CH12 : Les onduleurs autonomes

1 BTS lectrotechnique 2 me ann e - Sciences physiques appliqu es CH12 : Les onduleurs autonomes Enjeu : motorisation des syst mes Probl matique : Quelle strat gie adopter pour faire varier la vitesse des moteurs asynchrone ? Objectifs : A l issue de la le on, l tudiant doit : Conna tre la fonction d un onduleur Conna tre la diff rence entre un onduleur assist et un onduleur autonome Conna tre les diff rentes commandes d un onduleur et le principe de la charge r sonante Savoir tracer la forme d onde de la tension, les intervalles de conduction des interrupteurs tant donn s.

2 Savoir calculer la puissance l entr e et la sortie d un onduleur Conna tre les applications de l onduleur 1. Qu est-ce qu un onduleur autonome ? Un onduleur est un convertisseur statique qui permet de r gler le transfert d nergie entre une source lectrique continue et une charge lectrique alternative. Son symbole normalis est : SourceCharge Lors de l tude du redressement en 1 re ann e, on a vu que le pont tout thyristor tait r versible : il peut fonctionner en redresseur et onduleur.

3 Dans ce 2 me cas, l onduleur est qualifi d onduleur assist car la charge (le r seau) lui impose la fr quence. A contrario, les onduleurs autonomes permettent le r glage de la fr quence de la tension de sortie. 2. Quelle est la structure d un onduleur autonome monophas ? La structure la plus r pandue est la structure en pont complet. Commande des interrupteurs : K1 et K3 ne peuvent pas tre ferm s en m me temps car V serait court-circuit e. Il en est de m me pour K2 et K4. Si la charge est inductive (source de courant) K1 et K3 ne peuvent pas tre ouverts en m me temps car la charge serait en circuit ouvert.

4 Il en est de m me pour K2 et K4. K1 et K3 sont donc compl mentaires et il en est de m me pour K2 et K4. Choix des interrupteurs : La source tant continue, il faut des interrupteurs commandables l ouverture et la fermeture pour g rer le transfert de puissance. On utilise pour cela un transistor. Si la charge est inductive (ce qui est le cas g n ral), il faut permettre au courant de circuler dans les 2 sens dans les interrupteurs afin que la bobine puisse se d magn tiser. On place pour cela une diode en parall le inverse.

5 3. Quelle est la commande de base de l onduleur ? La commande la plus simple est la commande sym trique : De 0 T/2 : K1 et K4 sont ferm s LRuciVK1K2K3K4 Loi des mailles : uc-V=0 On a donc uc=V De T/2 T : K2 et K3 sont ferm s K1K2K3K4 LRuciV Loi des mailles : uc+V=0 On a donc uc=-V D o la forme d onde suivante : V-VuCtT/2T2T 4. Quelle est la qualit du courant obtenu en sortie de l onduleur ? Si la charge est r sistive, le courant la m me allure que la tension : Dans ce cas, le spectre est analogue celui de la tension : fortement pollu.

6 Cela ne convient que pour des charges peu exigeantes vis vis de la qualit du courant. Si la charge est inductive, on observe des charges et des d charges de la bobine (comme pour le hacheur) : L allure de i se rapproche plus d'une sinuso de qu'avec la charge r sistive. La charge RL filtre les harmoniques de hautes fr quences, elle am liore naturellement la qualit du courant. 5. Comment am liorer la qualit du courant en jouant sur la commande ? On peut utiliser une commande d cal e : on ajoute un intervalle de temps pour lequel la tension de sortie sera nulle.

7 La tension de sortie sera toujours en cr neaux, mais son allure se rapprochera un peu plus d'une sinuso de. Il en sera donc de m me pour le courant. Exemple sur charge R,L : De 0 T/3 K1 et K4 sont ferm s : Loi des mailles : uc-V=0 uc=V De T/3 T/2 K1 et K2 sont ferm s : Loi des mailles : uc=0 De T/2 5T/6 K2 et K3 sont ferm s : Loi des mailles : uc+V=0 uc=-V De T/3 T/2 K1 et K2 sont ferm s : Loi des mailles : uc=0 D o les formes d onde suivantes : V-VuCtT/2T 6. Comment am liorer la qualit du courant en jouant sur la charge ?

8 On ajoute un condensateur en s rie la charge pour obtenir une charge r sonnante. Il faut alors choisir C de mani re ce que la fr quence de r sonance f0 du circuit RLC ainsi form soit gale la fr quence de l onduleur : On veut f0=f (avec f fr quence de l onduleur) Soit : 0= Or : 02=1 Il faut donc choisir C tel que : = La charge joue alors le r le de filtre passe-bande laissant passer le fondamental et att nuant les harmoniques. 7. Pourquoi utiliser un onduleur pour faire varier la vitesse d un moteur asynchrone ?

9 La vitesse de synchronisme et donc la vitesse de rotation d pendent de la fr quence. En effet, on a : = =( ) Pour faire varier la vitesse d un MAS, il faut donc un convertisseur statique pouvant tre connect sur une charge alternative et dont la fr quence est r glable : l onduleur autonome. 8. La commande d cal e ou la r sonance de la charge suffisent-elles pour un moteur asynchrone ? Le stator d'une machine alternative (synchrone ou asynchrone) n cessite des courants les plus sinuso daux possibles : le champ tournant cr doit tre sans -coup, pour viter les -coups de couple et donc les vibrations pour le moteur.

10 Ces vibrations, en plus d' tre g nantes dans l'utilisation du moteur, entra nent une diminution de son esp rance de vie. La commande d cal e n'est pas assez satisfaisante pour ces moteurs, et la charge r sonnante est difficile mettre en uvre, car la capacit du condensateur d pend de la fr quence de l'onduleur, et celle-ci change lors de la commande de vitesse du moteur. 9. Qu est-ce que la commande MLI ? La MLI (Modulation de Largeur d Impulsion) a t d velopp e sp cialement pour la commande des moteurs alternatifs.