Étude des stratégies de modulation pour onduleur triphasé dédiées à la réduction des perturbations du bus continu en environnement embarqué

par The Dung Nguyen

Thèse de doctorat en Technologies de l'information et des systèmes

Sous la direction de Guy Friedrich et de Nicolas Patin.

Soutenue en 2011

à Compiègne .

mots clés

• Modulation de largeur d'impulsions
• Mli
• Perturbations conduites
• Bus continu
• Condensateurs de découplage
• Systèmes électriques embarqués
• Modulation d'impulsions en durée
• Onduleurs (électricité)
• Barres omnibus
• Commutation (électricité)
• Inductance
• Condensateurs électriques
• Microélectronique
• Fiabilité

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire consiste à proposer des nouvelles stratégies de pilotage de l’onduleur triphasé à deux niveaux en environnement embarqué afin de réduire les perturbations conduites générées sur le bus continu et de réduire les pertes par commutation dans les interrupteurs. En effet, avec les contraintes d’encombrement et de poids, les inductances de lissage ne sont pas autorisées sur les systèmes électriques embarqués. Les seuls degrés de liberté pour réduire les perturbations conduites sur le bus continu sont les condensateurs de découplage et la commande de l’onduleur. Or, les condensateurs de découplage sont une source de défaillance récurrente : leur durée de vie dépend de la valeur efficace du courant absorbé. Par conséquent, de nouvelles stratégies MLI sont proposées afin de réduire le courant efficace dans les condensateurs de découplage et de réduire les pertes par commutation. La réduction du courant efficace dans les condensateurs de découplage induit par ailleurs une réduction de l’ondulation de la tension du bus continu. Pour cela, les techniques MLI (Modulation de Largeur d’Impulsions) appliquées sont basées sur l’utilisation de deux vecteurs actifs non adjacents (le cas des faibles amplitudes des tensions de consigne) ou trois vecteurs actifs consécutifs (le cas des fortes amplitudes des tensions de consigne) pendant chaque période de découpage. Les résultats analytiques ont montré que les nouvelles stratégies proposées permettent une réduction jusqu’à 40 % de la valeur efficace du courant dans les condensateurs de découplage, ainsi qu’une réduction jusqu’à 50 % des pertes par commutation. Les résultats sur banc d’essai ont confirmé ces résultats théoriques. En outre, les expérimentations ont démontré l’implantabilité de ces nouvelles stratégies sur DSP pour les applications en temps réel.

Titre traduit

Study on embedded three phase inverter PWM strategies for the reduction of DC link conduction perturbations

Résumé

This thesis presents new PWM strategies for embedded two-level voltage source inverter in order to reduce the conduction perturbations on DC link and switching losses. Indeed, passive filters are not allowed on embedded electric system due to their size and weight. In order to absorb conduction perturbations on DC link, two degrees of freedom are : DC link capacitors and the inverter’s controlling strategies. However, DC link capacitors are a recurrent fault source: their life span depends on the RMS value of the absorbed current. Hence, in this thesis, we are proposing two new PWM strategies to reduce the RMS value of DC link capacitors’ absorbed current and to reduce the switching losses. A reduction in DC link capacitors’ RMS current value also lead to a reduction of DC link voltage ripple. In order to do that, the proposed PWM (Pulse Width Modulation) techniques base on utilizing 2 non adjacent active vectors (for low reference voltage’s amplitude) or by utilizing 3 consecutive active vectors (for high reference voltage’s amplitude) at each switching period. Analytical results show the effectiveness of these strategies compared to that of Space Vector PWM Strategy SVPWM in terms of RMS value for DC link capacitor current and in terms of switching losses. Experimental results confirm their effectiveness. Moreover, it is shown that these new strategies can be implemented on DSP for real time applications.