduced compared to SVM. Triplen

harmonicsoftheoutputvoltageareinherentlysuppressedbythestructure.

These3proposedmethodsareanalyticallystudiedandtheirperformancesarestepby

step simulated inMatlab/Simulink environment. Then themethods are implemented in dual-

inverter fed open-endmotor in laboratory setup; and the results are comparedwith these of

SVM.Finally,itisfoundthatnovelproposedmethodsaresocompetitivesolutionstobeapplied

inHEVsandEVsandbringsuperiorefficiencyandvoltage/currentharmonicfeatures.

Keywords

Commonmodevoltage, dual-inverter, efficiency, electric vehicle, hybrid electric vehicle, open-endmotor, power converter, voltage/currentTHD,2 and3-level voltage source inverter, zerosequencevoltage

Résumé

iii|P a g e

RésuméDurant ces dernières années, l'intérêt pour les technologies des véhicules à faibles

émissions de carbone a fait un bond important à travers l'Union européenne (UE) et au-delà,

encouragé en celapar les gouvernements et les constructeurs automobiles.De grands espoirs

ontétémisplusrécemmentdanslesvéhiculesélectriques(VE)et lesvéhiculesélectriqueshy-

brides(VEH)entantquetechnologiescléspouratténuerlechangementclimatique,améliorerla

sécuritéénergétiqueetfavoriserunenouvellebranchedel'industriedanslesecteurautomobile.

Ainsi, l'électrificationdestransportsaétéconsidéréecommeunestratégieclépourréduireles

émissionsdeCO2danslesecteurdestransports.

Le principal défi est d’augmenter l’autonomie des véhicules (ce qui a toujours été au

cœurdelaconcurrencedesindustriesdutransport),ainsiqueladuréedeviedesvolumineuses

etcoûteusesbatteries.Parconséquent,ceciindiquequelerendementduconvertisseurdepuis-

sanceestundespointsclésàdévelopperpourlesgénérationsdesvéhiculesélectriquesàvenir.

L’autreparamètre influantest laqualitéde latensionetducourant(enparticulier lasuppres-

siondesharmoniquesbassesfréquences)quipermetderéduirelatailledesfiltresd'entréeetde

sortiedecesconvertisseurs.

L'objectifdecettethèseestdeparveniràunmeilleurrendementenproposantdenou-

velles structures de convertisseur de puissance et des commandes vectorielles modifiées; le

choix de deux onduleurs alimentant un moteur ouvert aux deux extrémités. Après l'analyse

étapeparétape,modèlethéorique,simulationetenfinunemiseenœuvreexpérimentale,ilaété

constatéquelesnouvellesméthodesproposéessontcompétitivesetpeuvents’appliquerauxcas

desVEHetdesVEafind’apporterdescaractéristiquessupérieuresentermesd’efficacitéetde

qualitédetensionetdecourant.

Mots-clés

Tensionenmodecommun,double-onduleur, rendement,véhiculeélectrique,véhiculehybride,

moteurouvert,convertisseurdepuissance,THDdelatensionetducourant,onduleurmultini-

veaux,séquencenulledetension.

Acknowledgements

iv|P a g e

AcknowledgementsFirstofall, Iwould liketothankProfessorKhalilELKHAMLICHIDRISSI,mydirector,

forhiscontinuousandconsistentsupportandencouragementduringthiswork.Hiseffortwas

veryeffective fornew ideasand foranalyticalanalyses.Additionally, Iwould like to thankDr.

Christophe PASQUIER, my co-supervisor, for his help to implementmethods in experimental

setup.Itmightnotbepossibletofinishtheworkwithouttheirsupport.

Asapartofthisproject,manypeoplefromcompanyandacademiahavebeeninvolved

inthepracticalsystemdevelopmentforthisproject.Iwouldliketothankelectricalengineering

departmentofPolytechClermontFerrandfortheirassistance,Mr.MichelJAMESforhishelpsin

codingMicrocontroller;Mr. Francisco SANCHEZ for designing Printed Circuit Boards; andMr.

JacquesLAFFONTforhisadvicetouseCLanguage.Aswell,Iwouldliketothankcollaborators

fromSATTGC (sociétéd'accélérationdu transfertde technologiesgrandcentre),Mr. Jean-Paul

VINCENT, Mr. Fabrice VIGIER, andMr. Olivier PREZIOSA for their support and confidence to

register3patents.

IwouldliketothanksProf.FrançoisCOSTAasreviewerforhisadvice,whichhelpsto

havemore comprehensive thesis according to French standards. Iwish to thankProf. Patrick

LUKforhiseffectivecommentsasreviewer,whichmakesthisthesistextmoreclearandcom-

plete.

Thanksalsotojurymembers,Prof.PascalANDREandDr.DanielBurtinfortheirpres-

enceandattentiontothisthesisandfindingthisworkeligiblefordoctoratedegree.

Iwouldliketoexpressmysincereandheartfeltgratitudetowardmywife,Saba,forher

constant encouragement and loving support. Iwould also like to expressmy appreciation to-

wardmyparentsandfamilymembers,fortheirunendingsupportandwellwishes.

AbbasDEHGHANIKIDEAHI

Clermont-Ferrand,

Contenu

v|P a g e

ContenuAbstract.............................................................................................................................................................................i

Résumé.............................................................................................................................................................................iii

Acknowledgements..........................................................................................................................................................iv

ListedesFigures...............................................................................................................................................................vii

ListedesTableaux.............................................................................................................................................................ix

Introductiongénérale........................................................................................................................................................1

Chapter1 Structureàdouble-onduleuretmoteuràstatorouvert..............................................................................3

1.1 Double-onduleurpourapplicationdetraction..................................................................................................3

1.2 Contrôledécouplédelastructureàdouble-onduleur.......................................................................................5

1.3 CommandeSVMpourdouble-onduleur............................................................................................................7

1.4 Pertesparcommutation....................................................................................................................................8

1.5 CalculduTHDdelatensionetducourant.........................................................................................................8

Chapter2 Méthodesdecommandeproposéespourlastructureàdouble-onduleur................................................11

2.1 CommandeMSVMpourdouble-onduleuralimentéparunesourceisolée....................................................11

2.1.1 StructuredelacommandeMSVM......................................................................................................11

2.1.2 Analysedelatensiondesortie............................................................................................................12

2.1.3 Lespertesparcommutation................................................................................................................13

2.1.4 THDdelatensionetducourant..........................................................................................................14

2.2 CommandeNSPWMpourdouble-onduleuralimentéparunesourceisolée..................................................16

2.2.1 StratégiedelacommandeNSPWM....................................................................................................16


2.2.3 Pertesparcommutation......................................................................................................................18

2.2.4 Lesharmoniquesbassesfréquences...................................................................................................20

2.3 CommandeNSPWMpourdouble-onduleuralimentépardeuxsourcesisolées.............................................21


2.3.2 Pertesparcommutation......................................................................................................................22

2.3.3 RéductionduTHDdelatension..........................................................................................................23

Contenu

vi|P a g e

Chapter3 Résultatsexpérimentauxetparsimulation..............................................................................................27

3.1 RésultatspourlacommandeMSVMpourdouble-onduleuralimentéparunesoulesource..........................28

3.2 RésultatspourlacommandeNSPWMpourundouble-onduleuralimentéparunesoulesource..................32

3.3 RésultatspourlacommandeNSPWMpourdouble-onduleuralimentépardeuxsourcesisolées..................36

Conclusionetperspectives...............................................................................................................................................43

3.4 Conclusion........................................................................................................................................................43

3.5 Perspectives.....................................................................................................................................................45

Référencesmarquantes...................................................................................................................................................47

ListedesFigures

vii|P a g e

ListedesFigures

Figure1.1.Lachainedetraction.........................................................................................................3

Figure1.2.Espérancedeviedesbatteries.........................................................................................4

Figure1.3.Structureàdouble-onduleuralimentéepar:..................................................................5

Figure1.4.Représentationvectorielleetvecteursderéférence......................................................6

Figure2.1.AMIenfonctiondel'anglededéplacement...................................................................12

Figure2.2.Kenfonctionde sin∆𝜃2etdufacteurdepuissance.....................................................14

Figure2.3.THDVenfonctionde𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘(normalisépar𝑉𝑑𝑐)............................................................15

Figure2.4.THDIenfonctionde𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘(normalisépar𝑉𝑑𝑐)pourcos∅=0.866..................................15

Figure2.5.Contenuharmoniquedelatensiondesortie....................................................................17

Figure2.6.TensiondesortieenfonctiondePADetdeMI.................................................................18

Figure2.7.Kenfonctionde sin∆𝜃2etdufacteurdepuissance.........................................................19

Figure2.8.THDducourantenfonctiondeMIetdesin𝑃𝐴𝐷2...........................................................21

Figure2.9.THDdelatensionenfonctiondeMIetdesin𝑃𝐴𝐷2........................................................21

Figure2.10.Signauxdecommandedesdeuxonduleurs....................................................................23

Figure2.11.THDVdelatensionenfonctiondePADetdeMI.............................................................25

Figure2.12.DeuxenveloppesdeTHDV...............................................................................................26

Figure2.13.THDVdelatensionpourunepérioded'échantillonnage.................................................26

Figure3.1.Prototype...........................................................................................................................27

Figure3.2.Résultatsexpérimentauxdessignauxdecommande:(a)MSVM(b)SVM.................28

Figure3.3.THDVenfonctionde𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘(normaliséepar𝑉𝑑𝑐)..........................................................29

Figure3.4.THDIenfonctionde𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘(normaliséepar𝑉𝑑𝑐)@cos∅=0.866..................................29

Figure3.5.RendementdesméthodesMSVMetSVMenfonctionducourantcontinuappeléàlasourceà𝑓𝑠 = 8.1 𝑘𝐻𝑧........................................................................................................................30

Figure3.6.RésultatsdesimulationduZSV/CMVpourledouble-onduleurcontrôlépar:..........31

Figure3.7.RésultatsexpérimentauxdesZSV/CMVpourledouble-onduleurcommandépar:..31

Figure3.8.Résultatsexpérimentaux:signauxdecommande............................................................32

Figure3.9.RésultatsdelasimulationdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣1𝑡=0.7𝑉𝑑𝑐...33

Figure3.10.RésultantsexpérimentauxdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣1𝑡=0.7𝑉𝑑𝑐.33

Figure3.11.RésultatsdelasimulationdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣1𝑡=0.7𝑉𝑑𝑐.34

Figure3.12.RésultatsdelasimulationdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣1𝑡=0.7𝑉𝑑𝑐.34

Figure3.13.RésultatsdelasimulationduZSVpourledouble-onduleurà𝑣1𝑡=0.7𝑉𝑑𝑐....................35

Figure3.14.RésultatsexpérimentauxduZSVpourledouble-onduleurà𝑣1𝑡=0.7𝑉𝑑𝑐......................35

ListedesFigures

viii|P a g e

Figure3.15.RésultatsdelasimulationpourleZSV.............................................................................35

Figure3.16.RésultatsexpérimentauxpourleZSV..............................................................................36

Figure 3.17. Rendement des méthodes NSPWM et SVM en fonction du courant continu à 𝑓𝑠 =8.1 𝑘𝐻𝑧................................................................................................................................................36

Figure3.18.Résultatsexpérimentauxdessignauxdecommandepour:(a)NSPWM-1(b)NSPWM-2..............................................................................................................................................................37

Figure3.19.RésultatsduTHDdelatensionenfonctionde𝑀𝑖𝑛𝑒𝑤...................................................37

Figure3.20.Profilsdelasimulationdelatensiondesortiepour:................................................38

Figure3.21.ProfildelasimulationdelatensiondesortieobtenueparSVMà𝑀𝑖𝑛𝑒𝑤=1.4..............38

Figure 3.22. Profils expérimentaux de la tension générés par : (a) NSPWM-1 (b) NSPWM-2 à𝑀𝑖𝑛𝑒𝑤=1.4..........................................................................................................................................39

Figure3.23.ProfilexpérimentaldelatensiongénéréeparSVMà𝑀𝑖𝑛𝑒𝑤=1.4................................39

Figure3.24.Résultatdelasimulationdesspectresharmoniquesdelatension.................................39

Figure3.25.Résultatdelasimulationdesspectresharmoniquesdelatension.............................40

Figure3.26.Résultatsdelasimulationdesspectresharmoniquesdelatension...............................40

Figure3.27. Résultats expérimentauxdes spectresharmoniquesde la tension (X-axe : 6.25 kHz/Unité)...................................................................................................................................................41

Figure3.28.Résultatsexpérimentauxdesspectresharmoniquesdelatension (X-axe : 6.25 kHz/Unité)...................................................................................................................................................41

Figure3.29.Résultatexpérimentaldesspectresharmoniquesdelatension (X-axis : 5 kHz/Unité)..............................................................................................................................................................41

ListedesTableaux

ix|P a g e

ListedesTableaux

Tableau1.1ZSVpourdouble-onduleur.........................................................................................7

Tableau1.2CMVpourdouble-onduleur.......................................................................................7

Tableau2.1DéfinitiondessecteurspourlacommandeNSPWM...........................................16

Tableau1Tableaudecomparaison.............................................................................................44

ListofAbbreviations

x|P a g e

Introductiongénérale

1|P a g e

IntroductiongénéraleCettethèseproposeunenouvellechainedepuissancenonseulementpourlesvéhicules

électriquesethybrides,maisaussipourlesapplicationsferroviaires.Engénéral,lachained'ali-

mentationdesvéhiculesactuelsestconstituéed’unconvertisseurcontinu-continu(dc/dc)suivie

d’unonduleur (dc/ac); cette chainen’est cependantpas optimale en termesde rendement et

d'utilisation de composants passifs. Les dispositifs d’alimentation en courant continu desmo-

teursdesvéhiculeshybridesouélectriquesactuelscomportentdessourcesd’alimentationélec-

triquesdontlatensiondoitêtreaugmentéeafindepermettreàl’onduleurtriphaséalimentantle

moteur électrique de délivrer une tension suffisante. Cependant, lesmoyens utilisés, tels des

élévateursdetensionsontcouteux,prennentunvolumeimportantetontunpoidsconséquent

cequiaffectedirectementlesperformancesduvéhicule.

Pour surmonter cesproblèmes,nousproposonsunestructureàdeuxonduleursassociésàun

moteuràstatorouvert.Surlabasedecemontage,troisméthodesdecommandeparmodulation

de largeurd’importions (PWM)sontdéveloppéesafind’améliorer le rendement, la tensionde

modecommunet le tauxdedistorsionharmonique(THD)de la tensionetducourant.Chaque

méthodebénéficieégalementdefonctionnalitépropre.

Cettethèseestorganiséecommesuit:

• Lepremierchapitreprésentelastructureàdouble-onduleurquisertàalimenterpar

dessourcesdetensioncontinueisoléesounonisoléeslemoteuràstatorouvert.Les

64 vecteurs de commande possibles et laméthode PWMassociée sont élaborés. La

nécessitéd'éviterd’utiliserdesvecteursnulsestdiscutée.Enfin, lespertesparcom-

mutationetlescaractéristiquesdesharmoniquesdetensionetdecourantpourcette

structuresontformulées.

• Lesecondchapitredelathèseestuneintroductionetuneprésentationdesvéhicules

électriquesouhybridesainsiquedesenjeuxquilesentourent.Cettepartieneserapas

reprisedanscedocument.

• Dansle3èmechapitre,laméthodedelamodulationvectoriellemodifiée(MSVM)pour

ledouble-onduleuralimentéparunesourcenonisoléeestproposée.L’objectifprinci-

Introductiongénérale

2|P a g e

palestl’améliorationdurendementquiserévèleêtreaugmentéede4à5%parrap-

portàlaméthodedelamodulationvectorielle(SVM).LeTHDdelatensionetducou-

rant est analysé. La tensiondemode commun (CMV) et lesphasesde tensionnulle

(ZSV)sontégalementétudiéesetmontrentuneaméliorationparlaméthodeproposée

dufaitdelanon-utilisationdesvecteursnuls.

Par la suite, il est proposé une commande NSPWM adaptée à la configuration du

double-onduleur alimenté par une seule source non isolée. Cette méthode couvre

deuxobjectifsprincipauxquisont l’améliorationdurendement (de l’ordrede3,5%)

et l’élimination du troisième harmonique de la tension. L’étude des CMV et ZSV de

cetteméthodeestréaliséeetmontrel’améliorationparrapportàlacommandeSVM.

La troisièmeméthode, NSPWM adaptée à la structure à double-onduleur alimentée

pardeuxsources isoléesestproposéeafind’améliorer lerendement(commelamé-

thodeprécédenteavecungainde3,5%)etleTHDdelatension.Lescaractéristiques

du contenu harmonique de la tension sont formulées analytiquement. Du fait de

l’utilisationde deux sources isolées, les harmoniquesd’ordre trois ne sont pas pré-

sentsni en tensionni en courant.Deplus, l’étudeduCMVmontredesniveauxplus

faiblespar rapportauxméthodes classiquesen raisonde lanon-utilisationdesvec-

teursnulscommepourlaméthodeprécédente.

• Lessimulationsetlesrésultatsexpérimentauxsontprésentésdanslequatrièmecha-

pitre.Ceux-cisontenconcordanceaveccequiaétépréditdansletroisièmechapitre.

Le dispositif expérimental est expliqué et des résultats sont présentés et comparés

parrapportauxcommandesSVMclassiques.

• Enfin,laconclusionestprésentéedansledernierchapitreetquelquespistespourla

poursuitedestravauxsontproposées.

3|P a g e

Chapter1 Structure àdouble-onduleur etmoteuràstatorouvert

Classiquement,lesVéhiculesElectriques(VE)ouHybrides(VHE)utilisentunbuscon-

tinubassetensionpourtenircomptedescontraintesdesécurité.Parconséquent,danslachaine

detraction,unconvertisseurdc/dcsurvolteurconnectéàl'onduleurestutiliséafindedoublerle

niveaude la tension continue (voir Figure 1.1). La structure à double-onduleur se révèle être

appropriéepourêtreutiliséedanslachainedepuissancepourlesapplicationsdetractiontout

enévitantl'utilisationd'unconvertisseurdc/dc(quisouffredepertessupplémentairesencom-

mutationetrajoutedescomposantspassifs lourdsetencombrants).Danscechapitre, lastruc-

ture à double-onduleur pour alimenter unmoteur à stator ouvert est analysée en prenant en

comptedeuxtypesdesourcesd’alimentationcontinues:uneisoléel’autrenonisolée.

Figure1.1.Lachainedetraction.

1.1 Double-onduleurpourapplicationdetraction

Des études [1] montrent qu’un moteur à stator ouvert peut être entraîné par un

double-onduleur. Compte tenu du niveau de tension d'entrée réduit, un montage à double-

onduleur(doubleVSI)estparticulièrementadaptépourlesapplicationstypeVHE,celapermet

eneffetdedoublerartificiellementlatensiond'alimentationetcelasansavoirrecoursàunha-

Chapitre

Remplacé par: Hacheursurvolteur

Chapitre1:Double-onduleurpouralimenterunmoteuràstatorouvert

4|P a g e

cheursurvolteur.Cecipermetenparticulierderéduirelatailleetlepoidsdelachainedecon-

versioncomplète.

Économiserdel'énergiepouraugmenterl’autonomieaétéidentifiécommeleproblèmeprinci-

palpourlesapplicationsdetractionélectrique.

Dans les chaines classiques, les pertes par commutation sont renforcées par la présence d'un

convertisseurdc/dc,parconséquentlerendementtotalobtenuestaffecté.Laméthodedecom-

mandeMSVMd’unestructureàdouble-onduleurenallouantletempsdesvecteursnulsàcelui

desvecteursactifsaugmentelerendementdel’onduleurd’environ4%[2].

Grâceàcetteaméliorationdurendement,labatterieduvéhiculegagneenlongévité.Laprofon-

deurdedéchargedelabatterieayanteneffetuneévolutionexponentielledécroissanteparrap-

portàsonespérancedevietelqu'indiquédanslaFigure1.2.

Figure1.2.Espérancedeviedesbatteries.

Les travaux de Stemmler et Guggenbach [3]montrent qu’unmoteur à stator ouvert peut être

entraînéparundouble-onduleurenrendantdisponibleslessixbornesdesbobinesdumoteur.

Une structure à double-onduleur pour la traction électrique estmontrée en Figure 1.3. Cette

structure alimentée par une source unique (1.3.a), génère intrinsèquement, du fait de la sé-

quenceàzérodetension(ZSV),desharmoniquesdecourantderangtroisetmultiples.Ilenest

demêmedestensionsdeModeCommun(CMV).Commeprésentéparlesauteursde[4]-[7],les

niveauxdeZSVetCMVpeuventêtreréduitsenévitant l'utilisationdevecteursnuls.Cettemé-

thodeprésentecependantdeslimitationsentermesd’IndicedeModulation(MI)oudeTauxde

DistorsionHarmonique(THD)pourlestensionsélevées.Leplacementoptimaldesvecteursnuls

estétudiéen[8]cequiforceZSVàzéroenmoyenne.


5|P a g e

(a)

(b)

Figure1.3.Structureàdouble-onduleuralimentéepar:(a)uneseulebatterie(b)deuxbatteriesisolées

D’autres techniques ont été proposées en [9] et [10] pour réduire le ZSV (et la circulationdu

ZCS),toutefois,leprincipalinconvénientestlanécessitéd'équilibrerlapuissanceentrelesdeux

onduleurs et leurs batteries associées et cela nécessite souvent une batterie supplémentaire.

Afind'éviterlanécessitéd'unchargeursupplémentaire,lesauteursde[11]et[12]proposentde

connecterdescondensateursflottantsaudeuxièmeonduleur.Cependant,cetteméthodesouffre

d’inconvénientsmajeurstelsque:desproblèmesdecontrôledeniveaudelatensionduconden-

sateuretd'uneréductiondurendement.

1.2 Contrôledécouplédelastructureàdouble-onduleur

Leschémadudouble-onduleuralimentantunmoteuràenroulementsouvertsestdon-

néenFigure1.3. Danscemontage, chaqueonduleurmetenoeuvre indépendamment l’unde

l’autre,huitcombinaisonsdecommutation,étiquetéesi=1à8,cf.Figure1.4.Pourchaqueondu-

leur,lesvecteursderéférencepeuventêtreexprimésdansleplanαβpar:

𝑉!,!∗ = !!𝑉!" 𝑠!,! + 𝑎 𝑠!,! + 𝑎! 𝑠!,! où 𝑎 = 𝑒!

!!! (1.1)


6|P a g e

𝑉!" représente la tension continue délivrée par la batterie, 𝑠!,! ,𝑠!,! ,𝑠!,! désignent les états de

commutation de l’onduleur et 𝑥 (=1 et 2) indique le numéro de l’onduleur. Par conséquent,

chaque onduleur produit 8 vecteurs qui construisent l'hexagone de référence pour sa com-

mande.Lestravauxantérieursonttoujoursforcélesdeuxvecteursderéférenceàêtredansdes

directionsopposées (𝜃! − 𝜃! = 180°).

LevecteurdecommandedumoteurpeutêtrereprésentéparlasoustractiondesvecteursV!,!∗ et

V!,!∗ ,dansl'espacevectorieldestensionspar[13]:

𝑉!"#$∗ = 𝑉!,!∗ − 𝑉!,!∗ (1.2)

Figure1.4.Représentationvectorielleetvecteursderéférence.

Le CMV pour chaque onduleur s'exprime en fonction des tensions triphasées instantanées tel

que:

𝑣!"#,! =!!𝑣!",! + 𝑣!",! + 𝑣!",! (1.3)

LeCMVetleZSVtotalpeutalorsêtreexprimépourlastructuretotalecommesuit:

𝑣!"# =!!𝑣!"#,! + 𝑣!"#,! (1.4)

𝑣!"# = 𝑣!"#,! − 𝑣!"#,!(1.5)

UnesolutionprometteusepouréliminercomplètementleZSVestd'appliquer𝑉!"#$ ou𝑉!"#$!% à

partirdesdeuxonduleursoù𝑉!"#$ ∈ 𝑉!,𝑉!,𝑉! et𝑉!"#$!% ∈ 𝑉!,𝑉!,𝑉! comme indiquédans le

Tableau1.1.Enutilisantlamêmeapproche,lavaleurmaximaleduCMVestatteinteenutilisant

les ensembles (𝑉!/𝑉!`) ou (𝑉!/𝑉!`) qui génère ±!!"! ; ou de (𝑉!"#$!%/𝑉!`), (𝑉!/𝑉!"#$!%`),

(𝑉!"#$/𝑉!`)et(𝑉!/𝑉!"#$`)quigénère±!!"!CommeindiquédansleTableau1.2.


7|P a g e

Tableau1.1ZSVpourdouble-onduleur

No. combinaisondevecteurs NiveaudeZSV

1 (8/7`) −𝑽𝒅𝒄

2 (8/4`),(8/6`),(8/2`),(5/7`),(3/7`),(1/7`) −𝟐𝑽𝒅𝒄𝟑

3 (8/5`),(8/3`),(5/4`),(3/4`),(8/1`),(5/2`),(3/6`),(3/2`),(4/7`),

(1/4`),(1/6`),(1/2`),(6/7`),(2/7`),(5/6`)−𝑉!"3

4 (8/8`),(5/5`),(5/3`),(3/5`),(3/3`),(4/4`),(5/1`),(3/1`),(4/6`),

(4/2`),(1/5`),(1/3`),(6/4`),(2/4`),(1/1`),(6/6`),(6/2`),(2/6`),

(2/2`),(7/7`)

0

5 (5/8`),(3/8`),(4/5`),(4/3`),(4/1`),(1/8`),(6/5`),(6/3`),(2/5`),

(2/3`),(7/4`),(6/1`),(2/1`),(7/6`),(7/2`)

𝑉!"3

6 (4/8`),(6/8`),(2/8`),(7/5`),(7/3`),(7/1`) 𝟐𝑽𝒅𝒄𝟑

7 (7/8`) 𝑽𝒅𝒄

Tableau1.2CMVpourdouble-onduleur

No. combinaisondevecteurs NiveaudeCMV

1 (8/8`) −𝑽𝒅𝒄𝟐

2 (1/8`),(3/8`),(5/8`),(8/1`),(8/3`),(8/5`) −𝑽𝒅𝒄𝟑

3 (1/1`),(1/3`),(1/5`),(3/1`),(3/3`),(3/5`),(5/1`),(5/3`),

(5/5`),(2/8`),(4/8`),(6/8`),(8/2`),(8/4`),(8/6`)−𝑉!"6

4 (8/7`),(1/2`),(1/4`),(1/6`),(3/2`),(3/4`),(3/6`),(5/2`),

(5/4`),(5/6`),(2/1`),(2/3`),(2/5`),(4/1`),(4/3`),(4/5`),

(6/1`),(6/3`),(5/5`),(7/8`)

0

5 (2/2`),(2/4`),(2/6`),(4/2`),(4/4`),(4/6`),(6/2`),(6/4`),

(6/6`),(1/7`),(3/7`),(5/7`),(7/1`),(7/3`),(7/5`)

𝑉!"6

6 (2/7`),(4/7`),(6/7`),(7/2`),(7/4`),(7/6`) 𝑽𝒅𝒄𝟑

7 (7/7`) 𝑽𝒅𝒄𝟐

1.3 CommandeSVMpourdouble-onduleur

L'applicationd’unecommandedetypeSVMdonneunetensiondesortieplusélevéede

15%parrapportàunecommandedetypeSPWM.Cettecommandeestobtenueenprojetantle

vecteurderéférencesurlesdeuxvecteursactifsvoisins.Lesrapportscycliquessontcalculésen


8|P a g e

normalisantlestempsd'applicationdechaquevecteuractifparrapportà𝑇!,soit 𝛼! =!!!!,où𝑖 (=1

à6)désignelenumérodesecteur.Leséquations(1.6)et(1.7)exprimentcesrapportscycliques

𝛼! , 𝛼!!! !!!!!d'applicationdesvecteursactifset lesrapportscycliquesd'applicationdesvec-

teursnuls𝛼! = 𝛼! =!!1 − 𝛼! − 𝛼!!! ):

𝛼! =! !!𝑀! sin 𝑖 !

!− 𝜃 (1.6)

𝛼!!! =! !!𝑀! sin (𝜃 − 𝑖 − 1 !

!)(1.7)

1.4 Pertesparcommutation

Lespertesparcommutationpourunephasepeuventêtreexpriméesparanalogieàun

seulVSIcommandéparlamodulationSVMtelque:

𝑃!" = !!!

𝐸!"!! !"# !" .!!"

!!"#.!!"#

!!! 𝑓! 𝑑 𝜔𝑡 = !

!!!".!!.!!.!!"!!"#.!!"#

(1.8)

Où𝐸!" ,𝑉!"# ,and𝐼!"# sontlesparamètresderéférence.

1.5 CalculduTHDdelatensionetducourant

LeTHDde la tensionetducourantde lacommandeproposéesont icidéveloppés.La

décompositionensériedeFourierestutiliséepouranalyserlatensiondechaquephasedesortie

duVSI.Lareprésentationdansleplancomplexeestdétailléecommesuit:

𝑣!" 𝜃 = 𝑉!,!∗ 𝑒!"#!!!!!

𝑉!,!∗ = !!!

𝑣!" 𝜃 𝑒!!"#𝑑𝜃!!!

(1.9)

𝑣!!! 𝜃 = 𝑉!,!∗ 𝑒!"#!!!!!

𝑉!,!∗ = !!!

𝑣!!! 𝜃 𝑒!!"#𝑑𝜃!!!

(1.10)

Où𝑛estunnombreentier.Lessymétriesdestensionstriphaséspermettentderéduirelecalcul

intégralde𝑉!,!∗ et𝑉!,!∗ àceluid'unseulsecteur:

𝑉!,!∗ = !! !! !

!!

𝑣!" 𝜃− −𝑎 !𝑣!" 𝜃+ 𝑎 !!𝑣!" 𝜃

𝑒!!"#𝑑𝜃!!! (1.11)


9|P a g e

𝑉!,!∗ = !! !! !

!!

𝑣!!! 𝜃− −𝑎 !𝑣!!! 𝜃+ 𝑎 !!𝑣!!! 𝜃

𝑒!!"#𝑑𝜃!/!! (1.12)

Où𝑎 = 𝑒!!!/!.Lesharmoniquespairessontnulsalorsquelesautresharmoniquessontrépartis

encomposantesdirectes (6n+1),encomposantes inverses (6n-1)etencomposanteshomopo-

laires(6n+3)quis’exprimentcommesuit:

𝑉!!!!,!∗ = !!

!!

𝑉!,!∗ 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!/!! (1.13)

𝑉!!!!,!∗ = !!

!!

𝑉!,!∗ 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!!! (1.14)

𝑉!!!!,!∗ = !!

𝑣!"#,! 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!/!! (1.15)

Latensiondesortieauxbornesdelachargecorrespondàladifférencedestensionsensortiede

chaqueVSIrespectivement.LescoefficientscomplexesdeFourierdecettetensions'expriment

alorsenfonctiondel'angledephaseprédéterminé,Δθ:

𝑉!!!!∗ = 𝑉!!!!,!∗ − 𝑉!!!!,!∗ 𝑒!! !!!! !! (1.16)

Où𝑉!!!!∗ représentent les coefficientsharmoniques complexesde la tension,Δ𝜃 = 𝑘′ − !!

!!!

avec𝑘′entre1et3K.Enfin, lesTHDdelatensionetducourantpeuventêtreexpriméscomme

suit:

𝑇𝐻𝐷! = 2 !!!!!∗

!!∗!

!!!! (1.17)

𝑇𝐻𝐷! = 2 !!!!!∗

!!∗!

!!!! = 2 !!!!!∗

!!∗!"# !!!!!!"# !

!!!!! (1.18)

Où𝐼!!!!∗ représententlescoefficientsharmoniquescomplexesducourantdesortieavec𝜙l'ar-

gumentdelachargeet𝜙!!!!lesargumentsharmoniquesdelacharge.

10|P a g e

11|P a g e

Chapter2 Méthodes de commande pro-poséespourlastructureàdouble-onduleur

Dans ce chapitre, trois méthodes principales de commande sont proposées pour la

structureàdouble-onduleurenfonctiondutypedesourceutilisée(isoléeounonisolée).L’étude

estmenéeenconsidérantprincipalementlesTHDdelatensionetducourant,lesharmoniques

bassesfréquences,lespertesparcommutationetlesniveauxduCMVetduZSV.

2.1 Commande MSVM pour double-onduleur alimenté par unesourceisolée

Lesprincipesduprocédédemodulationangulairepourledouble-onduleurMSVMali-

mentéparunesourceisoléesontdécritsdupointdevuedespertesparcommutationetduTHD

de la tensionetducourant.Pourunecommandede typeMSVM,onmontreque lenombrede

commutationsestréduitde66%parrapportàunecommandeclassique.

2.1.1 StructuredelacommandeMSVM

La commandeMSVM répartit le rapport cyclique d'utilisation du vecteur nul sur les

deuxvecteursactifsvoisins.Pasconséquent, les rapportscycliquesdesvecteursactifsdevien-

nent:

𝛼!(!"#) =!!− !

!𝑀! sin 𝜃 − (𝑖 − !

!)!!(2.1)

𝛼!!!(!"#) =!!+ !

!𝑀! sin 𝜃 − (𝑖 − !

!)!!(2.2)

Lesonduleurssontfonctionnentainsidanslazonedesurmodulation,où !!≈ !

! !≤ 𝑀!

!"# ≤

!!+ !

!≈ !

!.Enconséquence,lenombredecommutationssurunepériode𝑇!estlimitéà4pour

ledouble-onduleurcommandéparMSVMàcompareraux12nécessairespourunecommande

detypeSVM.

Chapitre

Chapitre3:Lesrésultatsexpérimentauxetdelasimulation

12|P a g e

2.1.2 Analysedelatensiondesortie

Unindicedemodulationangulaire(AMI)basésurunemodificationdel’angleentreles

deuxvecteursderéférenceestproposéafindeminimiser lenombredecommutations touten

ayantunegammedetensionappliquéeàlachargelapluslargepossible.

Lesexpressionsde(2.3)et(2.4)spécifientlesvecteursderéférencemontrésdanslesFigure1.4

où𝜃! ,et 𝑉!"#$ sontlesanglesinitiauxetl'amplitudedesvecteursderéférence;𝑥(=1et2).

𝑉!"#! = 𝑉!"#! 𝑒! !"!!! (2.3)

𝑉!"#! = 𝑉!"#! 𝑒! !"!!! (2.4)

Donclatensiondesortieest:

𝑉!"# = 𝑉!"#! − 𝑉!"#! = 2 𝑉!"#! sin !!!!!!

𝑒! !"!!! (2.5)

Où 𝑉!"#! = !!𝑉!"𝑀!

!"# .L’indicedemodulationangulaire,AMI(2.6),varienonlinéairementen

fonctiondudéphasage∆𝜃,etl’angledephaseinitial𝜃!(2.7),ils'exprimepar:

𝐴𝑀𝐼 = !!"#!! !!"

= 2 𝑀!!"# sin !!!!!

!(2.6)

𝜃! =!!+ !!!!!

!(2.7)

Figure2.1.AMIenfonctiondel'anglededéplacement.


13|P a g e

LaFigure2.1montrel'évolutiondel’indiceAMIenfonctionde∆𝜃(= 𝜃! − 𝜃!).Laméthodepro-

poséepermetd'atteindreunevaleurdeAMImaximalede2 !! soitune tensionenveloppede

sortieenfonctiondel'angle∆𝜃(𝑉!"#$ = 2 !!!

𝑉!" sin ∆!!)etpeutatteindreleniveaumaximal

de2 !!!

𝑉!" .

2.1.3 Lespertesparcommutation

AveclacommandeMSVM,lecourantdanslaphase'a'estmodulédanslesecteur2(où

V2(++-)etV3(-+-)sontmisenœuvre)etlesecteur5(oùV5(--+)etV6(+-+)sontmisenœuvre).

Enappliquantlamêmeapproche,lecourantdanslesphases'b'et'c'estmodulérespectivement

dans les secteurs1,4et3,6.Pourexprimer lespertespar commutation,onappliqueuneap-

prochemathématiquepourlecourantsurlaphase'a'd'unonduleurmoduléparMSVM,enres-

pectantl'argumentdelachargeéquilibrée∅d'où:

𝑃!" = !!!

𝐸!"!! !"# !"!∅ .!!"

!!"#.!!"#𝑓! 𝑑 𝜔𝑡

!!!!!!!

+

𝐸!"!! !"# !"!∅ .!!"

!!"#.!!"#

!!/!!/! 𝑓! 𝑑 𝜔𝑡

(2.8)

Après les simplifications, les pertes par commutation peuvent être exprimées en fonction du

facteurdepuissance:

𝑃!" = !!!!".!!.!!.!!"!!"#.!!"#

(2.9)

𝑘 = 2 − 3 cos ∅ , cos ∅ ≥ !!

sin ∅ , 𝑙′𝑎𝑢𝑡𝑟𝑒𝑠 (2.10)

EnconfigurationdoubleVSI,chaqueVSIinduitdespertesparcommutationliéesàl'angleentre

lecourantdesortieet levecteurderéférence,∅1et∅2(où ∅1et∅2sont :∅1 = !!+ ∅ − !!!!!

!

et ∅2 = !!+ ∅ + !!!!!

!).

Finalement,lespertestotalesparcommutation,danslastructureàdouble-onduleur,sontégales

àlasommedespertesproduitesséparémentparchaqueonduleur:

𝑃!"_!"#$ =!!

!!!!!!

!!".!!.!!.!!"!!"#.!!"#

(2.11)

𝑘! =2 − 3 cos ∅! , cos ∅! ≥ !

!sin ∅! , 𝑙′𝑎𝑢𝑡𝑟𝑒𝑠

(2.12)


14|P a g e

LaFigure2.2montrelacourbedel'équivalentK(= !!!!!!

)pourledouble-onduleurobtenuepar

laméthode proposée en fonction de sin ∆!! et du facteur de puissance cos ∅ . Les pertes par

commutation sont fortement réduites: de l’ordre de 50% à 86,6% par rapport à celles d'un

double-onduleurcommandéparSVM.

Figure2.2.Kenfonctionde sin ∆!

!etdufacteurdepuissance.

2.1.4 THDdelatensionetducourant

Lesexpressionsde 𝑉!,!∗ ,𝑉!,!∗ ,et𝑣!"#,! pourlepremierVSIcommandéparlaMSVM,en

considérant le premier vecteur de référence sont utilisées dans les formules (1.13), (1.14) et

(1.15)telsque:

𝑉!!!!,!∗ = ! !!"!!" !!!!

𝑎 + 𝑒!! !!!! !!,!!

−𝑒!! !!!! !!,!!!!!!!! (2.13)

𝑉!!!!,!∗ = !!! !!"!!" !!!!

𝑎!! + 𝑒!! !!!! !!,!!

−𝑒!! !!!! !!,!!!!!!!! (2.14)

𝑉!!!!,!∗ = !!"!!" !!!!

1 + 𝑒!! !!!! !!,!!

−𝑒!! !!!! !!,!!!!!!!! (2.15)

Où𝜃!,!! et𝜃!,!! sontdéfinispar:

𝜃!,!! = !!!

𝑘 − !!+ !!(!"#),!

!(2.16)

𝜃!,!! = !!!

𝑘 − !!− !!(!"#),!

!(2.17)


15|P a g e

Aveckentre1etKalorsqueα!(!"#),!etα!(!"#),!sontdonnéspar:

𝛼!(!"#),! = 𝛼!(!"#),! =!!+ !

!𝑀!𝑠𝑖𝑛 𝑘 − !

!!!!− !

! (2.18)

LaFigure2.3représenteTHDVpourlescommandesdetypeSVMetMSVMenfonctiondelaten-

siondesortie (𝑉!"#$)dont lesvaleursvariententre!!!

𝑉!" et2!!!

𝑉!" .LaFigure2.4repré-

senteTHDIenfonctiondelatensiondesortiepourun𝑐𝑜𝑠 𝜙 = !!= 0.866.

Figure2.3.THDVen fonction de 𝑉!"#$ (normalisé par 𝑉!").

Figure2.4.THDIenfonctionde𝑉!"#$(normalisépar𝑉!")pourcos ∅ =0.866.


16|P a g e

2.2 Commande NSPWM pour double-onduleur alimenté par unesourceisolée

La commande NSPWM à été adaptée pour être appliquée à la structure double-

onduleur alimentée par une source isolée, ceci afin d’éliminer les harmoniques basses fré-

quences.Deuxpropositionssontfaitesetsontétudiéesendétail:(a)fixerlePADà120°etajus-

terl’indicedemodulationMI(b)fixerMIà0.801etajusterlePAD.

Latensiondesortieestcontrôléeenajustantl'indicedemodulationMIetl'anglededé-

phasagePAD.

2.2.1 StratégiedelacommandeNSPWM

LacommandeNSPWMcommeproposéeen[14]utilise3vecteursactifsafindegénérer

la tensiondesortie.Lenombredecommutationsestalorsde4àcompareràceluid’unecom-

mande SVMqui est de 6 pour un seul onduleur. Aussi, l’amplitude des harmoniques de rang

trois et multiples est relativement plus faible, en particulier pour MI=0.801, l’amplitude de

l’harmonique trois (par conséquent le THD du courant) est négligeable. Donc, en fixant MI à

cettevaleurprédéterminéetoutenajustantlePAD,onpeutobtenirlatensiondesortiesouhai-

téeainsique lecourantavecunTHDnégligeable.Uneautrestratégiedecommandeconsisteà

ajusterMI tout en fixant le PAD à 120°, là encore, les harmoniques de rang trois etmultiples

produitsparchaqueonduleursontnuls.

Troisvecteursactifsdivisentleplanαβ-ensixsecteursdécalésde30°parrapportauxsecteurs

de la SVM. Pour les vecteurs (𝑉!!!,𝑉! ,𝑉!!!), les rapports cycliques d'application des vecteurs

actifssontcalculéscommesuit(où𝑖 = 1 − 6):

α!!! = 1 − ! !!𝑀! sin 𝜃! ,où𝜃! = 𝜃 − !!! !

!(2.19)

α! = −1 + !!𝑀! sin 𝜃! + !

!(2.20)

α!!! = 1 − ! !!𝑀! sin 𝜃! + !

!(2.21)

Tableau2.1DéfinitiondessecteurspourlacommandeNSPWM

No.desecteur vecteur L’anglededépart L’angledefin

𝑩𝟏 𝑉! − 𝑉! − 𝑉! 330° 30°

𝑩𝟐 𝑉! − 𝑉! − 𝑉! 30° 90°


17|P a g e

𝑩𝟑 𝑉! − 𝑉! − 𝑉! 90° 150°

𝑩𝟒 𝑉! − 𝑉! − 𝑉! 150° 210°

𝑩𝟓 𝑉! − 𝑉! − 𝑉! 210° 270°

𝑩𝟔 𝑉! − 𝑉! − 𝑉! 270° 330°

Où𝜃 (!!≤ 𝜃! ≤ !

!)est l'angleduvecteurde référencepar rapportàα.La tensionde sortieest

confinéeentre !! !

𝑉!" et!!𝑉!" oùMIestentre

!! !

≅ 0.61et !! !

≅ 0.907.

Figure2.5.Contenuharmoniquedelatensiondesortie.


Pourlaméthodedecommandeproposée,leréglageduPADestchoisidetellesorteàce

quelesharmoniquesbassesfréquencessoientnégligeables.Latensiondesortiedechaqueon-

duleurpeutêtredéveloppéesous la formed'unesériedeFourierrépartieencomposante fon-

damentalesetcomposantesharmoniques

𝑣!" = 𝑉! cos 𝜔𝑡 + 𝜃! + 𝑉!cos 𝑛𝜔𝑡 + 𝜃!!!!!!! (2.22)

Où,𝑛estl'ordredel’harmonique, 𝜃! 𝑒𝑡 𝜃! = 𝑛 𝜃!sontrespectivementlesphasesdufondamen-

taletdesharmoniquesenFigure1.4.Endouble-onduleur,latensiondesortieest:

𝑣!!! = 𝑉!! cos 𝜔𝑡 + 𝜃!! + 𝑉!! cos 𝑛𝜔𝑡 + 𝜃!!!!!!!! (2.23)


18|P a g e

où,

𝑉!! = 2 𝑉! sin!!,!!!!,!

!

𝜃!! =!!+ !!,!!!!,!

!

𝑉!! = 2 𝑉!,! sin 𝑛 !!,!!!!,!!

(2.24)

Où𝜃!,!et𝜃!,!sontlesdéphasagesdupremieretdusecondonduleurrespectivement.Lemaxi-

mumdelatensiondesortie𝑣!!(= 2𝑉!!)peutêtreexpriméenfonctiondeMI(où0.61 < 𝑀! <

0.907)etduPAD(où0 < 𝜃!,! − 𝜃!,! < 𝜋)telque:

𝑣!! =!!𝑉!"𝑀! sin

!!,!!!!,!!

(2.25)

LaFigure2.6montrelatensiondesortieenfonctiondePADetdeMI.Pourlaméthodeproposée,

le maximum de la tension de sortie est limité à !!𝑉!"(≅ 1.15 𝑉!"), auquel cas 𝑀! =

!! !

et

PAD=𝜋.

Figure2.6.TensiondesortieenfonctiondePADetdeMI.

2.2.3 Pertesparcommutation

AveclacommandeNSPWM,lecourantdanslaphase'a'n'estpassollicitédanslesec-

teur𝐵! [où lesvecteursV6(+-+),V1(+--),etV2(++-)sontutilisés]et𝐵! [où lesvecteursV3(-+-),

V4(-++),etV5(--+)sontutilisés].Enappliquantlamêmeapproche,lescourantsdanslaphase'b'

et'c'nesontpassollicitésdanslessecteurs𝐵!,𝐵!et𝐵!,𝐵!,respectivement.


19|P a g e

Les pertes par commutation 𝑃!",! pour chaque onduleur contrôlé par la commande

NSPWMsontcalculéesenfonctiondufacteurdepuissancetelque:

𝑃!" = !!!

𝐸!"!! !"# !"!∅ .!!"

!!"#.!!"#

!!/!!/! 𝑓! 𝑑 𝜔𝑡 + 𝐸!"

!! !"# !"!∅ .!!"!!"#.!!"#

𝑓! 𝑑 𝜔𝑡!!!/!!!/! (2.26)

Enfin,lespertestotalespeuventêtreexpriméesenfonctionde∅:

𝑃!"_!"#$ =2𝜋𝑘! + 𝑘!

4𝐸!" . 𝐼! . 𝑓!.𝑉!"𝐼!"# .𝑉!"#

Où𝑘! =2 − cos ∅ , cos ∅ ≥ 0.53 sin ∅ , 𝑠𝑖𝑛𝑜𝑛

(2.27)

EnconfigurationdoubleVSI,chaqueVSIinduitdespertesparcommutationliéesàl'angleentre

lecourantdesortieet levecteurderéférence,∅1et∅2(où ∅1et∅2sont :∅1 = !!+ ∅ − !!!!!

!

et ∅2 = !!+ ∅ + !!!!!

!).

LaFigure2.7montrel'évolutiondel'équivalentK(= !!!!!!)pourledouble-onduleurcommandé

par laméthodeproposéeen fonctionde sin ∆!! etdu facteurdepuissancecos ∅ . Lespertes

parcommutationsontréduitesde14%à50%parrapportàcellesd'undouble-onduleurcom-

mandéparlastratégieSVM.

Figure2.7.Kenfonctionde sin ∆!

!etdufacteurdepuissance.


20|P a g e

2.2.4 Lesharmoniquesbassesfréquences

Les coefficients complexesdeFourierdes tensionsdélivréespar lepremieronduleur

sont rappeléspuisextrapoléspour la structureà double-onduleur.Lesvaleursmoyennesdes

vecteurs appliqués (du premier onduleur) sont remplacés par des modèles instantanés pour

évaluerlesharmoniquesbassesfréquencestelque:

𝑉!!!!,!∗ = !!

!!

< 𝑉!∗ > 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!/!!/! (2.28)

𝑉!!!!,!∗ = !!

!!

< 𝑉!∗ > 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!/!!/! (2.29)

𝑉!!!!,!∗ = !!

< 𝑣!"# > 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!/!!/! (2.30)

Pourlesecteur𝐵!,lesvaleursmoyennesde< 𝑉!∗ >,< 𝑉!∗ >,et< 𝑣!"# >sontdonnéespourle

premieronduleurpar:

< 𝑉!∗ > = !!𝑀!𝑉!"𝑒!!!,! (2.31)

< 𝑉!∗ > = !!𝑀!𝑉!"𝑒!!!!,! (2.32)

< 𝑣!"# > = !!"!

𝛼!,! + 2𝛼!,! + 𝛼!,! −!!= 𝑉!"

!!!sin 𝜃!,! +

!!− !

!(2.33)

Enfin les composantes directes et inverses pour le premier onduleur (𝑉!!!!,!∗ et𝑉!!!!,!∗ ) pour

𝑘 ≥ 1 sont nuls. Finalement, des coefficients de séquence nulle (qui représentent des harmo-

niquesderangsmultiplesdetrois)sontdonnéspourlepremieronduleurpar:

𝑉!!!!,!∗ = ! !!!! !!"! !!!! !!!

1 − !!!!! ! −

! !!𝑀! ,pour𝑘 ≥ 0(2.34)

Afind’avoir𝑉!!!!,!∗ = 0,MIdoitêtreégalà !! !

1 − !!!!! ! .Parexemple,pour𝑘 = 0, 1, 2(cor-

respondantsà𝑛 = 3, 9, 15)lesMIdésiréssontrespectivement0.8061,0.8957,et0.9029.


21|P a g e

Figure2.8.THDducourantenfonctiondeMIetdesin !"#!

.

LeTHDducourantpourledouble-onduleurcommandéparlesstratégiesNSPWMetSVMsont

fournisrespectivementsurles Figure2.8etFigure2.9,enfonctiondeMIetsin !!,!!!!,!!

pour

𝑐𝑜𝑠 𝜙 = 0.866.

Figure2.9.THDdelatensionenfonctiondeMIetdesin !"#!

.

2.3 Commande NSPWM pour double-onduleur alimenté par deuxsourcesisolées

Dans cette partie, la commande NSPWM appliquée à une structure double-onduleur

alimentéepardeuxsourcesisoléesestprésentéeafinprincipalementdeminimiserleTHDdela


22|P a g e

tension.Pourlaméthodeproposée,ledélaidessignauxdudeuxièmeonduleurestajustédansla

limited'unepérioded'échantillonnage(parrapportaupremieronduleur).Lesharmoniquesde

tensionsontformuléspourcettestructure;leréglageoptimalestidentifiéparunecourbe3Ddu

THDdelatensionenfonctiondel'indicedemodulation(MI)etduPAD.Latensiondesortieest

obtenueenajustantnonseulementMI,maiségalementPADentrelesréférencesdesdeuxondu-

leurs.

Finalement,surlabased'uneanalysedeFourierdelatension,deuxapprochespourminimiser

leTHDdelatensionsontenvisageables:(a)fixerlePADà180°etretarderlessignauxdudeu-

xièmeonduleurde!!!toutenajustantleMIdechaqueonduleur(commandeappeléeNSPMW-1)

et(b)fixerMIdechaqueonduleurà !! !

toutenajustantlePADdanslequelleretardestfixéà0

et!!!pourPAD< !

!etPAD> !

!respectivement(commandeappeléeNSPWM-2).


EnraisondelalimitationduMIdanslacommandeNSPWM(où0.61<MI<0.907),lePAD

estajusté(∆𝜃 = 𝜃! − 𝜃!)afind’avoirlapluslargegammedetensionpossible.Unnouvelindice

de modulation,𝑀!!"# , et angle de la tension, 𝜃! , peuvent être exprimés en fonction de MI,

𝜃! 𝑒𝑡 𝜃! commesuit:

𝑀!!"# = 2𝑀! sin !!!!!

!(2.35)

𝜃! =!!+ !!!!!

!(2.36)

L’amplitude de la tension de sortie est fonction de PAD et de MI (𝑉!"#$ =

2 !!𝑀!𝑉!" sin !!!!!

!). La tension maximale par la méthode proposée est limitée à !

!𝑉!"(≅

1.15 𝑉!"),pourlaquelle𝑀! =!! !

etPAD=𝜋.

2.3.2 Pertesparcommutation

LespertesparcommutationliéesàlacommandeNSPWMpourledouble-onduleurali-

mentéparuneseulesourceaétéétudiéedanslapartieprécédente.Cetteanalyseestégalement

valableicipourledouble-onduleuralimentépardeuxsourcesisolées,car laméthodePWMne

changepas.Parconséquentetparsoucidesimplicité,nousévitonsderépéterlamêmeanalyse.


23|P a g e

2.3.3 RéductionduTHDdelatension

Danslaméthodeproposée,lessignauxdecommandedudeuxièmeonduleursontajus-

tés(avecledécalage∆𝑡)parrapportaupremieronduleurdanslamêmepérioded'échantillon-

nageafindeminimiserleTHDdelatension.LaFigure2.10montreladémarcheproposéepour

deuxvecteursparticuliers.Lesapprochesthéoriquespourtrouverletempsdedélaioptimal(Δt)

basésurlePADetleMIsontprésentées.

Figure2.10.Signauxdecommandedesdeuxonduleurs.

LasériedeFourier(quiestreprésentéedansleplancomplexe)estappliquéepourl'analysefré-

quentielledelatensiondesortied'unonduleur(i.e.𝑣!"pourlepremieronduleur).Lesystème

triphasésymétriqueréduitlecalculintégralpour𝑉!,!∗ àunseulsecteurtelque:

𝑉!,!∗ = !! !! !

!!

𝑣!" 𝜃− −𝑎 !𝑣!" 𝜃+ 𝑎 !!𝑣!" 𝜃

𝑒!!"#𝑑𝜃!!!!

(2.37)

Où𝑎 = 𝑒!!!/!.Lesrangsd'harmoniquesimpairssontséparésencomposantesdirectes(6n+1),

en composantes inverses (6n-1), et en composantes homopolaires (6n+3). Les coefficients de

FouriersontdonnésenutilisantlatransforméedeClarkepourlepremierVSItelque:

𝑉!!!!,!∗ = !!

!!

𝑉!,!∗ 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!!!!

(2.38)


24|P a g e

𝑉!!!!,!∗ = !!

!!

𝑉!,!∗ 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!!!!

(2.39)

𝑉!!!!,!∗ = !!

𝑣!"#,! 𝑒!! !!!! !𝑑𝜃!!!!

(2.40)

ToutenconsidérantKéchantillonspourchaquesecteur[danslequellafréquencedecommuta-

tion𝑓!estcalculéesurlabasedelafréquencefondamentale𝑓! par6×𝐾×𝑓!],leséquationspré-

cédentessontdiviséesenKintégralespourlesrangsharmoniquespertinents:

𝑉!!!!,!∗ = ! !!!"!!!! !

𝑒!! !!!! !! 𝑎. 𝑠𝑖𝑛 6𝑛 + 1 𝜃! − 𝑠𝑖𝑛 6𝑛 + 1 𝜃!!!!!!! + !

!𝑎! (2.41)

𝑉!!!!,!∗ = ! !!!"!!!! !

𝑒!! !!!! !! 𝑎!. 𝑠𝑖𝑛 6𝑛 − 1 𝜃! − 𝑠𝑖𝑛 6𝑛 − 1 𝜃!!!!!!! + !

!𝑎 (2.42)

𝑉!!!!,!∗ = ! !!!"!!!! !

𝑒!! !!!! !! 𝑠𝑖𝑛 6𝑛 + 3 𝜃! − 𝑠𝑖𝑛 6𝑛 + 3 𝜃!!!!!!! + !

!(2.43)

Où𝜃! ,𝜃!et𝜃! sontdonnéspar:

𝜃! =!!!

𝑘 − !!, 𝜃! =

!!!

α!!! and𝜃! =!!!

1 − α!!! (2.44)

Où 𝑘estunnombreentierentre1etK

Il est à noter qu'en raison de l’utilisation d'un double-onduleur avec deux sources isolées, la

structureempêchelaproductiond'harmoniquesdeséquencenullesoit𝑉!!!!,!∗ = 0.

Leséquations(2.41)et(2.42),représententlesharmoniquesdetensionpourunseulonduleur

𝑉!!±!,!∗ ,pourcalculerlesharmoniquesdetension(𝑉!!±!∗ )pourlastructureàdouble-onduleur,il

suffitd'utiliserl'équation(1.16).


25|P a g e

Figure2.11.THDVdelatensionenfonctiondePADetdeMI.

Parconséquent,latensiondesortiepourledouble-onduleur𝑉!!±!∗ peutêtreexpriméeenfonc-

tiondelatensionharmoniquedupremieronduleur,𝑉!!±!,!∗ ,dePAD(Δ𝜃),del’angledudélai𝜃∆! ,

etdel’ordredel’harmonique𝑛:

𝑉!!±!∗ = 𝑉!!±!,!∗ 1 − 𝑒!! !!±! !!!!∆! (2.45)

LaFigure2.11montreleTHDVpourundouble-onduleurcommandéparlastratégieNSPWMet

alimentépardeuxsourcesisolées.LeTHDdelatensionmontrelagrandevariationenfonction

dudélai,∆t.

LaFigure2.12montredeuxenveloppesdeTHDassociéesauretard,∆𝑡égalà0età!!!.

LaFigure2.13indiquel'effetduretard∆𝑡surleTHDdelatension,onconstateclairementque

pour∆𝑡 = !!!,leTHDdelatensionestminimisé.


26|P a g e

Figure2.12.DeuxenveloppesdeTHDV.

Figure2.13.THDVdelatensionpourunepérioded'échantillonnage.


27|P a g e

Chapter3 Résultatsexpérimentauxetparsimulation

Unprototypeconstituéd'unonduleurtriphaséàdeuxniveauxfourniparARCELCo.,de

deuxsources(pouvantêtreutiliséesdefaçonisoléeounonisolée),unmoteuràstatorouvertde

3kW(Siemensmodèle1AV2105B),etunsystèmede freinagesontassemblés comme indiqué

surlaFigure3.1.

Lesalgorithmesproposéspourlastructureàdouble-onduleursontmisenœuvredansunsys-

tèmenumériqueenprogrammantunDigitalSignalProcessor(DSP),modèleRSF562TAADFH,de

Renesas.LecodeDSPestécritsouse2studio(fourniparRenesas).

Figure3.1.Prototype.

Chaqueméthode chercheà apporterdesaméliorationsdifférentespour la structureàdouble-

onduleuroù les caractéristiquesCMVetZSVdépendentdu typed’alimentation (isoléeounon

isolée).Parconséquent,danscechapitre,chaqueméthodeproposéeestcomparéeàlaméthode

SVMprise commeméthodede référence. Lemoteur est idéalement conçu et commandépour


28|P a g e

fonctionner à un facteur de puissance de charge LPF, élevé (où 0.8<LPF<0.9). La fréquence

d’échantillonnageestfixéeà8.1kHz.Latensiond'entréeestde270Vetlafréquencefondamen-

taleestde50Hz.

3.1 Résultats pour la commandeMSVMpour double-onduleur ali-mentéparunesoulesource

Danscettepartie,nousétudionslasimulationetlesrésultatsexpérimentauxdelapre-

mièreméthodeproposée.Pourcetteméthode,ledouble-onduleurestalimentépardessources

nonisoléesetcommandéparlastratégieMSVMdetellesortequelespertesparcommutationet

leCMVsoientminimisés.Lessignauxdecommandepourunonduleurenutilisantlestechniques

SVMetMSVMsontillustréssurlaFigure3.2oùpourlacommandeMSVM,cesontlesvecteurs

V3-V2-V3quisontactivésetoùpourlacommandeSVM,sesontlesvecteursV8-V1-V6-V7-V6-V1-V8

quisontactivés.PourlacommandeMSVM,lafréquencedecommutationeffectiveestdiminuée

de66%,cequiréduitlespertesparcommutation.

(a)

(b)

Figure3.2.Résultatsexpérimentauxdessignauxdecommande:(a)MSVM(b)SVM

La Figure3.3etlaFigure3.4montrentrespectivementlesTHDdelatensionetducourantpour

ledouble-onduleurcommandéparcetteméthode.Cesprofilssonttracéspour𝐴𝑀𝐼 > !!cequi

donne𝑉!"#$ >!!!

𝑉!" .Notonsquepour𝐴𝑀𝐼 <!!,latensionsouhaitéepeutêtreobtenueen

faisant fonctionner chaque onduleur tantôt par la commandeMSVM tantôt par la commande

SVM.


29|P a g e

Figure3.3.THDVen fonction de 𝑉!"#$ (normalisée par 𝑉!").

LaméthodeproposéeassuredesvaleursplusfaiblespourleTHDdelatensioncommeindiqué

dansFigure3.3.Deplus,leTHDducourant,enFigure3.4,adesperformancessupérieurespour

desvaleursrelativementélevéesde𝑉!"#$ .

Figure3.4.THDIen fonction de 𝑉!"#$ (normalisée par 𝑉!") @cos ∅ =0.866.


30|P a g e

Figure3.5.RendementdesméthodesMSVMetSVMenfonctionducourantcontinuappeléàlasourceà𝑓! = 8.1 𝑘𝐻𝑧.

La Figure3.5comparelerendementdudouble-onduleurcommandéparlaméthodeproposéeet

parlacommandeSVMclassiqueenfonctiondelavaleurducourantcontinuappeléàlasource.

Onconstateainsiquelerendementestamélioréd’environ4%etc'estd'autantplusaffirméque

cecourantestélevé.

LesZSVetCMVobtenusàpartirde laméthodeproposéesontcomparésàceuxde laméthode

SVM.EnFigure3.6, leCMVobtenupar laméthodeproposéenonseulementcontientmoinsde

niveaux de tension, 3 au lieu de 5 avec la commande SVM, mais réduit également la valeur

maximaleduCMV(± !!"!),aulieude± !!"

! =±135V,quiapparaîtpourlacommandeSVM.

(a)

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

2amp 3amp 4amp 5amp 6amp 7amp 8amp 9amp 10amp 11amp

MSVM

CSVM


31|P a g e

(b)

Figure3.6.RésultatsdesimulationduZSV/CMVpourledouble-onduleurcontrôlépar:(a)MSVM@AMI=1.6(b)SVM@𝑀!=0.8.

LesFigure3.7(a)et(b)montrentlesZSV,danslesquels latensionaupoint ‘1’estégaleà !!"!.

SurlaFigure3.7(a),leCMVpourledouble-onduleurcontrôléparl'algorithmeproposécontient

respectivementlesniveaux− !!"!et!!"

!aupoint ‘2’et ‘3’.Finalement,enFigure3.7(b), leCMV

pour ledouble-onduleur commandépar laméthodeSVM,montre respectivementdesniveaux

− !!"!,!!"

!,− !!"

!et!!"

!auxpoints‘2’,’3’,’4’,et‘5’.

(a)

(b)

Figure3.7.RésultatsexpérimentauxdesZSV/CMVpourledouble-onduleurcommandépar:

(a)MSVM@AMI=1.6(b)SVM@𝑀!=0.8.


32|P a g e

3.2 RésultatspourlacommandeNSPWMpourundouble-onduleuralimentéparunesoulesource

Danscetteméthode, ledouble-onduleurestalimentéparuneseulesourcedecourant

continuetcommandéparlaméthodeNSPWMdetellesortequelespertesparcommutationetle

THDducourantsoientréduits.Lessignauxdecommandepourunonduleurpilotépar lesmé-

thodesNSPWMproposéessontillustrésdanslaFigure3.8.Lenombredecommutationspourles

méthodesproposéesestde4alorsqu’ellessontde6pourlaméthodeSVMetpourchaqueondu-

leur.Par conséquent,dans lesméthodesproposées, la fréquencedecommutationeffectiveest

réduitede33%parrapportàlaméthodeSVM.

Figure3.8.Résultatsexpérimentaux:signauxdecommande.

En fixant le MI à 0.808 tout en ajustant le PAD, la tension atteignable en sortie

𝑣!!(=!!𝑉!"0.808 sin

!!,!!!!,!!

)peutêtrecontrôléeentre0et1.03𝑉!" .Enoutre,enfixantlePAD

à!!!toutenajustantMI( !

! !< 𝑀! <

!! !

),latensiondesortie𝑣!!(=!!𝑉!"𝑀!

!!)peutêtrecontrô-

léeentre!!𝑉!" et𝑉!" .


33|P a g e

Figure3.9.RésultatsdelasimulationdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣!!=0.7𝑉!" .

LesprofilsdelatensionetducourantpourunecommandeSVMobtenusensimulationetexpé-

rimentalement sont présentés en Figure 3.9 et Figure 3.10. On observe la présence

d’harmoniquesderangtrois.

Figure3.10.RésultantsexpérimentauxdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣!!=0.7𝑉!" .

Lesprofilsdelatensionetducourantensortiedudouble-onduleurcommandéparlesméthodes

proposéessont illustrésensimulationenFigure3.11etexpérimentalementenFigure3.12.Le

THDducourantpeutêtreconsidérécommenégligeable,commelemontrelescalculsfaitssous

MATLAB/Simulinkquidonnentrespectivement1.37%et2.08%pourlescas(a)et(b)delaFi-

gure3.11.


34|P a g e

(a)

(b)

Figure3.11.RésultatsdelasimulationdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣!!=0.7𝑉!" .(a)MI=0.808àPAD=85.49°(b)MI=0.6349àPAD=120°

(a)

(b)

Figure3.12.RésultatsdelasimulationdelatensionetducourantpourLPF=0.866et𝑣!!=0.7𝑉!" .(a)MI=0.808àPAD=85.49°(b)MI=0.6349àPAD=120°

Le ZSV du double-onduleur commandé par la stratégie SVM obtenu par la simulation MA-

TLAB/Simulink (Figure3.13)etobtenuexpérimentalement (Figure3.14).Ces figuresmontent

lesprofilsduCMVetduZSVqui contiennent4niveauxavecdesvaleursde± !!"!

=±135Vet

± !!"!

=±45V.OnremarqueégalementqueleZSVfluctueentre0et− !!"!

=-90V.


35|P a g e

Figure3.13.RésultatsdelasimulationduZSVpourledouble-onduleurà𝑣!!=0.7𝑉!" .

Figure3.14.RésultatsexpérimentauxduZSVpourledouble-onduleurà𝑣!!=0.7𝑉!" .

LesrésultatsexpérimentauxetdesimulationpourleZSVdudouble-onduleurcommandéparla

stratégieSVMsontprésentésrespectivementdanslaFigure3.16et laFigure3.15.Onconstate

queleCMVfluctueentre± !!"!

=±45V.LeZSVpourlecas(a)contient3niveaux,quisont0et

± !!"!

=±90V.

(a)

(b)

Figure3.15.RésultatsdelasimulationpourleZSV.

(a)pourMI=0.808etPAD=85.49°(b)pourMI=0.6349etPAD=120°


36|P a g e

(a)

(b)

Figure3.16.RésultatsexpérimentauxpourleZSV.

(a)pourMI=0.808etPAD=85.49°(b)pourMI=0.6349etPAD=120°

LerendementestévaluésurlaFigure3.17expérimentalementpourledouble-onduleurcontrôlé

parlaméthodeproposéeetlaméthodeSVMenfonctionducourantd’entrée.Lerendementest

amélioréd’environ3%enutilisantlaméthodeproposée.

Figure3.17.RendementdesméthodesNSPWMetSVMenfonctionducourantcontinuà𝑓! = 8.1 𝑘𝐻𝑧.

3.3 Résultats pour la commande NSPWM pour double-onduleuralimentépardeuxsourcesisolées

LessignauxdecommandedesméthodesNSPWM-1etNSPWM-2,quisontgénéréspar

leDSP,sontillustrésenFigure3.18.Lenombredecommutationspourchaqueonduleurestde4

tandisquepourlaméthodeSVMilestde6.

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

2amp 3amp 4amp 5amp 6amp 7amp 8amp 9amp10amp11amp

NSPWMCSVM


37|P a g e

Figure3.18.Résultatsexpérimentauxdessignauxdecommandepour:(a)NSPWM-1(b)NSPWM-2.

Figure3.19.RésultatsduTHDdelatensionenfonctionde𝑀!!"# .

LaFigure3.19montrelesvaleursduTHDdelatensiondesortiepourlesdifférentesméthodes

enfonctiondunouvelindicedemodulation( !!! !

< 𝑀!!"# < !

!).LavaleurlaplusbasseduTHD

(=27.17%)estatteinteparlesméthodesproposéesà𝑀!!"# (=1.81)tandisquecelleatteinteavec

la commandeSVMest égale à33.4%.LeTHD leplus élevé est limitéparNSPWM-2à58.69%

tandisquepourlastratégieSVM,ils’agitde112.4%à𝑀!!"# = 0.907.

Lesprofilsde la tensionetducourantdeNSPWM-1,NSPWM-2,etSVMsontcomparéspour la

mêmevaleurde𝑀!!"# tantensimulationsousMATLAB/Simulinkqu'expérimentalement.


38|P a g e

(a)

(b)

Figure3.20.Profilsdelasimulationdelatensiondesortiepour:(a)NSPWM-1(b)NSPWM-2à𝑀!

!"#=1.4.

LesFigure3.20etFigure3.22montrentleprofildelatension(𝑣!!!)dudouble-onduleurcontrôlé

par NSPWM-1 et NSPWM-2 qui contiennent 9 niveaux de tension qui sont:𝑉!" ,𝑉!" ±!!"!, 0,

± !!"!,−𝑉!" ±

!!"!et−𝑉!" .

Figure3.21.ProfildelasimulationdelatensiondesortieobtenueparSVMà𝑀!!"#=1.4.

LesFigure3.21etFigure3.23montrent leprofilde la tension(𝑣!!!)dudouble-onduleurcom-

mandéparlaméthodeSVMetquicontient7niveauxdetension:𝑉!" ,𝑉!" ±!!"!,0,−𝑉!" ±

!!"!et

−𝑉!" .


39|P a g e

(a)

(b)

Figure3.22.Profils expérimentaux de la tension générés par : (a) NSPWM-1 (b) NSPWM-2 à 𝑀!!"#=1.4.

Figure3.23.Profil expérimental de la tension générée parSVMà𝑀!!"#=1.4.

Le spectre harmonique de la tension de sortie (qui résulte de MATLAB/Simulink) pour le

double-onduleurcommandéparSVM,NSPWM-1etNSPWM-2,à𝑀!!"# = 1.4estrespectivement

représenté enFigure3.24, Figure3.25, et Figure3.26. Ces courbesmontrentque lesméthodes

proposéesgénèrentuneplusfaibleamplitudedescomposantesharmoniquesparrapportàune

commandeSVM.

Figure3.24.Résultatdelasimulationdesspectresharmoniquesdelatension.


40|P a g e

Figure3.25.Résultat de la simulation des spectresharmoniquesdelatension.

Figure3.26.Résultatsdelasimulationdesspectresharmoniquesdelatension.

LesFigure3.27,Figure3.28,etFigure3.29montrentlesspectresexpérimentauxdetensionobte-

nuspour ledouble-onduleur commandé respectivementavec lesméthodesSVM,NSPWM-1et

NSPWM-2pour𝑀!!"# = 1.4.


41|P a g e

Figure3.27.Résultatsexpérimentauxdesspectresharmoniquesdelatension (X-axe : 6.25 kHz/Unité).

Figure3.28.Résultats expérimentaux des spectresharmoniquesdelatension (X- axe : 6.25 kHz/ Unité).

En se basant sur des résultats expérimentaux et de simulation, la méthode proposée offre de meilleures

performances en termes de THD de la tension. Le THD de la tension pour la commande SVM est de

66,13% tandis que la première harmonique haute fréquence à 𝑓! est à un niveau de 34%. Cependant,

les THD de la tension des méthodes proposées sont respectivement 42% et 51% pour NSPW-1 et

NSPWM-2.

Figure3.29.Résultat expérimental des spectresharmoniquesdelatension (X-axis : 5 kHz/Unité).

42|P a g e

43|P a g e

ConclusionetperspectivesL'innovationfortedecettethèseestl'utilisationd’unestructuredouble-onduleurasso-

ciéeà laméthodePWM(MSVMetNSPWM)commechainedeconversiondepuissanceau lieu

deschainesclassiquesconstituéesd’unconvertisseurDC/DCsuivid’unonduleur,utiliséesdans

les technologiesactuellesd’EVetd’HEV.Celaévite lescomposantspassifs (quisontmassifset

coûteux) et apporte un meilleur rendement en supprimant le convertisseur DC/DC. Les mé-

thodesproposéespourcommanderlesEVetHEVsontprésentéesetleurscaractéristiquesexa-

minées.Ensuite, sur labasede l'expérienceacquisependant leprojetdessuggestionspourde

futurstravauxsontenvisagées.

3.4 Conclusion

Commediscutéprécédemment,enutilisantunestructureàdouble-onduleur,onamé-

liorel’utilisationdelabatterie,onaugmentelerendementetondiminuelepoidsdelastructure.

Enconséquence,lesutilisateursdesvéhiculesélectriquespourraientconduiresurunedistance

plus longue. Ces caractéristiques soulignent l'impact des convertisseurs de puissance comme

uneclémajeurepourlaprochainegénérationdevéhiculesélectriques.Lesméthodesprésentées

dans cette thèse nécessitent des modifications minimales en termes d’industrialisation pour

faciliter lamise à l'échelle de la preuvede concept en laboratoire à l'échelle de la production

industrielle.

Lesméthodesproposéespourlacommanded’unestructuredouble-onduleuraméliorentleTHD

delatensionetducourant;ellesévitentlacomplexitédanslechoixdesvecteursderéférenceà

appliquerauxonduleurs;lesfiltresd'entréeetdesortievoientleurtailleseréduiretoutcomme

lesvaleursdeCMVetdeZSV.Toutcecimontrelesfacteursclésdespropositionsquisontfaites.

Danscetteconclusionnousallonsnousintéresserégalementàunpointmajeurpourl’industrie

desEVetHEV:lerendement.

LacommandeMSVMapportelemeilleurrendement:de4à5%parrapportàlacommandeSVM

en raison de la réduction très élevée du nombre de commutations (de 66%). Les techniques

NSPWMontunrendementamélioréde3,5%parrapportàlatechniqueSVM.Lemêmeconstat

estvalablepourtouteslesfréquencesdecommutationetlesgammesdecharges.

Conclusionetfuturstravaux

44|P a g e

Pour avoir une vision globale sur lesmérites et les démérites des différentesméthodes, nous

proposonsletableausuivantoùles3propositionsdecommandesontappliquéessurledouble-

onduleur : MSVM (alimentation par une seule source), NSPWM (alimentation par une seule

source)etNSPWM(alimentationpardeuxsourcesisolées).

Tableau1Tableaudecomparaison.

Méthode SVM Proposition1 Proposition2 Proposition3

Rendement 94.6% 96.8% 95.6% 95.6%

Perteparcommutation 100% 50-86.6% 14%-50% 14%-50%

Fréquenceeffectiveper𝒇𝒔 100% 33% 66% 66%

LeplushautniveaudeCMV ±𝑉!"2 ±

𝑉!"6 ±

𝑉!"6 ±

𝑉!"6

LeplushautniveaudeZSV ±𝑉!"3 ±

𝑉!"3 ± !!"

!or0 Nondéfini(0)

THDdelatension 79% 69% 73% 38%

THDdecourant(à

LPF=0.866)

12.07% 5.67% 1.5% 0%

Matérielsupplémentaire bon bon bon mal

LesniveauxdeCMVdépendentdesvecteursderéférenceutiliséspar lesméthodes.Toutes les

propositionsn’utilisentpasdesvecteursnuls;enconséquence,ellesbénéficientdumeilleurni-

veaudeCMVparrapportàlaSVM.LeTHDdelatensionestcomparépourchaquestratégiede

commandeenfonctiondumêmeniveaudetensiondesortie.Ledouble-onduleuralimentépar

deuxsourcesisoléesnécessiteunalgorithmed'équilibragedetensionqui,entermesdematériel

supplémentaire,imposecertainesdifficultésdemiseenoeuvreetdépenses.

Lesprincipaux inconvénientsdechaqueméthodesont indiqués ici.LacommandeSVMsouffre

de pertes par commutation plus importantes, des niveaux élevés de CMV et de la présence

d'harmoniquesde ranges trois sur la tensionet le courant. Lapremièreproposition faitepré-

sentedesharmoniquesbassesfréquencesentension(etparconséquentencourant)telsqueles

harmoniques:5,7,11avecdesamplitudesrespectivesde11%,9%et5%.La2èmeproposition

permetunréglage limitéde la tensiondesortie.Et la troisièmepropositionnécessiteunalgo-

rithmed'équilibragedelatensionentrelesdeuxbatteriessinononverraitapparaitredeshar-

moniquespairesdanslatensiondesortie.

Conclusionetfuturstravaux

45|P a g e

3.5 Perspectives

LeschampsderechercheenEVetHEVsontenpleineexpansionetdevraientaboutirà

des améliorationsnotablesde cesproduits.A l'issuede ce travail sur la tractionélectrique, je

proposequelquessujetsintéressantspourlecourtetlongterme.

• Pourlarechercheàlongterme,letransfertdepuissancesansfilapporteraitindéniable-

mentungainsur la tailledesbatteriesembarquéespour la tractionélectrique.Ceux-ci

permettraientd'accélérerl'utilisationdesEV.

• Àcourtterme,lesrecherchespeuventapporterdesaméliorationsnotamment:

Ø L'idéed'ajouterunpetitretardsurlesimpulsionsdecommutationdanslastruc-

ture à double-onduleur pour réduire le THD de la tension peut être mise en

œuvresurd'autresméthodesPWM(tellesqueDPWM,SVMetMSVM).

Ø Pourledouble-onduleuralimentépardeuxsources isolées, l'équilibredesdeux

tensionsd'alimentationestnécessairepouréviterlesharmoniquespairsdansla

tensiondesortie,celapasseparlamiseenoeuvred'unestratégiedecommande

adaptée.

Ø UnestratégiedecommandePWMuniversellepeutêtredéveloppéeen fonction

descaractéristiquesspécifiquesdelachainedeconversiondepuissance(réduc-

tionduTHDdelatensiondesortie,limitationducourantàl'entrée,identification

decharge...)

Ø Applicationdelacommandealéatoireenfréquencepourledouble-onduleurafin

deréduirel'amplitudedesharmoniqueshautesfréquencesdelatensiondesor-

tie.

Ø Pour les applications àmoyenne puissance, le double-onduleur à trois niveaux

est à envisager, il permettrait d'améliorer encore plus le THDde la tension de

sortie.

46|P a g e

47|P a g e

Référencesmarquantes

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