P. LAUTIER, "Modélisation des convertisseurs à découpage pour la conception et la commande - Application à l'onduleur", le 9 Janvier 1998.
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Fiche : [THESE108]

Titre : P. LAUTIER, Modélisation des convertisseurs à découpage pour la conception et la commande - Application à l'onduleur, le 9 Janvier 1998.

Cité dans : [DIV346]  Informations diverses sur la Modélisation des convertisseurs, septembre 2016.
Auteur : Philippe LAUTIER - Ingénieur de l'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

Info : N° D'ordre: 98 ISAL 0001 Année 1998
Lieu : L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
Info : FORMATION DOCTORALE: Dispositifs de l'Electronique Intégrée
Info : ECOLE DOCTORALE: Electronique, Electrotechnique, Automatique
Date : 9 Janvier 1998
Info : Cette thèse à été préparée au laboratoire CEGELY de l'INSA de LYON
Lien : private/LAUTIER.pdf - 1895 Ko, 177 pages, le 19 octobre 2001.

Jury :
Joseph BERETTA Industriel Examinateur
Jean-Pierre CHANTE Professeur Examinateur
Bernard De FORNEL Professeur Rapporteur
François FOREST Professeur Examinateur
Daniel MEDAULE Industriel Examinateur
Hervé MOREL Chargé de recherches Examinateur
Robert PERET Professeur Rapporteur
Jean-Marie RETIF Maître de Conférences Directeur

SOMMAIRE :
CHAPITRE PREMIER
LA SIMULATION EN GENIE ELECTRIQUE................................................................................. 15
1.1. Les formalismes de modélisation utilisés en Génie Electrique ......................................... 17
1.1.1. Généralités sur la modélisation des systèmes............................................................ 17
1.1.2. Les Méthodes classiques d’assemblage.................................................................... 20
1.2. Les Graphes de Liens et l’Analyse de Causalité .............................................................. 27
1.2.1. Les composants élémentaires................................................................................... 28
1.2.2. La causalité............................................................................................................. 31
1.2.3. Analyse de la causalité............................................................................................. 36
1.2.4. Exemples d'application ............................................................................................ 43
1.3. PACTE.......................................................................................................................... 46
1.4. Conclusion..................................................................................................................... 46
CHAPITRE SECOND
NIVEAUX DE REPRESENTATION ET OBJECTIFS DE SIMULATION................................................ 49
2.1. Les modèles de commutation ......................................................................................... 51
2.1.1. Les modèles de comportement ................................................................................ 51
2.1.2. Les modèles simplifiés............................................................................................. 52
2.1.3. Conclusion.............................................................................................................. 55
2.2. Les modèles moyens ...................................................................................................... 56
2.2.1. Les différentes approches ........................................................................................ 56
2.2.2. Un algorithme de construction de modèle moyen..................................................... 59
2.2.3. Application au hacheur abaisseur de tension non-idéal ............................................. 65
2.3. Conclusion..................................................................................................................... 73
CHAPITRE TROISIEME
UN BANC DE TEST DE PUISSANCE .......................................................................................... 75
3.1. Cahier des charges ......................................................................................................... 76
3.2. La source de tension ...................................................................................................... 76
3.3. La charge....................................................................................................................... 77
3.4. L'onduleur ..................................................................................................................... 78
3.5. L'unité de commande ..................................................................................................... 82
3.5.1. Un circuit de génération d'impulsions ...................................................................... 82
3.5.2. Le contexte de la commande des machines électriques............................................. 84
3.5.3. L'unité de commande algorithmique ........................................................................ 90
3.6. Conclusion..................................................................................................................... 93
CHAPITRE QUATRIEME
MODELISATION, MESURES ET IDENTIFICATION DES ELEMENTS DU BANC D'ESSAIS .................. 95
4.1. Les Méthodes d'Optimisation ......................................................................................... 96
4.1.1. Généralités.............................................................................................................. 96
4.1.2. Expression pratique de la fonction coût ................................................................... 97
4.1.3. Expression des contraintes ...................................................................................... 97
4.1.4. Classification des méthodes d'optimisation............................................................... 98.SOMMAIRE
4.1.5. Les méthodes de descente.......................................................................................98
4.1.6. Programmation linéaire, la méthode du symplexe...................................................102
4.1.7. Les méthodes stochastiques...................................................................................102
4.2. Le Condensateur..........................................................................................................104
4.2.1. Méthodologie........................................................................................................104
4.2.2. Application à l'onduleur.........................................................................................108
4.3. La charge.....................................................................................................................111
4.4. L'IGBT........................................................................................................................115
4.4.1. Caractéristiques statiques......................................................................................117
4.4.2. Problématique de l'obtention des caractéristiques dynamiques................................118
4.4.3. Identification.........................................................................................................120
4.5. La Diode.....................................................................................................................121
4.5.1. Caractéristique statique.........................................................................................121
4.5.2. Caractéristiques dynamiques.................................................................................122
4.5.3. Identification.........................................................................................................124
4.6. Identification des paramètres des modèles moyens.......................................................125
4.6.1. Considérations sur les retards virtuels....................................................................126
4.6.2. Mesure des retards virtuels....................................................................................130
4.7. Conclusion...................................................................................................................133
CHAPITRE CINQUIEME
UN MODELE MOYEN D'ONDULEUR......................................................................................135
5.1. Etablissement du modèle de l'onduleur.........................................................................136
5.1.1. Modèle moyen d'un bras d'onduleur.......................................................................137
5.1.2. Modélisation de la commande du bras...................................................................140
5.1.3. La chaîne de commande en simulation...................................................................142
5.2. Comparaisons entre simulation et expériences..............................................................143
5.2.1. Au régime nominal................................................................................................144
5.2.2. Aux autres régimes...............................................................................................147
5.3. Sensibilité du modèle d'onduleur à ses différents paramètres.........................................151
5.4. Exploitation des modèles moyens en automatique........................................................153
5.5. Conclusion...................................................................................................................159
CONCLUSION..................................................................................................................160
BIBLIOGRAPHIE.............................................................................................163
ANNEXES
DOCUMENTATION DE L'INTERFACE DE GENERATION D'IMPULSIONS......................................168

RESUME :
La grande disparité des échelles de temps dans les systèmes à base de convertisseurs à découpage, implique des
temps de simulation prohibitifs dans un contexte de conception globale de l’ensemble ou de commande. Nous
présentons une méthode systématique de construction de schémas électriques moyens équivalents, communément
appelés "modèles moyens", permettant de représenter, avec une très bonne précision, les grandeurs variant lentement
devant la fréquence de découpage du convertisseur. La construction de ces modèles est basée sur le formalisme des
graphes de liens et l'analyse de la causalité algébrique. Ainsi, dans les cas de systèmes causaux, les équations
représentant le système n'admettent qu'une solution unique. Les risques de divergence de la simulation sont donc
limités. Les méthodes de mesure et d'extraction des paramètres de ces modèles sont présentées et comparées aux
besoins des modèles de comportement. Il en ressort que ces paramètres sont plus simples à obtenir que ceux des
modèles de comportement. Nous avons appliqué ces principes au cas de l'onduleur triphasé. Un banc de test de
30kW, équipé d'un système de commande "temps réel" a été mis en place et modélisé, pour la validation des
simulations. Les résultats obtenus sont très proches de l'expérimentation. La sensibilité du modèle du convertisseur à
ses différents paramètres a ensuite été discutée dans un objectif de simplification du modèle et des étapes
d'identification. Dans la majorité des cas, seule la prise en compte des temps morts est indispensable. Enfin, un
exemple d'exploitation des modèles moyens en automatique est donné. Il consiste à compenser les distorsions dues au
convertisseur de manière à se ramener à un convertisseur idéal. Cette compensation a été testée sur notre banc
d'essais et donne de bons résultats, sans augmenter le temps de calcul de la boucle de commande.

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