Comparaison harmoniques de 2 techniques MLI ?

[invitedcaa9dbf]

Bonjour à tous.

Alors voila, je suis en train d'étudier les harmoniques de 2 techniques de MLI (Modulation à largeur d'impulsion): la SPWM (Methode classique: comparaison entre une porteuse et une modulante) et la SVPWM ( à l'aide d'un vecteur spatial de référence) et j'ai un peu du mal à analyser mes résultats

Alors déjà j'aimerais savoir où est ce que l'étude en tension serais la plus pertinente: J'ai le choix entre Vao, Van ou encore Vab (Voir doc schémaGénérale) sachant le point neutre est flottant.

Ensuite, j'ai fait l'étude entre Vao (ne me demandez pas pk?). Autre infos importantes: Edc=800V et l'indice de modulation m=0.825. Voici les courbes que j'obtiens: AnalyseSpectrale (A droite la SVPWM à gauche SPWM). Je vous mets également les courbes de tensions Vao, Van et Vno.

Je vois que le fondamentale des 2 techniques est identique: A 50hz --> 310 V (Max) ce qui me semble logique même si l'amplitude n'est pas tout a fait celle sur ma courbe (Vmax=330V) mais je mets sur les erreurs de mesures et le nombre de période prise pour le calcul qui ne sont peut être pas suffisante. Ensuite il y une différence entre l'harmonique de rang 400 (mon deuxième pic se trouve a 20 000 hz qui est la fréquence de hachage) SVPWM: 243V SPWM: 252 V. Pour finir, j'ai l'impression que la SVPWM a tendance à atténuer l'amplitude des harmoniques de rangs supérieur à 1200 mais pas de facon ultra significative non plus. Je reste assez perplexes quant à mes résultats. J'ai besoin de l'avis d'un expert.

Si mon analyse spectrale est totalement fausses est ce que vous pouvez m'indiquer ce que je devrais obtenir théoriquement parce qu’en regardant les différents travaux de chercheurs sur internet j'ai l'impression qu'il se contredisent parfois du coup je suis un peu perdu.

Merci Beaucoup
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[invitedcaa9dbf]

N'hésitez pas à me poser des questions si je n'ai pas été assez claire, si il manque des infos...

[invitedcaa9dbf]

Je vous donne un exemple de ce que j'ai fais pour Vao. Voici Vao en sortie de mon convertisseur avec la technique space vector PWM (doc Vao).
Ensuite le code que j'ai écris pour analyser son spectre:
figure (2);
Ts=1e-7;
Fs=1/Ts;
Ls=length(Vao);
NFFTs=2^nextpow2(Ls);
freqs=linspace(1,Fs/2,NFFTs/2+1);
yvs=fft(Vao,NFFTs)/Ls;
Ampl_vs=2*abs(yvs(1:NFFTs/2+1));
plot(freqs,Ampl_vs,'r','Linewi dth',2);

Voici ce que j'obtiens pour un échantillon compris entre 0 et 0.4 sec. L'amplitude au rang 400 est plus élevé que le fondamental ?! Y'a une période transitoire entre 0 et 0.03 sec qui peut modifier le résultat mais je sais si c vraiment significatif ou alors il y a une erreur dans mon code...

Merci

[invite6a6d92c7]

Bonjour!



Parler de rangs comme 400 et 1200, c'est absolument insensé... Leurs amplitudes sont tellement faibles à la source que ça ne vaut même pas la peine d'en parler, et pire : les moteurs et les lignes étant des passe-bas naturels, ils sont encore plus... inexistants au point d'utilisation (électrique ou mécanique). Ta simulation te raconte des bêtises!

A ma connaissance, la méthode d'élaboration des lois de commande ne change rien à l'allure de la tension de sortie. La méthode du vecteur spatial permet en fait de ne gérer que deux grandeurs scalaires (généralement appelées alpha et bêta), qui sont les coordonnées cartésienne du fameux vecteur, au lieu de trois.

Je vais me contredire, mais j'y vois au moins un avantage par rapport à la MLI intersective : on a la certitude absolue d'avoir un système de tensions dont la somme des valeurs instantanées est nulle, et donc une suppression des harmoniques à séquence zéro (rangs multiples de trois). Ceci étant, ce n'est pas infaisable avec une MLI intersective, il suffit de s'assurer que le système de tensions qui commande l'étage de puissance possède cette propriété (somme instantanée toujours nulle), c'est à dire que les trois tensions ont la même amplitude et sont régulièrement réparties sur la période (120° en tri).

Ce qui influe significativement la qualité de tension de sortie, c'est la topologie de l'étage de puissance. En MLI, il n'y a pas soixante-douze solutions (36, c'est trop peu) : c'est globalement de la modulation 2 niveaux (Vbus/-Vbus) ou 3 niveaux (Vbus/0/-Vbus). La seconde est plus performante mais un peu plus complexe à gérer... Il y a aussi des "fausses" MLI dont la fréquence varie, issues des commandes hystérétiques, mais les lois et les topologies de commande sont différentes, donc je n'en parlerai pas.



Globalement, pour avoir un beau spectre en sortie de MLI, il y a deux solutions : soit on respecte des angles de conduction précis, et on élimine certains harmoniques (5/7/11/13 généralement) dès l'onduleur, mais c'est très complexe (on y viendra après), soit on se dit que, de toutes façons, les harmoniques se trouvant autour de la fréquence porteuse (principe la modulation de fréquence), qui est loin de la modulante, ils seront bien atténués par le passe-bas naturel constitué par le moteur à alimenter. La deuxième solution a l'avantage de permettre toutes les profondeurs de modulation : le spectre change fortement, mais dans tous les cas, il n'en reste pas grand chose.

Sauf qu'en forte puissance, on cherche à minimiser les pertes de commutation. Et les IGBT ne sont pas assez costauds... Donc on utilise des GTO. Et un GTO, ça ne commute pas à 20kHz... On dépasse rarement 200Hz au delà de quelques dizaines de MW. Donc un rapport de modulation de 4 à 50Hz... La marge est faible! Là, on fait de la MLI précalculée, c'est à dire qu'on détermine les angles de conduction pour éliminer les harmoniques les plus embêtants, et on n'y touche plus. Problème : impossible de modifier la profondeur de modulation, et donc la tension de sortie... Pour pallier à ça, c'est la tension de bus elle-même qu'on modifie!



La méthode du vecteur spatial simplifie un peu les choses pour les chaînes "tout numérique", et je pense que c'est la raison principale de son utilisation. Elle convient bien aux machines synchrones, car la pulsation statorique est un multiple de la pulsation du rotor, avec un facteur p invariant. Du coup, tout se fait en angle (asservissement de l'angle interne) et la représentation du vecteur spatial est appropriée pour réaliser l'autopilotage!

Pour le contrôle vectoriel des machines asynchrones, c'est plus complexe, car la vitesse du rotor n'est pas simplement un diviseur de celle du flux statorique. Donc la représentation angulaire ne sert à rien : l'angle varie tout le temps! C'est pour ça qu'après la transformation de Concordia, on utilise celle de Park, pour fonctionner dans le repère lié au rotor. On travaille dans le repère d-q (asynchrone de alpha-bêta), et on peut élaborer plusieurs stratégies de commande, mais ce n'est pas vraiment ta question. Toujours est-il que les lois de commande représentent là aussi un vecteur planaire, et on garde les mêmes propriétés ; mais la transformation supplémentaire demande bien plus de puissance de calcul.



Voilà quelques informations, peut-être que certaines te seront utiles! Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]