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MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE FERHAT ABBAS - SETIF UFAS (ALGERIE)
THESE DE DOCTORAT EN SCIENCES
Prsent au dpartement dElectrotechnique
Facult de Technologie Pour Obtenir le titre de
Docteur En Electrotechnique
Spcialit : Commande Electrique
Par
BOUAFIA ABDELOUAHAB
Thme
TECHNIQUES DE COMMANDE PREDICTIVE ET FLOUE POUR LES SYSTEMES
DELECTRONIQUE DE
PUISSANCE: APPLICATION AUX REDRESSEURS A MLI
Soutenu le : 06/10/2010 devant la commission dexamen compose de
:
Pr. MOSTEFAI Mohamed Prsident Universit de Stif Pr. KRIM Fateh
Directeur de thse Universit de Stif Dr. GAUBERT Jean-Paul
Examinateur Universit de Poitiers Dr. RAMBAULT Laurent Examinateur
Universit de Poitiers Pr. REKIOUA Toufik Examinateur Universit de
Bjaia Pr. BACHA Seddik Examinateur Universit de Grenoble
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Techniques de Commande Prdictive et Floue pour les Systmes
dElectronique de Puissance : Application aux
Redresseurs MLI
Mots cls : Keywords :
Electronique de puissance Pollution/dpollution harmonique
Redresseurs MLI Facteur de puissance unitaire Contrle de courant
Puissance instantane Contrle direct de puissance Commande prdictive
Logique floue
Power electronics Harmonic pollution/elimination PWM rectifiers
Unity power factor Current control Instantaneous power Direct power
control (DPC) Predictive control Fuzzy logic
Rsum :
Cette thse sinscrit dans les travaux de recherche mens sur les
moyens modernes, base de llectronique de puissance, de dpollution
harmonique du rseau de distribution de lnergie lectrique. Cette
pollution constitue actuellement un problme majeur surtout dans
lindustrie. Elle est cause principalement par les charges
non-linaires, prlevant sur le rseau des courants non sinusodaux.
Les convertisseurs statiques, surtout les redresseurs diodes et
thyristors, sont de nature non-linaire et reprsentent la principale
source dinjection de courants harmoniques dans le rseau. Ils
requirent donc une attention particulire afin de rduire leurs taux
dharmonique en courant. Dans ce contexte, les solutions modernes
prventives adoptes, en plus du filtrage actif qui reprsente une
solution curative, consiste remplacer les redresseurs classiques
par de nouvelles structures de convertisseurs AC/DC non polluants,
dont le comportement vis--vis du rseau est de nature rsistive. Ce
travail apporte une contribution la commande du redresseur de
tension MLI absorption de courant sinusodal. En effet, diffrentes
stratgies de commande ont t dveloppes, simules et valides sur un
banc dessai exprimental dont le but commun est dobtenir un rglage
performant de la tension du bus continu et un prlvement de courants
sinusodaux. Ces stratgies sont bases soit sur le contrle direct des
courants absorbs soit sur le contrle direct des puissances
instantanes (DPC). De plus, elles sont combines avec des commandes
dites avances, comme les approches floues et prdictives appliques
aux deux techniques de contrle nonces prcdemment. La simulation de
toutes ces mthodes a t mise en uvre laide du logiciel
Matlab/SimulinkTM et limplantation en temps rel a t labore grce une
carte contrleur du systme dSPACE 1104.
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Avant propos.
Le travail prsent dans ce mmoire a t ralis en collaboration
entre le Laboratoire dElectronique de Puissance et Commande
Industrielle (LEPCI) de lUniversit de Stif, Algrie, et le
Laboratoire dAutomatique et dInformatique Industrielle (LAII) de
lUniversit de Poitiers, France, dans le cadre dune convention de
cotutelle de thse entre les deux universits.
A lissue de ce travail je tiens adresser ma reconnaissance et
mes remerciements toutes les personnes qui ont contribu, chacune
leur manire, laccomplissement de cette thse.
Tout dabord, je tiens remercier vivement les membres de jury
pour avoir accept dvaluer ce travail et ce mmoire :
Monsieur Mohamed MOSTEFA, Professeur lUniversit de Stif, Algrie,
davoir accept de juger mon travail et de prsider le jury de
soutenance de cette thse.
Messieurs Seddik BACHA, Professeur lUniversit de Grenoble,
France, et Toufik REKIOUA, Professeur lUniversit de Bejaia, Algrie,
pour mavoir fait lhonneur daccepter dtre les rapporteurs de cette
thse.
Je tiens galement remercier trs chaleureusement mes directeurs
de thse :
Monsieur Fateh KRIM, du ct Algrien, Professeur lUniversit de
Stif, pour son encadrement, son suivi permanent et ses prcieux
conseils.
Monsieur Laurent RAMBAULT, Matre de Confrences lUniversit de
Poitiers, mon directeur de thse du cot Franais, pour son
encadrement et sa confiance dans ce travail.
Monsieur Jean-Paul GAUBERT, Matre de Confrences lUniversit de
Poitiers, mon encadreur de thse, pour son aide, son soutien
permanent et pour mavoir trait toujours aussi chaleureusement.
Je suis trs reconnaissant au directeur du Laboratoire
dAutomatique et dInformatique Industrielle (LAII), Professeur Grard
CHAMPENOIS, pour laccueil chaleureux et pour mavoir donn
lopportunit de raliser la partie exprimentale de cette thse au sein
de son laboratoire.
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Listes des Symboles et Acronymes
Symboles : ea, eb, ec va, vb, vc ia, ib, ic vdc, Idc vL
( )v k Ich - d-q i, i id, iq Sa, Sb, Sc Tsa, Tsb, Tsc SP, Sq Ls
, rs L, r C x M I1, Ih V1, Vh 1, h W S P q D P*, q*
P, q i Zcc1, Zcch I FA A(x) min(A(x), B(x)) max(A(x), B(x))
hgt(A)
Tensions simples du rseau Tensions simples lentre du pont
redresseur Courants dbits par le rseau Tension et courant du bus
continu Tension aux bornes de linductance de couplage Valeur
moyenne de v Courant de charge Repre stationnaire Repre synchrone
tournant Composantes du vecteur courant dans le repre stationnaire
Composantes du vecteur courant dans le repre synchrone Signaux de
commande des interrupteurs de puissance Largeurs des limpulsions
des signaux MLI Sortie digitale des comparateurs hystrsis des
puissances P et q Inductance et rsistance de la source Inductance
et rsistance de la bobine de couplage Capacit du condensateur du
bus continu Dphasage entre les deux vecteurs e et v Variable dtat
Transformation de Park Valeur efficace du courant fondamental et du
courant harmonique de rang h Valeur efficace de la tension
fondamentale et de lharmonique de rang h Dphasage du courant
fondamental et du courant harmonique de rang h Energie lectrique
Puissance apparente Puissance active Puissance ractive Puissance
dformante Rfrence de la puissance active et ractive Variation de la
puissance active et ractive Position du vecteur de tension dans le
repre stationnaire Secteur numro i Pulsation fondamentale du rseau
Impdance de court-circuit la frquence fondamentale et du rang h
Largeur de la bande hystrsis Fonction dappartenance du
sous-ensemble flou A Complment du sous-ensemble flou A Degr
dappartenance de x au sous-ensemble A Minimum des deux degrs
dappartenance Maximum des deux degrs dappartenance Hauteur du
sous-ensemble flou A
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Listes des Symboles et Acronymes
supp(A) noy(A) -cut(A) u s Ts T E
, , Le v v i
Support du sous-ensemble flou A Noyau du sous-ensemble flou A
Coupe de niveau du sous-ensemble flou A Sortie du contrleur flou
Ecart de rglage Variation de lcart de rglage Frquence
dchantillonnage Priode dchantillonnage Largeur du crneau centr pour
le redresseur monophas Valeur efficace de la tension compose du
rseau Vecteur de tension complexe du rseau, du redresseur et aux
bornes de L Vecteur de courant complexe dbit par le rseau
Acronymes : MLI PWM HCC VOC VFOC VSC DPC P-DPC V-DPC VF-DPC DTC
AC/DC FACTS SVC STATCOM TCSC UPFC PFC THD P-DCC SVM FP HVDC MT BT
FAP FAS UPS UPF PLL PI
Modulation de Largeur dImpulsion Pulse Width Modulation
Hysteresis Current Control Voltage Oriented Control
Virtual-Flux-based Oriented Control Voltage Source Converter Direct
Power Control Predictive Direct Power Control Voltage-based Direct
Power Control Virtual-Flux-based Direct Power Control Direct Torque
Control Conversion alternative continue Flexible Alternating
Current Transmission Systems Static Var Compensator Static
Synchronous Compensator Thyristor Controlled Series Capacitor
Unified Power Flow Controller Power Factor Correction Total
Harmonic Distortion Predictive Direct Current Control Space-Vector
Modulation Facteur de Puissance High Voltage Direct Current Moyenne
Tension Basse Tension Filtre Actif Parallle Filtre Actif Srie
Uninterruptible Power Supply Unit Power Factor Phase Locked Loop
Regulateur Proportionnel intgral
-
Table des Matires
i
Table des Matires Itroduction Gnrale
.........................................................................................................................1
Chapitre 1 : La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs
Statiques : Causes et Remdes
1.1
Introduction...........................................................................................................................................6
1.2 Qualit de lnergie lectrique
...........................................................................................................7
1.3 Problmatique des harmoniques
........................................................................................................7
1.3.1 Origine des harmoniques
..............................................................................................................8
1.3.2 Caractrisation des
harmoniques.................................................................................................9
1.3.3 Concquences nfastes des harmoniques
................................................................................
11
1.4 Perturbations produites par les redresseurs commutation
naturelle ........................................ 13
1.5 Normes et rglementations
..............................................................................................................
15
1.6 Solutions possibles pour rduire les harmoniques et damliorer
la qualit de lnergie ....... 17
1.6.1 Solutions traditionnelles de dpollution
..................................................................................
18
1.6.2 Solutions modrnes base dlectronique de puissance
....................................................... 20
1.6.2.1 Filtres actifs
.......................................................................................................................
20
1.6.2.2 Filtres actifs hybrides
.......................................................................................................
22
1.6.2.3 Les alimentations sans
interruption................................................................................
23
1.6.2.4 Les FACTS
........................................................................................................................
24
1.6.2.5 Prlvement
sinusodal........................................................................................................
26
1.6.2.5.1 Correction du facteur de puissance PFC
.................................................................
26
1.6.2.5.2 Redresseurs injection de
courant...........................................................................
27
1.6.2.5.3 Redresseurs MLI
.....................................................................................................
28
1.7 Conclusion
........................................................................................................................................
30
Chapitre 2 : Commande par Hystrsis du Redresseur MLI de
Tension
2.1
Introduction........................................................................................................................................
32
2.2 Onduleur de tension triphas : applications et stratgies de
commande ................................... 33
2.3 Le redresseur MLI de tension
......................................................................................................
36
2.3.1 Structure et principe de fonctionnement
.................................................................................
36
2.3.2 Modes dopration redressement/rgnration
......................................................................
40
-
Table des Matires
ii
2.3.3 Modles du redresseur de tension
MLI.................................................................................
41
2.3.4 Dimentionnement des lments passifs
...................................................................................
45
2.4 Etat de lart de la commande du redresseur
MLI.......................................................................
47
2.5 Contrle par hystrsis des courants prlevs
...............................................................................
49
2.5.1 Structure du contrle de courant par hystrsis
......................................................................
51
2.5.2 Boucle de rgulation de la tension du bus continu
.................................................................
51
2.6 Logique floue et contrleur flou
.......................................................................................................
53
2.6.1 Concepts fondamentaux de la logique floue
...........................................................................
54
2.6.1.1 Variables linguistiques et les ensembles flous
.................................................................
55
2.6.1.2 Fonctions
dappartenance....................................................................................................
57
2.6.1.3 Oprateurs sur les sous-ensembles
flous...........................................................................
58
2.6.2 Raisonnement en logique
floue.................................................................................................
60
2.6.3 Infrences floues
.........................................................................................................................
62
2.6.4 Structure dun systme de commande
floue............................................................................
63
2.7 Synthse du contrleur flou du bus
continu...................................................................................
67
2.7.1 Structure du contrleur flou
propos........................................................................................
68
2.7.2 Mise en uvre pratique du contrleur flou
.............................................................................
71
2.8 Description du banc dessai
exprimental......................................................................................
72
2.9 Rsultats de simulation et
exprimentaux......................................................................................
73
2.10 Conclusion
......................................................................................................................................
78
Chapitre 3 : Contrle Direct de Puissance du Redresseur Triphas
MLI
base dune Table de Commutation Prdfinie
3.1 Introduction
........................................................................................................................................
82
3.2 Etat de lart du contrle direct de puissance
(DPC)......................................................................
83
3.3 Principe du DPC avec table de commutation prdfinie
.............................................................
84
3.4 DPC classique
....................................................................................................................................
85
3.4.1 Expressions des puissances instantanes
.................................................................................
86
3.4.2 Rsultats de simulation et exprimentaux
...............................................................................
87
3.4.3 Conclusion
...................................................................................................................................
90
3.5 DPC propos
......................................................................................................................................
91
3.5.1 Etude des variations des puissances
instantanes...................................................................
91
3.5.2 Elaboration de la nouvelle table de commutation
..................................................................
94
3.5.3 Rsultats de simulation et exprimentaux
...............................................................................
95
-
Table des Matires
iii
3.5.4 Principe du contrle flou de la tension du bus continu pour
le DPC................................... 98
3.5.5 Rsultats exprimentaux du contrle flou du bus continu
.................................................. 100
3.6 DPC
flou...........................................................................................................................................
102
3.6.1 Synthse des rgles
floues.......................................................................................................
103
3.6.2 Rsultats de simulation et
exprimentaux............................................................................
104
3.7 Etude
comparative...........................................................................................................................
108
3.8 Conclusion
......................................................................................................................................
110
Chapitre 4 : Commande Prdictive de Courants Absorbs par le
Redresseur MLI
4.1
Introduction......................................................................................................................................
112
4.2 Principe de la commande
prdictive.............................................................................................
113
4.3 Commande prdictive de courant du redresseur monophas
.................................................... 115
4.3.1 Commande prdictive pour le fonctionnement deux niveaux
......................................... 116
4.3.2 Commande prdictive pour le fonctionnement trois
niveaux.......................................... 118
4.3.3 Rsultats de simulation et
exprimentaux.............................................................................
120
4.4 La MLI vectorielle
..........................................................................................................................
125
4.5 Commande prdictive de courants du redresseur triphas
........................................................ 128
4.5.1 Commande prdictive de courants avec optimisation
......................................................... 129
4.5.1.1 Estimation des rfrences des courants commands
..................................................... 131
4.5.1.2 Rsultats dimplmentation en simulation et de validation
pratique .......................... 132
4.5.2 Commande prdictive de courants avec rponse pile
.......................................................... 135
4.5.2.1 Commande prdictive des courants i et i
.....................................................................
136
4.5.2.2 Commande prdictive des courants id et iq
....................................................................
137
4.5.2.3 Rsultats de
simulation......................................................................................................
140
4.5.2.4 Rsultats exprimentaux
...................................................................................................
144
4.6 Conclusion
......................................................................................................................................
148
Chapitre 5 : Commande Directe de Puissance Prdictive du
Redresseur Triphas MLI
5.1
Introduction......................................................................................................................................
150
5.2 Modle prdictif du redresseur MLI command en puissance
.............................................. 150
-
Table des Matires
iv
5.3 Commande directe de puissance prdictive (P-DPC) avec
slection du vecteur de commande
optimal.....................................................................................................................................................
152
5.3.1 Prdiction des rfrnces des puissances instantanes
.......................................................... 154
5.3.2 Principe de slection du vecteur de commande
optimal......................................................
155
5.3.3 Rsultats de simulation et pratiques
.......................................................................................
157
5.4 Commande directe de puissance prdictive (P-DPC) avec rponse
pile ................................. 159
5.4.1 P-DPC avec rponse pile dans le repre stationnaire
-.................................................... 160
5.4.2 P-DPC avec rponse pile dans le repre tournant
d-q..........................................................
161
5.4.3 Rsultats de simulation et pratiques de la P-DPC avec
rponse pile ................................ 163
5.4.3.1 Rsultats de la P-DPC dans le repre stationnaire -
............................................... 163
5.4.3.2 Rsultats de la P-DPC dans le repre d-q
....................................................................
165
5.4.4 Interprtation des
rsultats....................................................................................................
167
5.5 Etude
comparative...........................................................................................................................
168
5.6 Conclusion
.......................................................................................................................................
169
Conclusion
Gnrale......................................................................................................................171
Annexe A
Annexe B
Annexe C
Annexe D
Rfrences Bibliographiques
-
Introduction Gnrale
1
Introduction Gnrale
La qualit de lnergie est un concept assez large qui recouvre la
fois la qualit de la fourniture
lectrique, celle de londe de tension et la qualit des courants.
Lamlioration de la qualit de lnergie
sur les rseaux de distribution lectrique, devient de nos jours,
un enjeu important tant pour les
gestionnaires des rseaux que pour les exploitants de lnergie
lectrique. En exploitation normale, la
qualit de llectricit se rduit principalement la qualit de londe
de tension dlivre. Lorsque cette
tension est prsente, les principaux phnomnes pouvant laffecter
sont : les creux de tension de courtes
ou longues dures, le flicker, la surtension, le dsquilibre ou
les harmoniques. En revanche, la qualit
des courants reflte la possibilit des charges fonctionner sans
perturber ni rduire lefficacit du
systme de puissance. Habituellement, la qualit de londe de
tension fait rfrence la mesure du degr
de conformit dune source dalimentation lectrique par rapport un
certain nombre de critres ou de
normes caractre quantitatif et absolu. Les principaux paramtres
caractrisant une tension triphase
sont la frquence, lamplitude, la forme donde qui doit tre
sinusodale et la symtrie du systme
caractrise par lgalit des modules des trois tensions et de leurs
dphasages relatifs. Tout phnomne
physique affectant un ou plusieurs de ces paramtres est considr
comme perturbation.
La prsence des harmoniques dans le rseau lectrique, appele
galement pollution harmonique,
est lun des phnomnes importants entranant la dgradation de la
qualit de lnergie, plus
particulirement la dformation ou la distorsion de londe de
tension. Cette distorsion rsulte de la
superposition, sur londe de tension fondamentale, dondes
galement sinusodales mais de frquences
multiples de celle du fondamental. Nous pouvons galement
observer des sous-harmoniques ou des inter-
harmoniques des frquences non multiples de la frquence
fondamentale. Ce phnomne est souvent la
cause dune mauvaise exploitation de lnergie lectrique et risque
dendommager les appareils
lectriques connects aux rseaux. Les consquences nfastes les plus
connues de la pollution
harmonique se rsument dans la destruction de condensateurs, le
dclenchement intempestif de
protections lectriques, les phnomnes de rsonance avec les lments
composants le rseau,
lchauffement du conducteur de neutre des transformateurs ainsi
que lusure qui est due
lchauffement des quipements soumis aux harmoniques.
De plus, la pollution harmonique du rseau de distribution de
lnergie lectrique constitue
actuellement un problme majeur surtout en industrie. La prsence
de ce phnomne gnant est due
principalement aux charges non linaires. En effet, les charges
non linaires dans les secteurs industriels
et domestiques, crant des courants non sinusodaux et/ou dphass
par rapport la tension, engendrent
des pollutions harmoniques, une augmentation de la valeur du
courant efficace, une acclration du
vieillissement de certains matriels. Ces charges non linaires ou
polluantes, sont principalement les
-
Introduction Gnrale
2
convertisseurs statiques dlectronique de puissance tels que les
redresseurs diodes ou thyristors, les
gradateurs, le matriel informatique via leur alimentation, les
lampes fluorescentes,..etc.
Dautre part, lutilisation croissante dans le secteur industriel
de systmes aliments
lectroniquement et pilotables, motive par lamlioration de leurs
performances, a conduit une
prolifration de convertisseurs statiques. Aujourdhui, le nombre
de ces dispositifs raccords aux rseaux
lectriques est en constante progression. Le fonctionnement en
rgime de commutation des composants
semi-conducteurs constituant ces convertisseurs est la raison
pour laquelle leur comportement vis--vis
de la source dalimentation est non linaire. En effet, ils
prlvent des courants non sinusodaux et pour
la plupart consomment de la puissance ractive ce qui pose de
srieux problmes aux rseaux lectriques.
Les convertisseurs statiques sont devenus alors les sources
dharmoniques les plus importantes sur le
rseau. Le redresseur non contrl diodes et contrl thyristors
reprsente le convertisseur statique le
plus polluant et trs rpandu aussi bien dans lindustrie que dans
lappareillage domestique. Il peut
introduire sous certaines conditions dopration un taux de
distorsion harmonique (THDi) de courant
suprieur 30%. Pour cette raison, certaines normes
internationales adaptes rcemment, telles que IEEE
Standard 519, CEI 61000 et EN 50160, imposent des limites aux
THD des courants et tensions au sein
du rseau dalimentation (5% pour les courants et 3% pour les
tensions).
Devant cet tat de fait, et afin de limiter le taux de
perturbation harmonique provoque par les
systmes dlectronique de puissance connects au rseau, il est
apparat ncessaire de dvelopper des
dispositifs curatifs tel que le filtrage actif dune part et
dautre part de concevoir des actions prventives
comme les convertisseurs non polluants, dots dun dispositif de
commande rendant le courant prlev
sur le rseau le plus sinusodal possible. Dans ce contexte et
depuis une dizaine dannes, des
convertisseurs statiques non polluants facteur de puissance lev
ont commenc apparatre sur le
march concernant surtout la conversion AC/DC. En effet, des
changements ont t apports sur les ponts
redresseurs conventionnels modifiant leur structure ou leur
systme de commande afin de rduire leur
injection de courants harmoniques dans le rseau. Ces nouveaux
convertisseurs AC/DC se distinguent par
leur structure et par la manire de grer les courants absorbs.
Ils peuvent tre diviss en trois classes :
redresseur diodes avec correcteur de facteur de puissance (PFC),
redresseur injection de courant et
redresseur MLI de tension ou de courant. Parmi ces structures
les plus rpandues et les plus attractives
se trouvent le redresseur de tension MLI. Il est caractris par
un comportement quasi rsistif vis--vis
du rseau dalimentation.
Outre sa capacit contrler les courants absorbs et fonctionner
avec un facteur de puissance
proche de lunit, le redresseur de tension MLI peut galement
oprer sous deux modes : redressement
et rgnration. Il contrle ainsi lcoulement de puissance active et
ractive dans les deux directions.
Cet avantage lui permet dtre exploit dans de multiples
applications, plus particulirement celles
fonctionnant frquemment en mode de rgnration et ncessitant le
contrle de flux de puissance
-
Introduction Gnrale
3
bidirectionnel (entranements vitesse variables par exemple). Ce
convertisseur constitue actuellement
un thme de recherche cl pour les spcialistes du domaine. Les
recherches effectues portent
principalement sur les stratgies de commande surtout celles
dites avances (prdictive, floue, rseaux de
neurones,..etc.) ainsi que sur le choix et le dimensionnement du
filtre dentre.
Dans le cadre de cette problmatique de recherche sur le
redresseur de tension MLI, le prsent
travail de doctorat a t effectu au sein des deux laboratoires
LEPCI (Stif-Algrie) et LAII (Poitiers-
France) suite une convention de cotutelle de thse. Il porte sur
llaboration de nouvelles stratgies de
commande permettant ce convertisseur statique de prlever des
courants sinusodaux sur le rseau
dalimentation. Les stratgies dveloppes sont valides par
simulation et implmentes en temps rel
sur un banc dessai exprimental du LAII. Elles se distinguent par
leurs grandeurs commandes (courants
dentre ou puissances instantanes absorbes) et leur approche de
commande avance (floue ou
prdictive).
Les diffrents dveloppements thoriques et les rsultats obtenus
durant ce travail de thse sont
organiss en cinq chapitres :
Le premier chapitre dbute avec les notions sur la qualit de
lnergie lectrique et les diffrentes
perturbations pouvant laffecter. La problmatique des
harmoniques, leur origine, leur caractrisation et
leurs consquences nfastes sur le rseau et sur les rcepteurs, est
ensuite prsente. La perturbation
harmonique produite par les redresseurs diodes et les normes et
rglementations, en termes de pollution
harmonique, en vigueur sont galement exposes dans ce chapitre.
Il se termine par les diffrentes
solutions, traditionnelles et modernes, de dpollution
harmonique.
Le second chapitre propose un bref rappel sur les applications
et la commande de londuleur de
tension triphas. Ensuite, une tude thorique dtaille est dveloppe
propos de la structure et du
principe de fonctionnement, des diffrents modes dopration, de la
modlisation et du choix des
lments passifs associs au redresseur de tension triphas MLI.
Aprs avoir voqu ltat de lart de la
commande, nous traitons le contrle des courants absorbs par le
redresseur par le biais des comparateurs
hystrsis. Nous proposons galement dans ce cadre le rglage de la
tension du bus continu grce un
contrleur flou. A cet effet, une structure du contrleur flou est
dcrite, simule et implmente en temps
rel sur le prototype exprimental. Nous clturons ce chapitre par
une description du banc dessai
pratique et avec des rsultats exprimentaux.
Dans le chapitre trois, nous prsentons le contrle direct de
puissance (DPC) du redresseur MLI
par table de commutation prdfinie. Dans ce contexte, notre
contribution porte sur llaboration dune
nouvelle table de commutation plus performante et sur une
nouvelle structure de DPC sans comparateurs
hystrsis utilisant une table de commutation avec slection floue.
Le rglage de la tension du bus
continu par contrleur flou pour DPC est galement abord dans ce
chapitre.
-
Introduction Gnrale
4
Nous nous intressons dans le quatrime chapitre la commande des
courants prlevs sur le
rseau par le redresseur MLI par approche prdictive. Dans un
premier temps, nous traitons le cas
monophas o la commande prdictive rponse pile est adopte.
Ensuite, deux approches prdictives
pour la structure triphase sont labores dont la premire consiste
rsoudre un problme
doptimisation. Tandis que la deuxime assure une rponse plie du
systme. La validation des approches
proposes est effectue par simulation et pratiquement sur le banc
dessai du laboratoire.
Le dernier chapitre de ce mmoire est consacr la combinaison du
principe du contrle direct
de puissance avec une approche prdictive (P-DPC). Aprs
laboration dun modle prdictif exprim en
fonction des puissances instantanes active et ractive du
redresseur de tension triphas MLI, deux
approches ont t dveloppes. La premire est base sur la slection
du vecteur de commande optimal
minimisant une distance. La deuxime est base sur le calcul dun
vecteur de commande moyen
appliquer par le biais de la modulation vectorielle (SVM). Les
rsultats obtenus pour les deux algorithmes
en simulation et exprimentalement aprs implmentation en temps
rel sont exposs.
Une conclusion gnrale de ce travail ainsi que des perspectives
clturent ce mmoire.
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
5
Chapitre 1
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
Ce chapitre prliminaire nous permet dintroduire la problmatique
de notre thme de recherche et de prsenter une tude non exhaustive
sur la pollution harmonique dans le rseau lectrique et les
diffrents moyens de dpollution. En premier lieu, nous dfinissons
les notions de la qualit de lnergie lectrique et nous identifions
les diffrentes sources dharmoniques. La caractrisation et les
effets nfastes des harmoniques sur le rseau lui-mme et sur les
quipements lectriques couramment usits, sont galement discuts dans
cette partie. Avant de prsenter les normes et les recommandations
en vigueur adoptes par les gestionnaires des rseaux lectriques pour
faire face aux harmoniques et rduire le taux de pollution, nous
mettons en vidences les perturbations harmoniques provoques par lun
des convertisseurs de llectronique de puissance le plus rpandu en
pratique, il sagit du pont redresseur diodes. Les rsultats de
simulation et pratiques illustrant ces perturbations sont galement
prsents. Dans la seconde partie, nous exposons les diffrentes
techniques possibles de dpollution harmonique, traditionnelles et
modernes. Nous montrerons aussi lutilit et le rle primordial de
llectronique de puissance dans le processus de dpollution et
damlioration de la qualit de lnergie lectrique.
Sommaire :
1.1. Introduction
............................................................................................................................................6
1.2. Qualit de lnergie lectrique
...............................................................................................................7
1.3. Problmatique des
harminoques.............................................................................................................7
1.4. Perturbations produites par les redresseurs commutation
naturelle...................................................13
1.5. Nornes et rglementations
....................................................................................................................15
1.6. Solutions possibles pour rduire les harmoniques et
damliorer la qualit de lnergie ....................17
1.7. Conclusion
...........................................................................................................................................30
-
Chapitre 1:
6
1.1 Introduction
Le dveloppement croissant des applications de llectronique de
puissance conduit, dans
certains secteurs industriels, une prolifration de
convertisseurs statiques. Aujourdhui, le nombre de
ces dispositifs raccords aux rseaux lectriques est en constante
progression. Ces convertisseurs
statiques apportent une plus grande souplesse et des conomies
dnergie par rapport aux solutions
antrieures. Ils sont principalement destins la conversion et au
traitement de lnergie lectrique entre
une source (rseau lectrique, gnrateurs synchrone ou asynchrone,
batterie, renouvelable, ) et une
charge (charge passive, machines alternatives, rseau de bord, ).
Le traitement consiste en une
modification des caractristiques lectriques lies la forme donde
de la source dnergie lectrique,
dans lobjectif de ladapter aux spcifications de la charge. En
tenant compte des niveaux de puissance
traits, cette modification doit tre ralise avec le meilleur
rendement possible [1].
Un convertisseur statique est constitu dun ensemble dlments
passifs ractifs qui ne
consomment pas de puissance active (inductances, condensateurs),
utiliss comme moyens de filtrage ou
de stockage intermdiaire dnergie, et de composants
semi-conducteurs utiliss comme interrupteurs de
puissance pour grer le transfert dnergie. Le fonctionnement en
rgime de commutation de ces
interrupteurs est la raison pour laquelle les convertisseurs
statiques se comportent vis--vis de la source
dalimentation comme des charges non linaires. Mme si la
topologie du convertisseur est gnralement
invariable, louverture et la fermeture des interrupteurs
provoquent un comportement impdance
variable par rapport la source dalimentation. Ainsi, les
convertisseurs statiques absorbent des courants
non sinusodaux et pour la plupart consomment de la puissance
ractive ce qui pose de nombreux
problmes aux rseaux lectriques [1].
Partant de ce fonctionnement en commutation, on peut identifier
deux sortes de perturbations
provoques par les convertisseurs statiques :
la premire catgorie comprend les missions dondes
lectromagntiques. Lamplitude du phnomne est directement lie au mode
de commutation des interrupteurs, au cblage, et la qualit
de blindage ;
la seconde catgorie comprend les perturbations lectriques (en
courant et en tension) conduites par les lignes dalimentation dont
lorigine se trouve dans le comportement non linaire de ces
dispositifs. Elles peuvent tre classes, suivant la frquence, en
deux familles :
- perturbations conduites haute frquence (suprieure 2 kHz) qui
peuvent tre attnues par les lignes de distribution ;
- perturbations conduites basse frquence (infrieure 2 kHz) dont
les diffrentes techniques de contrle tentent de les minimiser.
Lobjet de ce premier chapitre est danalyser, dans un premier
temps, linfluence des perturbations
et des courants harmoniques dans le rseau lectrique surtout
celles produites par les redresseurs
classiques commutation naturelle. Nous prsentons galement dans
cette partie les normes et les
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
7
rglementations adoptes dans ce domaine. Dans un second temps,
nous tudierons les diffrentes
solutions traditionnelles et avances permettant lattnuation des
effets les plus nfastes [2].
1.2 Qualit de lnergie lectrique La qualit de lnergie est une
notion assez large qui recouvre la fois la qualit de la
fourniture
lectrique, la qualit de londe de tension et la qualit des
courants. Lorsque la tension est prsente, les
principaux phnomnes pouvant laffecter sont dune part les
variations lentes : creux de tension,
surtensions, coupures, dsquilibres et dautre part des variations
rapides : surtensions transitoires, flicker
ainsi que les harmoniques. La qualit des courants reflte par
contre la possibilit des charges
fonctionner sans perturber ni rduire lefficacit du systme de
puissance. Cest pourquoi certains
considrent que la qualit de llectricit se rduit la qualit de la
tension [4].
La qualit de lalimentation lectrique ou qualit de londe fait
rfrence la mesure du degr de
conformit dune source dalimentation lectrique par rapport un
certain nombre de critres ou de
normes caractre quantitatif et absolu. Lnergie lectrique est
dlivre sous forme dun systme
triphas de tensions sinusodales. Les paramtres caractristiques
de ce systme sont les suivants :
la frquence, lamplitude, la forme donde qui doit tre sinusodale,
la symtrie du systme triphas, caractrise par lgalit des modules des
trois tensions et de
leurs dphasages relatifs.
Tout phnomne physique affectant une ou plusieurs de ces
caractristiques peut tre considr comme
perturbation. En pratique, ces perturbations sont classes selon
la dure du phnomne. Ainsi, il est
possible de distinguer :
- les altrations de londe de tension (harmoniques, dsquilibre,
flicker). Ces phnomnes sont permanents ou durent au minimum
plusieurs minutes,
- les creux de tension et coupures brves dune dure de lordre
dune quelques secondes, - les surtensions transitoires, de dure
infrieure une priode [5].
Dans ce qui suit nous nous restreindrons la prsentation des
perturbations provoques par les
harmoniques ainsi que leurs consquences nfastes sur le rseau
lectrique.
1.3 Problmatique des harmoniques
La problmatique des harmoniques dans le rseau lectrique,
galement appele pollution
harmonique, nest pas un phnomne nouveau. Nanmoins, du fait que
de plus en plus de charges non
linaires se connectent au rseau, la problmatique des harmoniques
est devenue trs rpandue. Les
charges non linaires provoquent une distorsion des courants et
donc des tensions, ce qui peut entraner
un mauvais fonctionnement des dispositifs raccords au rseau. Do,
lintrt dliminer ou de
minimiser ces harmoniques [3].
-
Chapitre 1:
8
Un rcepteur dnergie est considr par le rseau lectrique comme une
charge perturbatrice sil
absorbe des courants non sinusodaux ou des courants dsquilibrs
ou sil consomme de la puissance
ractive. Les deux premiers types de perturbations peuvent
dformer ou dsquilibrer les tensions du
rseau lorsque limpdance de celui-ci nest pas ngligeable. Le
troisime rduit la capacit de
production ou de transmission de la puissance active des
gnrateurs, des transformateurs et des lignes
lectriques [2].
Les harmoniques de courant, une fois injects par des charges non
linaires, se propagent
travers le rseau lectrique en affectant la forme donde des
tensions aux diffrents points du rseau.
Cette propagation nest limite que par les bifurcations (points
de division des courants) et les
impdances du rseau qui dpendent gnralement de la frquence des
courants harmoniques. La
prsence des harmoniques de courant se rvle essentiellement
travers leurs effets sur la tension du
rseau [3].
1.3.1 Origine des harmoniques Les harmoniques sont des
perturbations permanentes affectant la forme donde de la tension
du
rseau. Ces perturbations rsultent de la superposition, sur londe
fondamentale, dondes galement
sinusodales mais de frquences multiples de celle du fondamental
[5]. En gnral, les harmoniques pairs
sont ngligeables et seuls les harmoniques impairs existent [4].
Nous pouvons galement observer des
sous-harmoniques ou des inter-harmoniques des frquences non
multiples de la frquence
fondamentale. La figure 1.1 illustre un exemple de forme donde
dune tension distordue contenant, en
plus du terme fondamental de frquence 50Hz, trois harmoniques de
rang impair 5, 7 et 11.
Figure 1.1 Synthse dune tension distordue partir des
harmoniques.
La cause principale de lexistence des harmoniques de tension,
comme on le montrera
ultrieurement, est linjection dans le rseau des courants non
sinusodaux par des charges non linaires.
Il sagit alors de sources gnratrices de courants harmoniques qui
peuvent tre classes en deux types :
a- Sources harmoniques identifiables : Les quipements dots de
dispositifs base dlectronique de puissance, notamment les
redresseurs et les
cycloconvertisseurs de puissances importantes, installs sur les
rseaux haute et moyenne tension sont
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5-120
-90
-60
-30
0
30
60
90
120
v(t)
v1(t)
v5(t) v7(t) v11t)
Temps[s]
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
9
typiquement des sources harmoniques identifiables. Avec ce type
de charge non linaire, le distributeur
dnergie est capable didentifier le point dinjection des
harmoniques et de quantifier la perturbation
provoque. Dans ce cas, cest lutilisateur qui doit se procurer
les moyens ncessaires afin de rduire
cette perturbation au dessous du seuil exig par le distributeur
de lnergie sous peine dtre pnalis [5].
b- Sources harmoniques non identifiables : Ce type de gnrateur
de courants harmoniques est principalement reprsent par les
appareils utiliss
dans les domaines lectrodomestiques ou tertiaires tels que les
tlviseurs et les micro-ordinateurs. Vue
leur trs large diffusion, ces quipements comportant souvent un
redresseur monophas diodes avec un
condensateur de lissage, prlvent des courants harmoniques non
ngligeables. Dans ce cas, il est de la
responsabilit du distributeur de lnergie lectrique dempcher la
propagation de la perturbation
harmonique sur le rseau puisque individuellement chaque
utilisateur gnre un faible taux
dharmonique [5]. A titre dexemple, la figure 1.2 ci-dessous
montre lallure du courant absorb par un
ordinateur. Il est de forme impulsionnelle et riche en
harmoniques et possde un taux de distorsion
inadmissible.
Figure 1.2 Forme donde du courant absorb par un ordinateur et
spectre associ.
1.3.2 Caractrisation des harmoniques
La perturbation harmonique est gnralement caractrise par le taux
de distorsion harmonique
(THD) dfini pour la tension ou le courant. Ce critre est le plus
souvent employ pour quantifier le
contenu harmonique dun signal distordu. Il mesure galement le
degr de dformation du signal apport
par les harmoniques par rapport une onde sinusodale. Il va de
soit que la rpartition spectrale complte
gnralement linformation sur le THD en indiquant le rang des
harmoniques dominants. Pour chiffrer la
consommation de puissance ractive le facteur de puissance (FP)
est gnralement utilis [2].
Le courant absorb par une charge non linaire (convertisseur
statique) nest pas sinusodal,
mais sa valeur moyenne sur chaque phase est souvent nulle. Dans
ce cas, la dcomposition en srie de
Fourier du courant donne :
-
Chapitre 1:
10
1 12
( ) 2 sin( ) 2 sin( )h hh
i t I t I h t =
= + + + (1) Avec : I1, Ih : valeur efficace du courant
fondamental et du courant harmonique de rang h,
1, h: dphasage du courant fondamental et du courant harmonique
de rang h,
: pulsation fondamentale du rseau.
Le taux de distorsion harmonique de ce courant sexprime sous la
forme suivante :
2
22 1
hi
h
ITHDI
== (2)
Pour tudier la dformation de la tension du rseau provoque par le
prlvent de courants distordus,
nous reprsentons la source dnergie par une f.e.m (es) la
frquence fondamentale mise en srie avec
une impdance variable avec la frquence comme le montre la figure
1.3.
(a) : pour la frquence fondamentale (b) : pour lharmonique de
rang h
Figure 1.3 Schmas quivalents pour caractriser la dformation de
la tension au point de raccordement.
Sur ces schmas, les impdances reprsentent :
Zcc1 : impdance de court-circuit de la source la frquence
fondamentale,
Zcch : impdance de court-circuit de la source la frquence du
rang h.
La tension au point de raccordement, v(t), est compose de la
somme ci-dessous :
12
( ) ( ) ( )n
hh
v t v t v t=
= + (3) Avec :
1 1 1 1 1
1
( ) ( ) . 2 sin( )
( ) . 2 sin( )cc cc
h cch h cch
v t e t Z I t
v t Z I h t
= + += + + (4)
O :
1 ,cc cchZ Z reprsente le module de Zcc1 et Zcch
respectivement.
1,cc cch reprsente largument de Zcc1 et Zcch respectivement.
De lquation (3), on constate que la tension du rseau nest plus
sinusodale et est dforme par les
courants harmoniques par lintermdiaire de limpdance de
court-circuit. Pour la rendre sinusodale
deux solutions sont possibles : modification de limpdance du
rseau ou annuler les harmoniques de
courant [2].
es v1 Zcc1
vh Zcch ih
i1
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
11
Le taux de distorsion harmonique en tension est un paramtre qui
sert valuer la dformation de la
tension et sexprime sous la forme suivante :
2
22 1
hv
h
vTHDv
== (5)
Il est possible aussi de caractriser les harmoniques par leur
participation dans la puissance apparente.
Nous utilisons alors la notion de puissance dformante "D". Dans
le cas dun rseau quilibr m phases,
la puissance apparente S, la puissance active P et la puissance
ractive q sont donnes par les relations
suivantes :
2 21 1
. . .n n
h h eff effh h
S m V I mV I= =
= = (6)
1cos( )
n
h h hh
P m V I =
= (7)
1sin( )
n
h h hh
q m V I =
= (8) A son tour la puissance dformante caractrisant la
contribution des harmoniques est dfinie par la
formule suivante :
212
n
hh
D mV I=
= (9) Finalement, le facteur de puissance sexprime comme suit
:
12 2
1 1
cos( )
.
n
h h hh
n n
h hh h
V IPFPS
V I
=
= =
= =
(10)
On constate que le facteur de puissance est dgrad par la prsence
des harmoniques.
Dans le cas dun systme triphas alimentant une charge non linaire
quilibre (cas du
redresseur diodes), les fondamentaux des courants absorbs
composent un systme direct (cest--dire
de mme squence que les tensions du rseau), les harmoniques
multiples de 3 composent un systme
homopolaire (ils sont en phase), lharmonique 5 un systme inverse
(la squence des phases est inverse
par rapport celle du rseau), lharmonique 7 un systme
direct,.etc.
1.3.3 Consquences nfastes des harmoniques
Les courants et les tensions harmoniques ont des effets nfastes
sur le fonctionnement, la
rentabilit et la dure de vie des quipements lectriques. Bien que
les susceptibilits des diffrents
quipements et appareils lectriques, raccords un rseau pollu,
soient trs diversifies, on distingue
deux sortes deffets possibles :
-
Chapitre 1:
12
les effets quasi-instantans : concernent certains types
dappareillage, tels que llectronique de puissance, calculateurs,
relais, systmes de contrle et rgulation,etc. La prsence des
harmoniques sur le rseau provoque le dplacement du passage par
zro et des modifications de
la valeur crte de londe ;
les effets terme : se rapportent essentiellement aux machines
tournantes, aux transformateurs et aux condensateurs, ce qui se
manifeste par des chauffements supplmentaires et laugmentation
du niveau sonore. Il en dcoule la destruction de matriel ou plus
frquemment une diminution
de leur dure de vie par surcharge thermique.
La liste suivante donne une ide de limpact des harmoniques sur
certains quipements usage frquent
qui font partie intgrante du rseau lectrique, tels que les :
alternateurs : pertes supplmentaires dans les enroulements
statoriques et dans les amortisseurs lies laugmentation de la
valeur efficace du courant absorb. Ces pertes provoquent un
chauffement supplmentaire et rduisent galement le rendement de
ces machines ;
cbles lectriques : pertes Joule supplmentaires, surtout dans les
cbles de retour du neutre o circulent les courants harmoniques
homopolaires et corrosion des cbles en aluminium sous
leffet de la circulation de courants harmoniques pairs associs
une composante continue [2].
La prsence des harmoniques dans le rseau diminue aussi la
capacit de transport en puissance
active des lignes ;
transformateurs : ils sont les constituants les plus directement
affects par les courants harmoniques. Ces derniers produisent des
pertes additionnelles dans les enroulements. Ces pertes
ne sont pas seulement dues leffet Joule pelliculaire, mais aussi
des courants induits dans les
bobinages, le noyau et les pices mtalliques par les composantes
hautes frquences des
champs de fuite [6] ;
moteurs courant alternatif : la dformation de la forme donde de
la tension du rseau, due linteraction entre les courants
harmoniques et limpdance quivalente du rseau, influe sur le
fonctionnement des machines lectriques courant alternatif en
gnral et sur celui des moteurs
asynchrones en particulier (pertes supplmentaires dans le fer et
les enroulements et pulsation du
couple) [5] ;
condensateurs : ils sont aussi trs affects par les courants
harmoniques. Les condensateurs branchs en parallle sur les rseaux
pour la compensation de la puissance ractive (correction
du facteur de puissance) ont des impdances dautant plus faibles
que la frquence est leve.
Les courants harmoniques se superposent au courant fondamental
et causent des pertes
supplmentaires qui peuvent excder la capacit thermique des
condensateurs et rduire
considrablement leur dure de vie. De plus, des phnomnes de
rsonance peuvent subvenir et
soumettre les condensateurs des surtensions, lesquelles sont
susceptibles de les dgrader, voir
de perforer leur isolation [4] ;
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
13
quipements base dlectronique de puissance : dysfonctionnement li
la dformation de la tension qui peut crer des faux passages par zro
(perte de synchronisation) ;
ordinateurs : troubles fonctionnels lis la distorsion de la
tension du rseau ; rseaux de tlcommunication : gnration de bruits
importants lis au couplage
lectromagntique entre les lignes de puissance et les circuits de
communication. Dans des cas
particuliers, surtout lors de rsonances, une partie des rseaux
de tlcommunication peut tre
rendue inutilisable [2].
1.4 Perturbations produites par les redresseurs commutation
naturelle Avant lapparition des convertisseurs statiques de
llectronique de puissance, les courants de
magntisation des transformateurs, des machines lectriques et des
ballasts constituaient lessentiel des
charges non linaires prsentes sur le rseau lectrique. Mais
aujourdhui, avec le dveloppement de
llectronique de puissance, les convertisseurs statiques
deviennent les sources dharmoniques les plus
rpandues sur le rseau [4]. Les redresseurs non contrls diodes et
contrls thyristors, fonctionnant
en commutation naturelle, reprsentent la charge non linaire la
plus usite. Ces convertisseurs sont
prsents dans de nombreux quipements industriels et domestiques
ainsi que dans les dispositifs de
conversion de lnergie lectrique. Nous citons ci-dessous les
applications les plus courantes :
- variateurs de vitesse pour moteurs alternatifs et courant
continu ; - circuit dexcitation des alternateurs ; - chargeurs de
batterie ; - liaison courant continu (HVDC) ; - alimentation des
systmes informatiques et audio visuels ; - dispositifs dclairage de
nouvelle gnration.
Nous distinguons deux structures de redresseurs :
1. ponts de diodes : constitue ltage de conversion dnergie AC/DC
(alimentation du bus continu des onduleurs pour les variateurs de
vitesse des machines courant alternatif par exemple) ;
2. ponts de thyristors : mme rle que le pont diodes avec la
possibilit de contrler le niveau de tension continue en sortie et
lajout de la rversibilit du flux dnergie.
La figure 1.4 reprsente le montage du pont redresseur triphas
diodes. Celui du pont thyristors est
obtenu par substitution des diodes par des thyristors. Une
inductance de couplage est souvent place
lentre du redresseur pour limiter les courants de
courts-circuits entre phases pendant les commutations
des semi-conducteurs dus aux phnomnes dempitement.
Avec : ea, eb, ec : tensions du rseau, ia, ib, ic : courants
absorbs par le pont ;
vdc, Idc : tension et courant du bus continu ;
Ls, rs: inductance et rsistance de la ligne ;
C : capacit de sortie permettant de filtrer la tension continue
de sortie.
-
Chapitre 1:
14
Figure 1.4 Pont redresseur triphas diodes.
La figure 1.5.a illustre les formes dondes des courants non
sinusodaux absorbs par le pont redresseur
triphas diodes, obtenues par simulation, avec insertion dune
inductance de couplage (L=19.5 mH). La
figure 1.5.b reprsente le spectre associ o apparait la
prdominance des harmoniques de rang 5, 7, 11 et
13 et limportance de la distorsion harmonique en courant (THDi=
20.26%).
Figure 1.5 Courants absorbs par le pont redresseur diodes et
spectre associ.
Les rsultats exprimentaux sont illustrs sur les figures ci-aprs.
Les courants de la figure 1.6
correspondent au fonctionnement sans inductance de couplage. La
figure 1.7 reprsente les courants
obtenus lors de linsertion dune inductance de couplage (L=19.5
mH), ainsi que le spectre et le
diagramme vectoriel des fondamentaux des courants absorbs et des
tensions du rseau. On constate que
les courants possdent un taux de distorsion lev (THDi=18.8%) et
que leurs termes fondamentaux sont
0.46 0.465 0.47 0.475 0.48 0.485 0.49 0.495 0.5-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
ia ib ic
t[s]
(a)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
20
40
60
80
100
Harmonic order
Fundamental (50Hz) = 1.713 , THD= 20.26%
Mag
(% o
f Fun
dam
enta
l) h=1
h=5 h=7 h=11
(b)
C
Cha
rge
~~~
ia
ib
ic
Ls rs ea
eb
ec
Idc
vdc
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
15
dphass par rapport aux tensions dun angle de 23, ce qui signifie
que le pont redresseur consomme de
la puissance ractive la frquence fondamentale.
Figure 1.6 Courants absorbs par le pont redresseur diodes
connect directement au rseau.
Figure 1.7 Forme dondes des courants absorbs, spectre frquentiel
et diagramme vectoriel pour le pont redresseur
diodes avec inductance de couplage.
1.5 Normes et rglementations
Afin de limiter linfluence dune charge polluante sur les autres
charges connectes au rseau et
en mme temps viter la modification des caractristiques de ce
dernier, les distributeurs dnergie
ea
ic
ia
ib
ea
ia
ib
ic
-
Chapitre 1:
16
lectrique ont t amens mettre des recommandations. Ces
recommandations concernent les
exigences au point de raccordement de lusager sur le rseau
lectrique. Un exemple de ces
recommandations (les plus anciennes) stipule que chaque
utilisateur pris sparment, doit, son point de
raccordement, respecter les limites de perturbations en tension
suivantes [2] :
- harmoniques pairs : Vh/V1
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
17
Tableau 1.2 : Classification des normes concernant la qualit
dnergie lectrique
Thmes Normes
Classification de la qualit dnergie CEI 61000-2-5 :1995 CEI
61000-2-1 :1990 IEEE 1159 :1995
Creux /Surtension/Interruption CEI 61009-2-1 :1990 IEEE 1159
:1995
Harmoniques CEI 61000-2-1 :1990 CEI 61000-2-2 CEI 61000-3-2 CEI
61000-4-7 :1991 IEEE 519 :1992
Flicker de tension CEI 61000-4-15 :1997 Transitoires CEI
61000-2-1 :1990
CEI 816 :1984 IEEE 1159 :1995 IEEE C62.41 :1991
Le tableau 1.3, repris de la norme CEI 61000-2-2, prsente les
caractristiques et le niveau de
compatibilit pour les harmoniques au point de raccordement du
client pour un rseau satisfaisant la
norme CEI 1000-2-4 [8].
Tableau 1.3 : Niveau de compatibilit pour les tensions
harmoniques sur les rseaux basse tension
(Norme CEI 61000-2-2)
Rangs impairs non multiples de 3
Rangs impairs multiples de 3
Rangs pairs
Rang Tension harm. (%) Rang Tension harm.
(%) Rang Tension harm.
(%) 5 7
11 13 17 19 23 25
>25
6 5
3.5 3 2
1.5 1.5 1.5
0.2+1.3*25/h
3 9
15 21
>21
5 1.5 0.3 0.2 0.2
2 4 6 8
10 12
>12
2 1
0.5 0.5 0.5 0.2 0.2
1.6 Solutions possibles pour rduire les harmoniques et damliorer
la qualit de lnergie
Afin de diminuer les perturbations en tension ou en courant, il
est possible dagir deux niveaux :
1. du cot de la source en filtrant la tension du rseau ou en
amliorant le rseau de transport et celui de distribution ;
2. du cot du client en rendant le courant de ligne le plus
sinusodal possible.
-
Chapitre 1:
18
Plusieurs solutions ont t envisages pour limiter la propagation
des harmoniques et amliorer la
qualit et la gestion de lnergie lectrique. Elles peuvent tre
classes en deux catgories, traditionnelles
et modernes ( base de llectronique de puissance).
1.6.1 Solutions traditionnelles de dpollution
Les moyens de dpollution traditionnels sont nombreux et se
rsument dans points suivants :
- inductance anti-harmonique de protection des condensateurs ; -
inductance de lissage des courants ; - confinement des harmoniques
; - lutilisation de transformateurs couplage appropri permettant de
limiter la circulation des
courants harmoniques [12, 13] ;
- augmentation de lindice de modulation ; - filtres passifs
utilisant des lments ractifs en loccurrence des inductances et des
condensateurs
[14].
Vue leur importance pratique, nous nous limiterons dans ce qui
suit dtailler uniquement les filtres
passifs.
Filtrage passif Il sagit des premiers dispositifs utiliss pour
llimination dharmoniques. Ils sont composs par
des lments passifs comme des inductances, des capacits et des
rsistances. En gnral, les filtres
dharmoniques sont connects en parallle avec les charges
injectant des courants harmoniques (les
redresseurs diodes ou thyristors, fours arcs lectrique, etc.).
Lassociation dlments capacitifs et
inductifs en parallle avec la charge polluante permet dobtenir
une rsonance srie accorde sur les
rangs harmoniques liminer. Diffrents types possibles de filtres
passifs destins compenser les
courants harmoniques sont reprsents sur la figure 1.8 [9].
Figure 1.8 Diffrents types de filtres harmoniques passifs.
(a) Bandpass
or Notch
(b) Highpass
or First order
(c) C-type
(d) Pi-type
Or Bridge-type
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
19
Le filtre harmonique passe-bande illustr sur la figure 1.8 (a)
est le plus simple et est largement
appliqu. Son avantage est limpdance presque nulle la frquence
daccord, conduisant un filtre
presque parfait cette frquence. Un inconvnient est la possibilit
doccasionner une rsonance avec
limpdance du rseau pour les frquences en dessous de sa frquence
de coupure et en dautres termes
damplifier dautres composantes harmoniques [4].
La figure 1.8 (b) montre le filtre harmonique passe-haut qui
peut tre un compromis entre filtrer
une frquence bien cible et attnuer les harmoniques des frquences
suprieures. Ce filtre est
gnralement ajust aux 7me ou 11me rangs harmoniques.
Le filtre harmonique de type C, illustr sur la figure 1.8 (c), a
des caractristiques similaires au
filtre harmonique passe-haut, avec lavantage que la rsistance ne
consomme pas de puissance la
frquence fondamentale du rseau. Il est souvent employ dans les
applications de four arc o il existe
des interharmoniques [9, 10].
La figure 1.8 (d) illustre le filtre harmonique de type Pi qui
est essentiellement compos de deux
filtres passe-bande avec une rsistance connecte au point mdian.
Lintrt principal de ce filtre est sa
bonne caractristique de filtrage aux deux frquences de
rsonance.
Le choix le plus commun pour le redresseur thyristors de haute
puissance consiste utiliser une
combinaison de plusieurs filtres rgls sur une seule frquence
(sur les harmoniques 5, 7, 11 et 13) et un
filtre passe-haut du deuxime ordre rgl autour de la frquence de
lharmonique 17 comme illustr sur
la figure 1.9 [10, 15].
Figure 1.9 Combinaison de filtres passifs pour redresseur
thyristors.
La fonction de transfert de cette combinaison de filtres est
donne ci-aprs :
2
5 7 13 17 1711
2 2 2 2 2
5 5 7 7 11 11 13 13 17 17 17
1 1 1 1 11
( ) 1 1 1 1 1 1
s s s s ssL L L R LLG s
s s s s s sC L C L C L C L R C L
+= + + + +
+ + + + + +
Malgr lefficacit, le pouvoir de corriger le facteur de
puissance, la simplicit et le cot, cette
configuration de filtres passifs pose tout de mme certains
problmes :
C5
C7 C11 C13 C17
L5 L17 L7 L11 L13 R17
~ Rch Cch Rseau
Charge non linaire
is ich ifp Lch
h=5 h=7 Passe-haut h=11 h=13
-
Chapitre 1:
20
- le dimensionnement dpend du spectre harmonique de la charge et
de limpdance de la source, cette dernire est dailleurs susceptible
dengendrer des rsonances ;
- le filtre passif peut absorber les courants harmoniques
dautres charges non linaires prsentent sur le mme rseau et
entrainer dans cette hypothse une surcharge ;
- toute modification du rseau (restructurations, nouveaux
clients, ), par changement de la frquence daccord, peut rendre le
filtre passif inadapt et perturbateur (phnomne de
rsonance) ;
- les filtres passifs sont encombrants et prsentent des risques
de drive de la frquence au fur et mesure que les composants
vieillissent.
Cette solution est donc dune efficacit moyenne, elle offre trs
peu de flexibilit et quasiment
aucune volutivit [11]. Pour toutes ces limitations une attention
particulire a t porte aux solutions
bases sur llectronique de puissance.
1.6.2 Solutions modernes base dlectronique de puissance
Les progrs remarquables raliss dune part dans le domaine des
composants semi-conducteurs,
comme les IGBT, IGCT, GTO et MOSFET, ainsi que la matrise de
leur mise en uvre et dautre part
lexistence de nouvelles mthodes de traitement analogique et
numrique du signal, ont permis
lmergence de moyens modernes et efficaces pour faire face aux
diffrentes perturbations (harmoniques,
puissance ractive, fluctuations, creux de tension) affectant les
systmes lectriques [4]. Parmi ces
moyens modernes, nous pouvons citer :
les filtres actifs: parallles, sries, hybrides et combinaisons
des structures ; les alimentations sans interruption ; les
dispositifs FACTS ; les convertisseurs prlvement sinusodal.
1.6.2.1 Filtres actifs Les principes de base des filtres actifs
(compensation active) pour les harmoniques perturbateurs
ont t proposs autour de la dcennie de 1970 [16-19]. Depuis,
beaucoup de recherches ont t
dveloppes sur ces systmes et leurs applications pratiques [10],
[20], [23], [77], [143,144].
Un filtre actif de puissance se compose dun onduleur command par
modulation de largeur
dimpulsion (MLI/PWM), connect au rseau par lintermdiaire dun
filtre passif, et dun bus continu.
Ce convertisseur PWM constituant le filtre actif peut avoir deux
structures diffrentes en fonction de
llment de stockage du bus continu. Le convertisseur de type
tension (onduleur de tension) ou VSC
(Voltage Source Converter) utilise un condensateur pour stocker
lnergie au niveau du bus DC et
imposer ainsi la nature source de tension lentre de londuleur.
Le condensateur peut tre remplac par
une inductance, qui joue alors le rle dune source de courant
continu. Dans ce cas, ce type de
convertisseur prend la dnomination donduleur de courant [5],
[12], [21-22].
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
21
La structure utilisant londuleur de tension est prfre pour les
facilits quelle apporte en
termes de circuits de commande et de fiabilit. En plus, cette
structure reste relativement moins coteuse,
les pertes sont infrieures et elle peut tre utilise aisment dans
des structures multiniveaux ou
multicellulaires [23], [146-153]. Cette topologie est
assimilable une source de courant au point de
raccordement ; lorsquelle est connecte en parallle elle limine
directement les perturbations en
courants harmoniques en injectant sur le rseau des courants en
opposition de phase et de mme
amplitude par rapport aux perturbations existantes. En plus, ce
type de filtre actif est en mesure de
compenser non seulement la pollution harmonique en courant mais
aussi la puissance ractive et les
dsquilibres en tension et en courant.
Le filtre actif offre de nombreux avantages par rapport aux
filtres passifs [3, 4] :
il sadapte automatiquement lvolution des charges et du rseau ;
il peut raliser une compensation globale ou slective des
composantes harmoniques dans la
limite de sa bande passante ;
il ny a aucun risque de surcharge lorsque le niveau de pollution
harmonique compenser dpasse le dimensionnement du filtre actif. Le
filtre fonctionne au maximum de ses capacits et
tout risque de destruction est cart ;
le risque de rsonance entre filtre actif et impdance du rseau
est attnu (contrairement au filtrage passif) ;
la compensation simultane de la pollution harmonique et de la
puissance ractive ou des dsquilibres sont envisageables ;
le volume physique du filtre est plus rduit.
Pourtant, ils possdent aussi quelques inconvnients :
leur cot lev a limit leur implantation dans lindustrie ;
labsence de rglementation spcifique nincite pas leur intgration ;
les pertes sont lgrement plus leves.
En fonction de leur mode de connexion au rseau, les filtres
actifs sont dissocis en deux familles : les
filtres actifs parallle et srie.
1. Filtre actif parallle-FAP
Le filtre actif parallle, appel aussi compensateur shunt, prsent
sur la figure 1.10 permet, avec une
commande approprie, de neutraliser les courants harmoniques des
charges polluantes et de compenser
les dsquilibres et les courants ractifs.
Gnralement, une analyse pralable de la charge permet didentifier
les perturbations et de les
compenser au niveau du rseau via le filtre actif parallle. Le
courant rsultant ct rseau est de forme
sinusodale, voire en phase avec la tension au point de
raccordement dans le cas dune compensation
dharmoniques et du fondamental ractif [7], [145].
-
Chapitre 1:
22
Figure 1.10 Topologie du filtre actif parallle de puissance.
2. Filtre actif srie-FAS
Le filtre actif srie se comporte comme une source de tension qui
soppose aux tensions
perturbatrices (creux, dsquilibre, harmoniques) venant de la
source et galement celles provoques
par la circulation des courants perturbateurs travers limpdance
de rseau. Il empche les courants
harmoniques consomms par la charge non linaire de remonter vers
la source [28, 29]. Dans ce cas, il se
comporte comme une impdance leve aux frquences harmoniques et
comme une impdance nulle la
frquence fondamentale. Ainsi, la tension aux bornes de la charge
protger est purement sinusodale
[24,25]. Les perturbations de tension dans le systme sont
attnues en injectant la diffrence entre la
tension dsire et la tension relle comme le montre la figure
1.11. Llment de stockage de lnergie
dun filtre actif srie est conu pour rpondre aux exigences de
compensation les plus svres,
notamment dans le cas de creux de tension de longue dure [26,
27].
Figure 1.11 Topologie du filtre actif srie de puissance.
1.6.2.2 Filtres actifs hybrides
Les filtres actifs hybrides se scindent en deux grandes familles
qui rsultent de combinaisons soit
de filtres actifs soit dassociations de filtres actifs et
passifs. Dans le premier cas, cest lassociation des
filtres actifs types, savoir parallle et srie. Ainsi, lobjectif
vis est la non pollution dun rseau par
une charge perturbatrice et simultanment le bon fonctionnement
dune charge ou dun rseau sensible
~ Rch Cch Rseau
Charge non linaire
is Lch
Cdc
Filtre actif srie
Lf
vf
Cf
~ Rch Cch Rseau
Charge non linaire
is Lch
Cdc
Filtre actif parallle
if
Lf
0 0
0
ich
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
23
dans un environnement pollu. Le traitement seffectue donc deux
niveaux par rapport un point
considr ; dpollution par un filtre actif parallle en aval et par
un filtre actif srie en amont. La
deuxime famille combine la mise en uvre simultane de filtres
passifs accords et actifs. Les filtres
passifs liminent gnralement les harmoniques en basses frquences
et peuvent fournir aussi de
lnergie ractive, cette solution entraine une rduction du
dimensionnement du filtre actif qui nest
affect quau traitement des autres perturbations. De plus, ces
topologies amliorent lefficacit des
filtres passifs. Les combinaisons de ces structures hybrides
sont nombreuses, nous pouvons citer les
associations les plus usites :
1- mise en parallle dun filtre actif shunt et dun (de) filtre(s)
passif(s) connect(s) en drivation avec la (les) charge(s)
polluante(s) ;
2- filtre actif srie avec un (des) filtre(s) passif(s) en
parallle(s) ;
3- filtres passifs rsonnants en srie avec un filtre actif (Fig.
1.11) qui constitue les configurations les plus rcentes [35].
Pour le cas numro 1, le plus souvent le filtre passif est form
par deux filtres rgls aux frquences des
harmoniques 5 et 7 et un filtre passe-haut accord autour de la
frquence de lharmonique 11. Le filtre
actif permet dans ce cas dviter des rsonances entre les lments
passifs et le rseau [10]. Depuis 1990
[34], de nombreux travaux de recherches ont t conduits sur les
filtres actifs hybrides [36-41]. La raison
essentielle rside dans lattractivit de ces associations par la
rduction du cot du filtre actif mais aussi
par la faisabilit pour des applications de fortes puissances
[10, 20].
Figure 1.12 Topologie du filtre actif hybride.
1.6.2.3 Les alimentations sans interruption (UPS)
Les alimentations sans interruption ont t dveloppes au dbut des
annes 60 pour protger les
grands centres informatiques. Depuis, elles se sont gnralises et
sont devenues des dispositifs usage
quasi systmatiques. Une alimentation sans interruption ou de
secours est destine faire face aux
perturbations affectant la tension du rseau (creux, variations
de frquence, coupures). Son principe est
de produire un systme de tensions alternatives purement
sinusodales assurant la continuit de
lalimentation des charges critiques, dont la performance est en
outre garantie par une batterie intgre
[7].
~ Rch Cch Rseau
Charge non linaire
is
Lch
Cdc
Filtre actif
if C7
L7 Filtre passif
-
Chapitre 1:
24
Figure 1.13 Topologie dune alimentation sans interruption avec
ses trois modes dopration.
Une alimentation sans interruption est constitue principalement
par deux convertisseurs :
1. un onduleur de tension destin produire un systme de tensions
alternatives de forme sinusodale pour suppler le rseau si
ncessaire.
2. un redresseur diodes connect au rseau alternatif pour
alimenter le bus continu de londuleur et pour charger une batterie
daccumulateurs.
De nombreuses topologies et stratgies de commande ont t proposes
dans la littrature concernant les
alimentations sans interruption [37-44]. La figure 1.13
reprsente lune de ces topologies ainsi que les
diffrents modes doprations possibles. 1.6.2.4 Les FACTS
Les systmes de transmission en courant alternatif flexibles,
terme traduit de langlais "Flexible
Alternating Current Transmission Systems (FACTS)", peuvent
contribuer faire face aux problmes
rencontrs dans lexploitation des rseaux lectriques. Le concept
FACTS, introduit en 1986 par
lElectric Power Research Institute (EPRI), regroupe lensemble
des dispositifs bass sur llectronique
de puissance qui permettent damliorer lexploitation dun rseau
lectrique [45]. Son dveloppement
est troitement li aux progrs raliss dans le domaine des
composants semi-conducteurs de puissance
et plus particulirement des lments commandables tels que le
thyristor et le thyristor GTO. Des tudes
et des ralisations pratiques ont mis en vidence lnorme potentiel
des dispositifs FACTS [46-47].
Entre ac
Entre ac (Dviation)
Interrupteur manuel (maintenance)
Interrupteur statique
Redresseur/Chargeur
Batterie
Charge
Onduleur
Mode normal
Mode nergie stocke Mode by-pass
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
25
Plusieurs types de FACTS, avec des architectures et des
technologies diffrentes, ont t dvelopps.
Parmi eux, les plus connus sont le SVC (Static Var Compensator),
le STATCOM (Static Synchronous
Compensator), le TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) et
lUPFC (Unified Power Flow
Controller). Les figures 1.14 et 1.15 dcrivent les schmas de
principe de ces structures. Chacune delle
possde ses propres caractristiques et peut tre utilise pour
rpondre des besoins bien prcis.
Dans un rseau lectrique, les FACTS permettent de remplir des
fonctions tant en rgimes
stationnaires quen rgimes transitoires. Ils agissent gnralement
en absorbant ou en fournissant de la
puissance ractive, en contrlant limpdance des lignes ou en
modifiant les angles des tensions [48]. Les
dispositifs FACTS sont utiliss principalement dans les contextes
suivants:
limitation des variations de la tension une valeur assigne en un
point du rseau et ce quelles que soient les variations de la charge
;
augmentation de la rserve de stabilit transitoire ; attnuation
des oscillations de puissance ; contrle des transits de puissance
sur les lignes et liaisons afin de rduire les surcharges.
Le mode de connexion au rseau est une caractristique essentielle
qui dtermine en grande partie le
mode daction dun dispositif FACTS. On distingue ainsi les
classes suivantes [49] :
1. les dispositifs FACTS shunt (parallle) ; 2. les dispositifs
FACTS srie ; 3. les dispositifs FACTS combins srie-parallle.
Figure 1.14 Structure de dispositifs FACTS shunt : (a) SVC, (b)
STATCOM.
C
i v
Filtre TCR TSC
i
v
(b) (a)
-
Chapitre 1:
26
Figure 1.15 Structure de dispositifs FACTS srie et combin : (a)
UPFC, (b) TCSC.
1.6.2.5 Prlvement sinusodal
Laccroissement des quipements lectriques utilisant des
convertisseurs statiques de type
redresseur a connu un essor important aussi bien sur le plan
industriel que domestique. Cest ainsi que le
rseau de distribution BT est le sige de perturbations
importantes que le distributeur a du mal enrayer.
Sans prcautions particulires ces convertisseurs sont polluants
et absorbent des courants harmoniques
qui ne sont pas sans effets sur londe de tension dlivre. Devant
ce constat, il apparat important de
dvelopper sur le plan industriel des dispositifs de filtrage
actif au niveau curatif et une dmarche
prventive afin de concevoir des alimentations non polluantes,
cest--dire dotes dune structure et dun
dispositif de commande rendant le courant prlev le plus
sinusodal possible [50].
Le prlvement dun courant sinusodal engendre une nouvelle
structure de conversion AC/DC,
diffrente de la version classique, o le courant peut tre contrl.
Dans ce contexte, trois structures ont
t dveloppes et prsentes dans la littrature, dont deux structures
incluent une inductance pour
pouvoir contrler le courant absorb :
la premire utilise un hacheur lvateur de type BOOST en cascade
avec un redresseur monophas diodes, reconnue par lacronyme PFC
(Power Factor Correction) ;
la deuxime structure fait appel un onduleur MLI fonctionnant en
redresseur, dsign sous le nom redresseur modulation de largeur
dimpulsion (MLI) ;
la troisime structure est base sur linjection de courant dans le
rseau. Elle est constitue dun redresseur triphas diodes et de deux
circuits auxiliaires, de modulation et de distribution.
1.6.2.5.1 Correction du facteur de puissance (PFC) La structure
de base du convertisseur AC/DC avec correction du facteur de
puissance ainsi que
son principe de commande sont illustrs sur la figure 1.16. Il
sagit dun redresseur en pont diodes
Convertisseur srie Convertisseur shunt
iTCSC(c)
(d)
-
La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques :
Causes et Remdes
27
connect au rseau et dot dun tage de correction plac entre la
sortie du pont et la charge. Cet tage de
correction du facteur de puissance bas sur une structure
dhacheur lvateur comprend une inductance,
un interrupteur de puissance double commande (TB, IGBT, MOSFET)
et une diode de puissance. Cet
ensemble est mis en parallle avec le condensateur du bus
continu. Le convertisseur AC/DC ainsi obtenu
constitue une structure lvatrice et non rversible, mettant en
jeu un seul interrupteur commandable.
Figure 1.16 Structure et principe de commande dun convertisseur
AC/DC avec PFC.
Diverses stratgies de commande ayant toutes un objectif commun :
la mise en forme des
courants prlevs sur le rseau, ont t proposes pour cette
structure [51-58]. Le principe de
prlvement sinusodal consiste forcer le courant circulant dans
linductance suivre une rfrence
sinusodale redresse, en contrlant la fermeture et louverture de
linterrupteur command de puissance.
Lamplitude de cette rfrence est fournie par la boucle
dasservissement de la tension du bus continu,
tandis que la forme sinusodale est obtenue par lintermdiaire
dune PLL synchronise avec le rseau
dalimentation. Cette solution garantit lobtention dun facteur de
puissance unitaire pour le terme
fondamental au niveau du rseau.
Il convient aussi de noter que cette structure est ralise partir
dun pont redresseur monophas.
Dans le cas dun rseau triphas, un seul interrupteur doit
contrler les trois courants absorbs. Ceci rend
la commande trs complexe et beaucoup moins performante. Pour
cette configuration, on privilgie
plutt lutilisation du redresseur injection de courant ou
redresseur MLI.
1.6.2.5.2 Redresseurs injection de courant
Les redresseurs triphass injection de courant sont apparus au
dbut des annes 1990, suite
des tentatives damliorer les performances des convertisseurs
AC/DC dj prsents. Le schma
synoptique de cette structure est reprsent sur la figure 1.17.
Un circuit de modulation cre, par le
procd de mise en forme des courants la sortie du pont diodes, un
courant qui est inject au rseau
~ Rseau
Redresseur
Rch C
D L
vdc
Rgulateur
Contrleur de courant/PWM
gnrateur PLL
vdc*
vdc
+ +
-
-
iL
Bloc de commande
-
Chapitre 1:
28
dalimentation laide dun circuit de distribution. Linjection dun
tel courant permet de compenser les
paliers zro des courants de ligne, inhrents au fonctionnement
normal du pont diodes. Plusieurs
variantes de ce type de convertisseur existent actuellement ;
elles ce distinguent par la nature des circuits
de modulation et de distribution qui peuvent tre soit passifs,
soit actifs [59-65].
Figure 1.17 Schma synoptique dun redresseur triphas injection de
courant.
1.6.2.5.3 Redresseurs MLI
Les redresseurs MLI sont des onduleurs exploitant leurs
rversibilits en courant dans le
deuxime mode de fonctionnement. Grce la commande MLI, ces
convertisseurs peuvent prlever des
courants sinusodaux sur le rseau alternatif et assurer aussi un
facteur de puissance unitaire. Selon le
type donduleur utilis, nous distinguons deux structures de
redresseurs MLI :
redresseur MLI de courant ; redresseur MLI de tension.
1. Redresseur MLI de courant
La topologie du redresseur MLI de c