Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Redresseur triphasé“

Les problèmes de la qualité de fonde électrique constituent l'une des préoccupations majeures des fournisseurs de l'énergie et des organismes spécialisés en qualité d'énergie. Ce sujet a gagné davantage d'ampleur avec l'utilisation ascendante des convertisseurs de l'énergie électrique dans la majorité des applications industrielles et domestiques. Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse plus particulièrement au type des convertisseurs continu/alternatif dont le fonctionnement adéquat implique la parfaite régulation du bus DC de tension, l'atténuation des harmoniques de courants, la compensation de l'énergie réactive et la maximisation du rendement énergétique. Ces différents critères doivent être maintenus pour diverses conditions de fonctionnement, c'est-à-dire indépendamment des variations paramétriques auxquelles le système peut être sujet. 11 s'avère donc indispensable d'adopter des techniques de commande efficaces, ce qui passe par une modélisation correcte du convertisseur. On se propose, en un premier temps, de mettre en place une plate-forme expérimentale pour la validation des différents concepts théoriques proposés. Pour ce faire, on a conçu et mis en oeuvre un redresseur triphasé non polluant de 1.5 kVA, alimentant des charges purement résistives. Une étude comparative de différentes topologies non polluantes nous a incité à choisir le redresseur triphasé trois-nivaux à trois interrupteurs, communément connu sous le nom "convertisseur de Vienne". Le choix de cette topologie a été motivé par ses avantages point de vue simplicité de circuiterie, rendement énergétique élevé et très hautes performances pour la correction de facteur de puissance. L'approche de design proposée dans ce travail est générale, et peut être facilement adaptée à des prototypes de plus grande puissance. La deuxième étape consiste à caractériser le plus précisément possible les dynamiques du convertisseur. La technique de la moyenne sur une période de commutation est alors utilisée pour développer le modèle d'état moyen du convertisseur. Le modèle ainsi obtenu présente de très fortes variances dans le temps, le rendant difficiles à exploiter pour des fins de commande. Une transformation adéquate des rapports cycliques, ainsi que l'expression des variables d'état instantanées dans le repère synchrone dqo, permettent de résoudre cet inconvénient. Par la suite, le modèle moyen obtenu est utilisé pour dériver le modèle statique (au point de foncfionnement nominal) et le modèle en régime de pefits signaux. Ces différents modèles du convertisseur sont validés en temps réel sur le prototype expérimental, moyennant la carte de commande DSI 104 de dSPACE® et l'environnement Real-Time Workshop de Matlab. Les oufils de validation du modèle moyen sont basés sur l'analyse des trajectoires dans le plan de phase et des réponses temporelles. Pour le modèle fréquentiel, on utilise la fameuse technique de perturbation en petits signaux et les diagrammes de Bode. Une fois la fiabilité des modèles proposés est prouvée, on procède à la conception des lois de commande. Dans ce contexte, deux avenues sont empruntables: soit une technique de commande linéaire utilisant le modèle linéaire invariant dans le temps du convertisseur, soit une technique de commande non-linéaire, conçue sur la base du modèle d'état moyen. Pour la première approche, on se propose d'étudier les performances d'un nouveau concept, qu'est la commande quasi-linéaire. Cette technique présente plusieurs atouts, tels que sa simplicité de conception et d'implantation, mais présente également les limitations des techniques de commande linéaires. Ces dernières sont particulièrement mises en évidence lors de régimes de fortes perturbations. Des stratégies de commande non-linéaire et non-linéaire adaptative sont alors proposées, et permettent d'améliorer les dynamiques transitoires du système. La synthèse des différentes lois de commande proposées permet de conclure que les techniques non-linéaires sont incontestablement les plus robustes face aux diverses perturbations. Cependant, ils requièrent des efforts de mesure assez élevés. La réduction du nombre de capteurs dans le circuit apparaît donc comme une nouvelle préoccupation à prendre en compte. On propose alors de reconstruire numériquement les tensions AC et DC du convertisseur, utilisant un observateur non-linéaire de type filtre de Kalman étendu. Les variables estimées sont ensuite utilisées à la place de leurs contreparties mesurées pour réimplanter la commande non-linéaire. Les résultats obtenus sont assez satisfaisants.

Un convertisseur statique connecte toujours deux réseaux électriques polyphasés. D'où l'idée de le considérer de façon analogue à un transformateur pour déterminer le schéma équivalent permettant de transposer, à travers le convertisseur, les éléments d'un réseau sur l'autre. Les concepts de fonction de commutation et de matrice de commutation sont utilisés pour définir la matrice admittance ou la matrice impédance liant les tensions et courants sur chaque réseau connecté au convertisseur. Les résultats de la modélisation sont appliques à un redresseur triphasé qui sert de support tout au long de l'étude. Le schéma équivalent du convertisseur vu de l'un des réseaux est un récepteur de courant si le réseau est générateur de tension, et un récepteur de tension si le réseau est un générateur de courant. Les éléments de ces récepteurs équivalents dépendent des impédances de l'autre réseau et des harmoniques des fonctions de commutation du convertisseur. Cette modélisation se révèle être adaptée pour mettre en évidence les interactions harmoniques entre les impédances des réseaux connectés par le convertisseur. La mise en condition de résonance sur chacun des deux réseaux montre que ces phénomènes peuvent mener à des perturbations très importantes sur ces réseaux. Une validation expérimentale séparant les influences des paramètres a permis de vérifier les expressions analytiques des éléments des deux schémas

L'accroissement constant des convertisseurs statiques alimentés par le réseau industriel triphase conduit à accorder une attention de plus en plus grande à la pollution du réseau. D'autre part, les besoins d'économie d'énergie nécessitent un facteur de déplacement proche de l'unité. Monsieur Agila présente une structure de redresseur comportant un hacheur série directement alimenté par un pont triphase à diodes. La loi de modulation de largeur d'impulsions calculée permet de commander le hacheur pour obtenir à la sortie une tension de valeur moyenne réglable, en éliminant des courants d'entrée l'harmonique de rang cinq. Ainsi un simple filtre passe-bas s'avère suffisant pour supprimer de façon satisfaisante les harmoniques restants et assurer un facteur de déplacement proche de l'unité. Un montage expérimental a permis de vérifier les résultats théoriques prévus qui aboutissent à un redresseur générant très peu de courants harmoniques sur le réseau et présentant un très bon facteur de déplacement

La conception d’un redresseur triphasé robuste et performant est un enjeu clé dans les alimentations des futurs appareils d’imagerie médicale de type scanner à rayons X pour augmenter leur puissance et leur rapidité.Cette application impose une grande variabilité de points de fonctionnements au redresseur :(i) En sortie, la charge est de type impulsionnelle avec des variations de puissance de plus de 100 kW.(ii) En entrée, la tension nominale d’entrée et l’impédance du réseau d’entrée sont variables d’une installation à l’autre.La topologie du double Vienna avec inductances couplées et commandes entrelacées est choisie pour son efficacité, sa fiabilité et son faible volume.La loi de commande choisie est constituée de trois boucles de régulations : (i) régulation de la tension de sortie totale, (ii) correction du facteur de puissance des courants d’entrée, (iii) équilibrage des deux tensions de sortie.Une contrainte forte est le changement de dynamique des courants d’entrée qui passent par différents modes de conduction sur une même période du réseau.Deux modèles linéaires des courants sont développés :le modèle moyenné linéarisé pour les modes de conduction continue, et un modèle original développé dans cette thèse pour les modes de conduction discontinue.Les performances de la régulation sont vérifiées en simulation et expérimentalement.La robustesse de la régulation est évaluée par l’analyse des réponses fréquentielles et des marges de stabilité monovariables et multivariables des modèles linéaires développées dans cette thèse sur l’ensemble des points de fonctionnement et des valeurs possibles de l’impédance réseau.La robustesse de la régulation globale aux phénomènes définis par la courbe ITIC de surtension et de chute de tension sur le réseau est confirmée en simulation
The design of a robust and efficient three-phase rectifier is a key issue in the power supplies of future medical imaging system such as X-ray scanners to increase their power and speed.This application imposes a large variability of operating points on the rectifier:(i) At the output, the load is of the pulse type with power variations of more than 100 kW.(ii) At the input, the nominal input voltage and input grid impedance are variable from one installation to another. And the instant input voltage varies normally on a +/-10% range, and abnormally from 0 to 500% of the nominal value.The double Vienna topology with coupled inductors and interleaved controls is chosen for its efficiency, reliability and low volume.The chosen control law consists of three control loops: (i) regulation of the total output voltage, (ii) power factor correction of the input currents, (iii) balancing of the two output voltages.A strong constraint is the changing dynamics of the input currents which pass through different conduction modes over the same grid period.Two linear models of the currents are developed:the linearised averaged model for the continuous conduction modes, and an original model developed in this thesis for the discontinuous conduction modes.The performance of the regulation is verified in simulation and experimentally.The robustness of the control is assessed by analysing the frequency responses and the single-variable and multivariable stability margins of the linear models developed in this thesis.The robustness of the global regulation to the phenomena defined by the ITIC curve of grid overvoltage and voltage drop is confirmed in simulation

Les émissions d'harmoniques par les convertisseurs industriels présentent des potentiels de pollutions électromagnétiques néfastes dans les réseaux d'alimentation. Ces problèmes sont très complexes, difficiles à analyser et surtout à prévoir. Nous proposons une méthode de diminution des harmoniques du premier rang qui sont difficiles à filtrer, aboutissant à une conception de commande d'un pont de Graëtz à six G. T. O. « gate turn-off » à moyenne puissance. Nous analysons d'autre part ce que peut absorber comme harmoniques un redresseur en pont de Graëtz à six thyristors conventionnels. Ce travail se termine en présentant une étude comparative des deux redresseurs en pont de Graëtz triphasé

Méthode de résolution des équations du système modélisé, indépendante de son environnement électrique, donnant un programme modulaire, utilisable dans un ensemble plus complexe. Extension de la méthode et procédure d'identification des paramètres. Expérimentation en fonctionnement redresseur et gradateur

Ce travail s’inscrit dans l’optique de prédimensionnement par optimisation déterministe en électronique de puissance. Nous nous focalisons principalement sur la problématique de la Compatibilité ElectroMagnétique que nous désirons inclure dans la démarche. Pour cela, nous considérons l’exemple d’un redresseur triphasé comportant des filtres CEM à la fois du côté triphasé et du côté continu. Un couplage de mode commun a lieu entre les deux filtres, ils doivent donc être conçus simultanément. Des modéles de dimensionnement du convertisseur et de ses différents composants (passifs, interrupteurs, refroidisseur) ont été élaborés. Dans la procédure d’optimisation, l’ensemble des variables de cette modélisation globale du convertisseur (valeur des éléments fonctionnels, stratégie de commande MLI et fréquence de découpage) impacte les émissions CEM conduites. Ainsi, le modèle de calcul CEM est intégré dans le déroulement du processus, qui vise à minimiser la masse du convertisseur. Grâce à cela nous obtenons une approche globale où les filtres CEM sont dimensionnés en parallèle avec le convertisseur, et non une fois que la conception de ce dernier soit terminée, comme c’est classiquement le cas.La variation de la fréquence de découpage durant l’optimisation a constitué le problème majeur. Nous avons dû développer des stratégies concernant la surveillance des spectres CEM pour arriver à diminuer drastiquement les temps de calcul. Nous avons aussi développé une formulation de la contrainte CEM et une stratégie de lancement automatique d’optimisations déterministes avec paramétrage initial aléatoire qui a permis aux dimensionnements d’aboutir. Tout au long de la thèse, l’accent a été mis sur la généricité des modèles, qu’ils touchent à la CEM ou aux autres points du dimensionnement, en vue de leur adaptabilité à d’autres cas d’application
This thesis deals with the sizing of power electronics using deterministic optimization. In this way, methods to integrate the ElectroMagnetic Compatibility constraints in such process were studied. The case of a three-phase rectifier with EMC filters on both AC and DC sides was considered. A common-mode path creates an interaction between the two filters, thus they have to be sized together. Models of the converter and its components were developed for their sizing by deterministic optimizations. In such conception problem, all the parameters used for describing the system configuration (functional elements values, PWM command strategy and the switching frequency) influence the conducted EMC emissions. Therefore, the modeling of the EMC constraints was integrated in the optimization procedure, which aims the overall weight reduction. Thanks to that, a global approach where EMC filters are sized along with the converter was achieved, whereas it is usually done after the converter conception.The main challenge was the variation of the switching frequency in optimization. Strategies were developed regarding the automatic surveillance of the EMC spectrums in order to drastically reduce their computation times. An innovative formulation of the EMC constraints enabled the optimizations to converge. An automatic procedure for launching multiple deterministic optimizations with random initial parameters allowed us to obtain good optimization results, regarding the constraints and the global weight of the system. In this work, genericity of the modelling approach was a main concern, regarding EMC and the different sizing models. Therefore, the adaptation of the developed methods to other applications should be convenient

Dans un redresseur triphasé à absorption de courant sinusoi͏̈dal, la partie la plus importante et la plus délicate dans le contrôle du système global est le contrôle des courants. Ce contrôle devient difficile, dans le cas le plus fréquent où le neutre est isolé, à cause du couplage naturel qui existe entre les trois courants. Ce couplage se réalise par l'intermédiaire de la tension du neutre par rapport au point milieu du côté continu et dans la première partie de ce travail, on met en évidence l'importance qu'a cette tension dans la robustesse du système face à différents types de perturbations. Il est proposé dans une deuxième partie une nouvelle philosophie de contrôle, où l'on utilise deux bras pour contrôler les trois courants et le troisième pour contrôler la tension du neutre. Les résultats obtenus face à différentes perturbations, sont entièrement satisfaisants, démontrant sa grande robustesse. Mais bien que le coeur du convertisseur soit la boucle de courant, un point très important aujourd'hui est le prix du convertisseur ; un dimensionnement optimal des différents éléments du convertisseur est ainsi nécessaire. De ce fait, le travail présente dans une troisième partie une nouvelle stratégie de compensation des variations du courant de charge qui permet de diminuer la taille du condensateur de sortie sans perturber les courants du réseau et une méthodologie qui permet de réaliser un dimensionnement optimal des différents éléments du convertisseur. Enfin, on présente les deux applications pratiques qui ont été développées en utilisant la technique de contrôle proposée. Les résultats obtenus ont permis de valider l'étude théorique réalisée.

Méthode de filtrage actif consistant à supprimer les harmoniques impairs en injectant les courants antiphasés. L'atténuation peut atteindre 80%. Conception des circuits synthétisant les courants de compensation.