Contribution à l'étude des convertisseurs multi-niveaux moyenne tension PDF Download
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Author: Hamza El Jihad
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Book Description
Cette thèse traite des convertisseurs de puissance multi-niveaux destinés aux applications d'entraînements électriques, utilisés notamment dans le domaine de l'Oil & Gas et de la propulsion marine, ou bien aux applications réseaux comme la compensation de l'énergie réactive. L'objectif est l'optimisation des commandes de ces convertisseurs de façon à réduire le contenu harmonique de la tension de sortie et donc du courant, paramètre très important pour le dimensionnement à la fois des filtres de sortie et des machines électriques qui y sont connectées. Dans la première partie de ce mémoire, les différentes topologies multi-niveaux sont analysées et trois topologies cinq niveaux retenues sont comparées en termes de nombre de composants semi-conducteurs, des pertes, du contenu harmonique et de l'énergie stockée dans les éléments passifs. Selon le type de l'application, l'une d'entre elles est préférée aux autres. En deuxième partie, nous avons proposé une méthode de réduction d'harmoniques basse fréquence qui consiste à maîtriser la phase des porteuses MLI pour des ratios entiers des fréquences de découpage et du fondamentale de la tension de référence. La minimisation des harmoniques basse fréquence de la tension de sortie du convertisseur par l'optimisation de la phase des porteuses est validée d'abord par des simulations numériques puis implémentée pratiquement et validée à l'aide d'un simulateur temps réel RT-Lab. Pour pallier aux problèmes de non-linéarités introduites par les méthodes classiques de ”clamping” des tensions de références des convertisseurs multi-niveaux, limitant l'amplitude de la tension de sortie maximale atteignable, nous proposons une nouvelle méthode de linéarisation en dernière partie de ce mémoire. Il s'agit d'ajouter une composante homopolaire optimisée aux tensions de références des convertisseurs multi-niveaux pour linéariser le fondamental de leurs tensions de sortie, ce qui permet d'accroître le maximum de leur amplitude. Cette méthode est testée par simulation numérique dans la commande d'un système d'entraînement électrique complet lui permettant de fonctionner sur toute la plage de vitesse, sans affecter l'équilibrage des tensions des capacités du bus continu principal.
Author: Hamza El Jihad
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Cette thèse traite des convertisseurs de puissance multi-niveaux destinés aux applications d'entraînements électriques, utilisés notamment dans le domaine de l'Oil & Gas et de la propulsion marine, ou bien aux applications réseaux comme la compensation de l'énergie réactive. L'objectif est l'optimisation des commandes de ces convertisseurs de façon à réduire le contenu harmonique de la tension de sortie et donc du courant, paramètre très important pour le dimensionnement à la fois des filtres de sortie et des machines électriques qui y sont connectées. Dans la première partie de ce mémoire, les différentes topologies multi-niveaux sont analysées et trois topologies cinq niveaux retenues sont comparées en termes de nombre de composants semi-conducteurs, des pertes, du contenu harmonique et de l'énergie stockée dans les éléments passifs. Selon le type de l'application, l'une d'entre elles est préférée aux autres. En deuxième partie, nous avons proposé une méthode de réduction d'harmoniques basse fréquence qui consiste à maîtriser la phase des porteuses MLI pour des ratios entiers des fréquences de découpage et du fondamentale de la tension de référence. La minimisation des harmoniques basse fréquence de la tension de sortie du convertisseur par l'optimisation de la phase des porteuses est validée d'abord par des simulations numériques puis implémentée pratiquement et validée à l'aide d'un simulateur temps réel RT-Lab. Pour pallier aux problèmes de non-linéarités introduites par les méthodes classiques de ”clamping” des tensions de références des convertisseurs multi-niveaux, limitant l'amplitude de la tension de sortie maximale atteignable, nous proposons une nouvelle méthode de linéarisation en dernière partie de ce mémoire. Il s'agit d'ajouter une composante homopolaire optimisée aux tensions de références des convertisseurs multi-niveaux pour linéariser le fondamental de leurs tensions de sortie, ce qui permet d'accroître le maximum de leur amplitude. Cette méthode est testée par simulation numérique dans la commande d'un système d'entraînement électrique complet lui permettant de fonctionner sur toute la plage de vitesse, sans affecter l'équilibrage des tensions des capacités du bus continu principal.
Author: Sajjad Ahmadi
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La sûreté de fonctionnement de la conversion d'énergie est indispensable pour un grand nombre d'applications, en particulier lors de la mise en œuvre de convertisseurs multiniveaux. Par conséquent, il est important d'assurer la continuité de service de ces convertisseurs, lors de la défaillance d'un des semi-conducteurs. Dans cet objectif, ce mémoire propose un onduleur monophasé multiniveaux à tolérance de pannes, de structure Neutral Point Clamped (NPC) en pont en H, à cinq niveaux. L'algorithme de diagnostic de défaut est basé sur une étude préliminaire des modes de défaillance et repose donc sur analyse des conséquences d'un défaut, basée sur de la logique. Il ne nécessite ni modélisation des composants de l'onduleur, ni calculs complexes. Bien que moins sujettes à défaillance que les interrupteurs actifs, les diodes de clamp peuvent également être en défaut. Dans ce mémoire, l'identification d'une diode de clamp défaillante est également étudiée. De plus, un quantificateur de tension est mis en œuvre lors du diagnostic, afin d'éviter toute fausse détection en raison des erreurs de mesure et des chutes de tension dans le circuit. Suite au diagnostic d'un défaut, des mesures correctives sont appliquées afin de pouvoir assurer la tension et le courant de sortie à leurs valeurs nominales, lors de la défaillance en circuit ouvert d'un interrupteur actif, d'une diode de clamp ou d'une diode de roue libre. Le contenu harmonique des grandeurs électriques de sortie de l'onduleur n'est donc pas affecté par le défaut. La structure proposée pour l'onduleur à tolérance de pannes ne comporte ni contacteur, ni interrupteurs bidirectionnels ; les mesures correctives peuvent donc être appliquées très rapidement. Une sélection de résultats de simulation et de résultats expérimentaux illustre et démontre l'efficacité et la validité de l'approche proposée. Un défaut est détecté en 20 μs et localisé entre 20 et 60 μs après son apparition, selon le semi-conducteur défaillant (interrupteur actif ou diode de clamp).
Author: Philippe Le Moigne (professeur de génie électrique).)
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Pages : 240
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Author: Mathieu Morati
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Cette thèse est dédiée aux convertisseurs multiniveaux et aborde les problématiques liées à la compensation des perturbations générées sur un réseau électrique, telles que celles produites par les fours à arc. Elle est composée de quatre chapitres couvrant les thématiques de la modélisation des réseaux électriques, des convertisseurs de tension, du contrôle commande et des stratégies de compensation, accompagnés de simulations et de résultats expérimentaux obtenus sur des équipements industriels de forte puissance. Les applications réseaux étant diverses et variées, les convertisseurs multiniveaux sont ici étudiés dans le but d'être raccordés directement sur des réseaux de distribution. Pour cela, un état de l'art des différentes topologies de convertisseurs de tension (classiques et multiniveaux) est présenté et les topologies dites modulaires, sont retenues pour une étude plus poussée. Ces convertisseurs utilisent des modules de puissance à base de ponts en H, de 1⁄2 ponts en H ou de ponts en H 3-niveaux connectés en cascade. Ils permettent ainsi de créer différents types de configurations ou couplages appelés dans ce mémoire : étoile, triangle et étoiles symétriques. Les différents modules et les stratégies pour les commander sont étudiés autour d'un composant de puissance (de type IGBT 2.5kV/1.5kA). A travers les domaines électrique et thermique, une méthode est proposée afin d'estimer les pertes, les températures de jonction et déterminer ainsi les limites d'utilisation d'un tel composant de puissance. Le dimensionnement et la fiabilité de ces convertisseurs est également abordé pour chacune des configurations envisagées, afin de dégager les avantages et inconvénients pour une application réseau. D'une façon générale, la stratégie de contrôle des convertisseurs multiniveaux est ardue, principalement lié au fait que de multiples sources de tensions continues doivent être contrôlées. Dans cette optique, des stratégies de contrôle sont proposées et validées en simulation selon les types de modules et de configurations utilisés pour la compensation des perturbations d'un four à arc. Enfin, la dernière partie de ces travaux est consacrée aux résultats expérimentaux sur la base d'un compensateur industriel dénommé DSVC (Dynamic Static Var Compensator), pour la compensation des fours à arc. Les différents résultats obtenus sur plusieurs sites industriels ont ainsi permis la validation des travaux exposés dans ce mémoire.
Author: Patrick Bartholomeus
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Languages : fr
Pages : 322
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L'objet de ce mémoire est de montrer l'intérêt des convertisseurs multiniveaux dans la gamme des moyennes puissances ; une application industrielle (chargeur de batteries pour véhicules électriques) illustre ces résultats. Nous consacrons le premier chapitre au choix de la structure du chargeur de batteries. La structure retenue est une association de 2 convertisseurs dont l'un est base sur l'emploi d'un redresseur multiniveaux non réversible et l'autre, un convertisseur à résonance série. Au deuxième chapitre nous proposons une méthode simple pour l'étude harmonique des tension et courant générés par les structures multiniveaux dans le but de montrer l'intérêt de ce type de convertisseur du point de vue de la qualité de forme d'onde. Le troisième chapitre est consacré à l'étude topologique des convertisseurs multiniveaux à association de sources de tension en série. Il montre les simplifications qui apparaissent dans le cas d'applications redresseurs non réversibles en puissance. Nous aboutissons à différentes structures totalement nouvelles. La commande de ces structures est ensuite abordée au quatrième chapitre à l'aide d'un exemple monophasé. A partir d'un formalisme développe au l2ep pour la commande des convertisseurs, nous aboutissons à une modélisation très simple, ce qui permet de définir un type de commande qui est ensuite testé expérimentalement. Enfin nous passons au cinquième et dernier chapitre à l'application au chargeur de batteries où nous étudions plus en détail le second convertisseur constituant le chargeur. Nous obtenons un modèle moyenne très simple du dispositif nous permettant d'évaluer précisément les contraintes imposées aux divers éléments de puissance. Nous terminons par la réalisation et les tests d'un prototype du chargeur
Author: Virginie Guennegues
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Cette thèse traite des convertisseurs multiniveaux destinés aux applications moteurs rapides, utilisés notamment dans le domaine de l'Oil \& Gas. L'objectif est l'étude d'une structure qui permette de réduire les pertes par commutation, en comparaison avec la topologie conventionnelle NPC (Neutral Point Clamped) 3 niveaux, actuellement utilisée. De plus, la structure de convertisseur doit permettre de fournir des grandeurs d'entrée au moteur ayant un faible taux de distorsion harmonique, de manière à ne pas créer des échauffements supplémentaires dans le moteur.Après avoir effectué une étude des différentes structures existantes, la structure NPP (Neutral Point Piloted) 3 niveaux est finalement retenue au vu de ses différentes qualités. En effet, grâce à la mise en série de composants semi-conducteurs, les pertes par commutation de ces derniers sont divisées par deux par rapport aux composants homologues de la topologie NPC. Après avoir comparé les topologies NPC et NPP en termes de forme d'onde et de répartition des pertes dans les composants, l'auteur s'intéresse à la validation expérimentale de cette structure. Les performances atteintes par le convertisseur NPP sont intéressantes puisqu'elles permettent de commuter à des fréquences deux fois plus élevées que la topologie NPC pour un courant donné ou de commuter un courant plus important pour une fréquence de commutation donnée.Les schémas de commutation des différents composants du bras NPP sont étudiés afin de comprendre le gain non négligeable obtenu sur cette structure.Malgré le fait que la structure NPP permette de commuter à des fréquences deux fois plus élevées que la structure NPC, on ne peut pas s'affranchir du filtre sinus en sortie de l'onduleur de manière à respecter les contraintes harmoniques au niveau du moteur. Ainsi, une topologie de filtre sinus à inductances couplées a été introduite.
Author: François Costa
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L' @évolution de la technologie et des structures des convertisseurs statiques a permis d'augmenter les fréquences de commutation ainsi que les performances électriques. Cependant, leurs niveaux de perturbations tant rayonnées que conduites se sont fortement accrus, posant des problèmes technico-économiques d'insertion dans un environnement électrique. Cette étude évalue les perturbations conduites dans trois structures de convertisseur mono interrupteurs non isoles, haute fréquence (100khz-1kw). Ils mettent en ouvre les trois principaux modes de commutation: commutation forcée assistée, a zéro de tension et a zéro de courant. L'évaluation permet de déterminer l'évolution des courants parasites en fonction des paramètres électriques et de commande de chaque structure, afin d'en déduire les modes de pollution caractéristiques pour chaque mode de commutation. L'étude a mis en évidence l'importance des composants parasites associes aux composants du convertisseur, ils ont fait l'objet d'une étude détaillée. Les mécanismes d'apparition et de couplage des parasites sont abordes au travers d'une étude analytique, corroborée par simulation numérique. Cette démarche a permis la constitution de modèles électriques a constantes localisées. Ils fournissent un outil pour aborder l'étude de structures plus complexes. Enfin, une partie du travail est consacrée aux moyens de réduire les niveaux de perturbations: réduction des couplages et compensation des parasites
Author: Arnaldo Perin
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Pages : 172
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Conception et réalisation d'un nouveau type de convertisseur direct de fréquence, alimenté directement par un alternateur à vitesse variable, assimilé à une source de courant. Le convertisseur doit fournir, après filtrage, une tension d'amplitude et de fréquence fixes. La modulation utilisée est le résultat d'une optimisation des largeurs d'impulsions permettant de régler l'amplitude et la fréquence du courant de sortie du convertisseur, tout en minimisant les harmoniques de rang bas qui sont difficiles à filtrer. Dans la maquette une commande numérique impose un motif de commutation préalablement optimisé. Problèmes concernant la commutation des interrupteurs bidirectionnels nécessaires à ce type de convertisseur
Author: Maurice Briot
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Pages : 134
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Author: ANANI SYLVAIN.. D'ALMEIDA
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LA TENDANCE DE CES DERNIERES ANNEES A ETE D'AUGMENTER DE MANIERE DRASTIQUE LA FREQUENCE DE DECOUPAGE DANS LES ALIMENTATIONS CONTINU-CONTINU, AFIN D'AUGMENTER LA PUISSANCE VOLUMIQUE ET LA FIABILITE. POUR CELA, IL A FALLU TROUVER DES TECHNIQUES QUI PERMETTENT DE MAITRISER LES PERTES A LA COMMUTATION DANS LES SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE. LA RESONANCE EST MAINTENANT UNE SOLUTION QUI PERMET D'ATTEINDRE CE BUT TOUT EN REDUISANT LES PERBATIONS ELECTROMAGNETIQUES DES CONVERTISSEURS STATIQUES. L'OBJECTIF DE CE DOCUMENT EST DE COMPARER QUELQUES MODES DE RESONANCE (QUASI-RESONANCE EN COURANT OU EN TENSION ET MULTI-RESONANCE EN TENSION) EN MONTRANT LEURS AVANTAGES, LEURS INCONVENIENTS ET LEURS LIMITES. NOUS PRESENTERONS ENSUITE LES RESULTATS THEORIQUES ET EXPERIMENTAUX SUR UN CONVERTISSEUR MULTI-RESONANT EN TENSION D'UNE CENTAINE DE WATTS DEVELOPPE POUR FRANCE-TELECOM
