Bonjour à tous,
J'aimerais savoir si il y a une relation entre l'indice de modulation et/ou la tension DC et la tension de sortie d'un onduleur triphasé. La MLI générée est une MLI sinus-triangle. Cela me permettrait de vérifier mes sorties.
Cordialement
Marc
Bonsoir,
Oui, mais attention à ne pas confondre indice de modulation (que j'appelle m) et profondeur de modulation (que j'appelle r). Le premier est le rapport de la fréquence de la porteuse (triangle) à celle de la modulante (sinus), le deuxième est le rapport de l'amplitude de la modulante (sinus) à celle de la porteuse (triangle).
L'indice de modulation est plutôt un paramètre de construction (pour des commandes stochastiques (non-calculées), on s'assure simplement qu'il est assez grand pour que le courant soit suffisamment peu déformé, et si la tension de sortie est à fréquence fixe, il peut être judicieux de choisir m pair ou impair selon la topologie) alors que la profondeur de modulation est un paramètre de réglage, comme le rapport cyclique d'un hacheur.
La tension efficace en sortie d'un onduleur est proportionnelle à la tension de bus DC et à la profondeur de modulation si elle est inférieure à 1 et que l'indice de modulation est suffisant. Pour être plus précis (formule?), il faut connaître la topologie de l'onduleur...
Avec une commande simple (modulante sinusoïdale), il n'est pas judicieux d'amener la profondeur de modulation au-delà de 1, car des harmoniques basse fréquence apparaissent, et la déformation des courants est accrue (peu importe la valeur de m). Attention également à l'ondulation du bus DC : elle aussi fait apparaître des harmoniques BF dans le spectre des tensions de sortie.
ZT
Bonjour ZT,
Merci pour vos explications très claires. En effet j'ai confondu indice de modulation et profondeur de modulation. Si je ne me trompe pas la profondeur de modulation joue sur l'amplitude du fondamentale de sortie. C'est ce que je cherche.
La topologie est simple. Une source alternative triphasée -> un redresseur à diodes -> un bus dc avec capa de filtrage -> un onduleur IGBT triphasé -> une charge quelconque pour l'instant.
Je vous donne le schéma de simulation en pièces jointes.
Cordialement
Marc
Bonsoir ,
petit up
Merci d'avance
Marc
Bonjour,
Toujours pas de réponse ....
Et si dans ma référence je rajoute des sinus afin d'avoir des harmonique en sortie, serait-il possible de savoir quelle valeur mettre en fonction du pourcentage du fondamental que l'on veut ?
Merci pour vos réponses
Marc
Bonjour,
En fait, j'avoue que je n'ai pas vu quelle question restait en suspens, mais pour récapituler, tant que :
- La commande n'est pas saturée (profondeur de modulation comprise entre -1 et 1, c'est-à-dire que le signal qu'on veut reproduire en sortie ne dépasse jamais la porteuse triangle ou dent de scie)
- Que l'indice de modulation est assez grand*
- Que la tension d'alimentation du pont onduleur est parfaitement continue
Alors la partie basse fréquence du signal de sortie est la copie conforme du signal modulant, on retrouve donc exactement les mêmes harmoniques, avec le même coefficient de proportionnalité pour les harmoniques et pour le fondamental. Ledit coefficient de proportionnalité est lui-même proportionnel :
- A la tension d'alimentation, Udc
- A la profondeur de modulation, r.
Si vous envoyez en entrée (modulante) un signal contenant 1V de fondamentale et 0.5V d'harmonique de rang cinq, vous retrouverez en sortie, en ignorant les harmoniques haute fréquence (dues au découpage), "une certaine quantité" de fondamentale, et la moitié d'harmonique de rang 5 : les proportions sont conservées. Si vous doublez la tension de bus DC, la proportion est conservée (avec un x2 sur toutes les composantes).
La fondamentale a, dans les conditions citées précédemment, une valeur efficace de 0.707 x r x Udc. La plus grande valeur qu'on peut obtenir est donc 0.707 x Udc. Attention, si vous rajoutez des harmoniques, vous risquez d'augmenter la valeur crête de la modulante, et donc d'atteindre la saturation pour une valeur de fondamentale plus faible!
Attention, également, à l'influence de l'ondulation de la tension DC. Si vous voulez bien cerner tous les phénomènes, il pourrait être judicieux de remplacer dans un premier temps le bloc réseau alternatif + pont de diodes + condensateur par une source continue, afin d'être bien sûr qu'elle est "lisse".
En fait, au sens de l'automatique, tout votre bloc onduleur peut se résumer à une boite noire, qui lie un signal d'entrée (le signal modulant que vous comparez à la porteuse triangulaire) à un signal de sortie (la tension aux bornes du moteur). Ce bloc possède évidemment un gain : 0.707 x 1/Vpmax x udc , où Vpmax est la valeur crête de la porteuse. Et udc, c'est la valeur instantanée de la tension continue, et non plus sa valeur moyenne! En définitive, si vous fixez Vpmax (fixé une bonne fois pour toutes sur votre circuit), et que vous ne touchez plus au signal d'entrée, vous vous attendez à un signal de sortie qui est toujours le même. Malheureusement, non, car le gain n'est pas constant : il va être plus ou moins amplifié, au gré des variations de la tension DC !
Conséquence : vous allez retrouver en sortie ces "variations" comme des harmoniques très, très moches, car leur fréquence n'est pas forcément un multiple de la fondamentale. Ce sont des composantes interharmoniques. Imaginez que votre sortie reproduise du 40Hz (parce que votre signal modulant est, par exemple, un sinus à 40Hz : exemple d'un moteur que vous voudriez alimenter à vitesse un peu plus faible). Lorsque le pont redresseur triphasé est alimenté par le réseau industriel 50Hz, la première harmonique qu'on trouve en sortie est 300Hz.
Facile à voir à l'oeil nu : quand on observe un signal "complet", la fréquence qu'on voit est celle de la fondamentale, hors la tension de sortie du redresseur a bien une fréquence égale à six fois sa fréquence d'entrée à lui (c'est une caractéristique de ce redresseur, appelée indice de pulsation)
Donc cela signifie que, si la tension d'alimentation de l'onduleur évolue à 300Hz, puisque la sortie est proportionnelle à cette tension d'alimentation, la sortie va "évoluer" à 300Hz aussi : elle en contiendra dans son spectre. Nous reproduisions du 40Hz, et du 300Hz apparaît, ce n'est ni du rang sept (280Hz), ni du rang huit (320Hz), c'est du "rang 7,5" ! Et c'est excessivement pénalisant pour le moteur... Allez, dédramatisons : votre moteur a maintenant fini son démarrage et il est à sa vitesse nominale, donc alimenté à 50Hz. Cette fois, ça tombe tout juste sur le rang six. Eh bien finalement, ce n'est pas mieux : cette harmonique est de fréquence assez proche de la fondamentale, donc très difficile à filtrer.
De plus, on peut constater que cette composante de rang six "tourne à l'envers". Elle crée donc un champ magnétique qui tourne dans le sens inverse du rotor. Pour un moteur asynchrone, ses répercutions (ondulations du couple) sont encore plus importantes!
Vous vous embêtez à utiliser une commande MLI pour chasser les premières harmoniques le plus loin possible, et voilà que des composantes de fréquences faibles, et pas forcément multiples de celle de la fondamentale, apparaissent. Vous ne les contrôlez absolument pas, et leur "rang" dépend de la fréquence que vous reproduisez. C'est contre-productif! On a donc intérêt, si on veut minimiser les ondulations de couple du moteur qui est raccordé au variateur, à :
- Avoir une tension d'entrée la plus continue possible. Problème : avec un étage d'entrée (redresseur + condensateur) aussi simple, il faut mettre un très gros condensateur. Mais comme vous l'avez sans doute constaté, le courant d'entrée prend une allure catastrophique! (très pointu). Il faut donc recourir à un étage d'entrée plus évolué.
- Laisser l'ondulation, mais la prendre en compte dans la régulation pour compenser son effet. C'est utilisé dans les applications à hautes performances (commande de moteurs synchrones ou asynchrones où on a de très fortes exigences sur le couple, comme la traction ferroviaire, les actionneurs de robots,...)
J'ai été long, mais je pense que vous ne me contredirez pas si je dis que c'est un sujet passionnant! Est-ce que c'est plus clair?
Bonne journée,
ZT
PS : pour un variateur de fréquence industriel de puissance jusqu'à quelques dizaines de kW, la fréquence de découpage est généralement fixe. Chez Schneider, elle est en réglage usine de 4kHz, ce qui donne un indice de modulation de 80 à 50Hz.
Merci ZT pour cette explication clair.
Cependant j'ai encore quelques interrogations.
- D'où vient le 0.707 dans la formule du fondamental : 0.707*r*Udc ?
- En simulation je n'ai pas le bon résulat et j'ai même un fondamental supérieur à la valeur max de 0.707*Udc.
Le but de la manip est en fait de créer des harmoniques et non pas de les filtrer.
Merci encore
Marc
C'est 1/√2 ! En fait, le point où la fondamentale sera la plus grande sans saturation, c'est quand r=1, c'est-à-dire que la crête de la sinusoïde vient toucher la crête du triangle. Dans ce cas, l'amplitude de la fondamentale vaut Udc (puisqu'après découpage, dans les bonnes conditions, on retrouve en basse fréquence la même chose, avec un gain Udc).
Mais on s'intéresse généralement à la valeur efficace... Comme c'est une sinusoïde (par définition, le fondamental et toutes les harmoniques sont des sinusoïdes), il faut diviser par racine carrée de deux, et cela revient à multiplier par 0.707 environ!
Si c'est l'amplitude qui vous intéresse, le 1/√2 disparaît.
ok mais je ne trouve pas les bons résultats quand même.
C'est sur la tension simple ou composée ?
Ce que j'aimerais faire en fait, c'est faire une petite interface graphique où on peut rentrer tel harmonique à tel pourcentage.
Sur la tension de bras, "borne de l'onduleur - neutre", qui n'est pas la même que la tension simple machine et bien entendu pas la tension composée non plus). Les couplages modifient certaines harmoniques en triphasé (multiples de trois).
Sinon, le résultat est vrai ET sur la tension borne onduleur - neutre, ET sur la tension composée, ET sur la tension simple machine. A part les rangs multiples de trois, le reste ne change pas (et est amplifié ou atténué dans la même proportion).
moi je n'ai pas de neutre sur ma charge.
Je n'arrive pas à trouver le bon résultat quand même en ayant un sinus en modulante. je l'ai mis à 400Hz et 0.9 d'amplitude. la porteuse est bien entre -1 et 1.
Le bus DC est à 253V. si j'ai bien compris, je devrais avoir une amplitude du fondamental de 0.9*253=227V. Je me retrouve avec une amplitude de 196V en simu en tension composée et 112V en simple, ce qui est normal (196/sqrt(3))
Il n'y a jamais de neutre en sortie d'un variateur, je parle du neutre de source! (fictif ou non, ici il existe).
Au temps pour moi, il faut diviser par deux... La formule que j'ai donné permet de calculer la valeur crête-à-crête, et non l'amplitude! Et pour cause : la tension de sortie de chaque bras n'évolue qu'entre +Udc/2 et -Udc/2.
Réessayez mais à priori, maintenant, c'est juste! L'amplitude de sortie d'un bras est donc UDC/2 * r. La tension composée a donc pour amplitude √3UDC/2 * r, et la tension simple machine UDC/2 * r dans le cas où la modulante est un sinus pur.
Merci pour ta correction,
J'ai presque le bon résultat. J'ai mis une source continu au lieu du redresseur à 250V. Mais IGBT sont parfait (aucune tension de seuil, de saturation, ou de résistance interne). En tension simple de sortie j'ai un fondamental à 121V au lieu de 250/2=125 (r=1) et en composée 210 au lieu de 216V. Je pense que c'est la FFT qui induit cette petite erreur. Pourtant je suis sur plusieurs périodes.
Marc
Bonjour,
désolé encore de poser une question,
si je voudrais avoir un fondamental à 0.8 sur la référence et par exemple un harmonique de rang 5 à 0.5. La référence dépassera la porteuse puisque c'est une somme de sinus. Elle sera à 1.3 d'amplitude.
Comment on fait dans ce cas là ? on est obligé de limiter le fondamentale à 0.5 ?
Cordialement
Marc
Et aussi en fait comme je sors mes signaux de commande d'un pic, j'ai ma porteuse entre 0 et 1. Cela ne change rien n'est ce pas ?
Merci
Marc
Bonsoir,
Voyons voir...
- Pour la différence qui reste, elle ne me choque pas moi non plus. Je pense en effet que c'est du à la FFT elle-même (nombre de périodes qui reste "faible", j'essaye de prendre plus en général si le temps de simulation le permet), et puis dans tous les cas... Un analyseur de spectre a rarement une précision supérieure à ces quelques % de tolérance, donc pas de quoi s'inquiéter! On peut considérer que la simulation vérifie la théorie.
- Pense à observer le signal que tu veux envoyer, car l'amplitude totale est au maximum égale à la somme des amplitudes de tout ce qu'il y a dedans. En fonction de la phase, peut-être qu'on ira pas aussi loin! Cela dit, si le réglage est libre (à des fins d'expérimentation j'imagine), il vaudrait mieux ne pas prendre de risque et limiter automatiquement avec le programme, car en cas de surmodulation (profondeur de modulation qui n'est plus comprise entre 1 et -1), des résultats bizarres (nouvelles harmoniques) vont apparaître en sortie et risquent de fausser les observations.
- Si la porteuse évolue entre 0 et 1, ce n'est pas bien gênant à condition d'adapter les signaux de modulation : leur point de repos doit être au milieu des bornes de la porteuse (ici 0,5V) et ils ne doivent jamais dépasser lesdites bornes (ici 0 et 1, donc leur amplitude ne doit pas dépasser 0.5V). Sur un pont triphasé, il y a une particularité qui peut être intéressante pour la robustesse : si jamais un offset apparaît dans les signaux (modulante ou porteuse), le moteur ne voit pas la différence! Bon, évidemment, on risque d'aller saturer la commande du côté où il y a l'offset... Donc mieux vaut ne pas trop compter dessus.
C'est le but du forum! Et quand les gens sont sympathiques, c'est agréable de discuter de ce qu'on aime...Envoyé par marc64ab
Bonne soirée!
ZT
Merci ZT encore une fois
ok pour ça je suis aussi d'accord.Pour la différence qui reste, elle ne me choque pas moi non plus. Je pense en effet que c'est du à la FFT elle-même (nombre de périodes qui reste "faible", j'essaye de prendre plus en général si le temps de simulation le permet), et puis dans tous les cas... Un analyseur de spectre a rarement une précision supérieure à ces quelques % de tolérance, donc pas de quoi s'inquiéter! On peut considérer que la simulation vérifie la théorie.
Là je n'ai pas trop compris. J'ai mis mes signaux que j'obtiens en simu. La référence est une sinus à 400Hz avec r=0.8 et une sinus à 2000Hz avec r=0.5. J'ai donc ma surmodulation sur mes signaux de commandes. J'ai un fondamental (Vdc=100V) à 100/2*0.8*sqrt3=70V et l'autre harmonique à 100/2*0.5*sqrt3=43V. C'est ok pour ça. Mais en simu, la sur-modulation ne fais rien. Faudra que je vois en pratique.Pense à observer le signal que tu veux envoyer, car l'amplitude totale est au maximum égale à la somme des amplitudes de tout ce qu'il y a dedans. En fonction de la phase, peut-être qu'on ira pas aussi loin! Cela dit, si le réglage est libre (à des fins d'expérimentation j'imagine), il vaudrait mieux ne pas prendre de risque et limiter automatiquement avec le programme, car en cas de surmodulation (profondeur de modulation qui n'est plus comprise entre 1 et -1), des résultats bizarres (nouvelles harmoniques) vont apparaître en sortie et risquent de fausser les observations.
J'ai pas compris de quelle amplitude tu parles au début et de quelle phase ?
Serait-il possible de prévoir l'amplitude d'harmonique en disant par exemple : je veux tant de pourcentage du fondamental exemple l'harmonique 5 à 20% du fondamental
Je calcul bien mon sinus de la sorte pour l'avoir entre 0 et 1 : sin1=0.5+0.5*r*sin(2*pi*f*t)Si la porteuse évolue entre 0 et 1, ce n'est pas bien gênant à condition d'adapter les signaux de modulation : leur point de repos doit être au milieu des bornes de la porteuse (ici 0,5V) et ils ne doivent jamais dépasser lesdites bornes (ici 0 et 1, donc leur amplitude ne doit pas dépasser 0.5V). Sur un pont triphasé, il y a une particularité qui peut être intéressante pour la robustesse : si jamais un offset apparaît dans les signaux (modulante ou porteuse), le moteur ne voit pas la différence! Bon, évidemment, on risque d'aller saturer la commande du côté où il y a l'offset... Donc mieux vaut ne pas trop compter dessus.
donc ça c'est ok est déjà testé
Je voudrais juste testais une référence non sinusoïdale en essayant de contrôler les harmoniques
Merci encore
Marc
Bonjour ZT,
Autre question,
Si j'enleve la capa du bus DC dans ma topologie redresseur à diode+onduleur IGBT, Je devrais voir les harmoniques dû aux découpages et ceux de ma référence côté source normalement, n'est-ce pas ?
sans la capa toutes la pollution traverse non ?
Marc
Je demande cela parce qu'ne faisant les tests je retrouve juste les harmoniques dû au découpages côté source et pas ceux de la référence. Je n'arrive pas à l'expliquer. Pourquoi les harmoniques du découpage passent et pas les autres ? Je pensais que cela était dû au redresseur à diodes qui est unidirectionnel. Mais je ne les retrouve pas non plus côté DC. Si vous avez une explication ?
Merci d'avance
Marc
bonjour,
Juste un petit up en espérant avoir une réponse à ma dernière question
Merci d'avance
Marc
Bonjour,
Sans capa sur le bus dc, le spectre du courant tiré sur la source est un mélange de la fréquence de la source, de la fréquence de découpage et des fréquences contenues dans le signal modulant.
Peux-tu poster le spectre obtenu avec quelles fréquences ?
Tout s'est clarifié sur tes questions du post 17 ?
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
Bonjour,
Un spectre en simu ou en test réel ?
Bonjour,
Celui qui ne te plait pas
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
Bonjour,
Voici une simu sur psim.
Fréquence source 400Hz - Fréquence MLI 650Hz avec un r=0.8 - fréquence de découpage 20kHz
Comme on peut le voir sur la FFT, il n'y a pas de raie à 650Hz
Je vais mettre un test réel maintenant
Test réel ralisé sur un semiteach de chez semikron (redresseur à diode + onduleur IGBT) :
Fréquence source 400Hz - Fréquence MLI 700Hz - Fréquence découpage 10kHz
Donc pas de raie à la fréquence du fondamental de la MLI. Pourquoi ? c'est la question que je me pose
Merci
Marc
Bonjour,
Dans les deux cas, quelle est la fréquence du pic à ~150V ?
Il est normal que tu n'ais pas de raie à 20kHz en simu et 10kHz en réel.
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
je ne comprend pas tes remarques ou questions ?
Les signaux sortant du pic sont bons et vont à la bonne fréquence voulue. Juste un petit réajustemment de quelques centaines de Hz pour pour avoir un nombre entier dans un tableau. Mais ça c'est de la programmation.
Marc
Bonsoir,
Et de mon côté, je ne comprend pas tes questions... On va s'amuser
Pourtant, sur l'image : http://forums.futura-sciences.com/at...trevsource.png on voit une raie de forte amplitude qui semble placée à 700Hz, n'est ce pas le cas ?
De même, tu écris :
On voit pourtant sur http://forums.futura-sciences.com/at...spectrev1n.png une raie en basse fréquence, n'est elle pas placée à 650Hz ? Est-elle à 400Hz ?
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
Oui c'est 2 raies, c'est la fréquence de la source à 400Hz.
Juste pour rappel, ces FFT sont réalisées côtés source d'un systèmes composé d'un redresseur à diodes et d'un onduleur à IGBT. C'est sur cet onduleur que j'effectue mes commandes MLI à 650 Hz par exemple.
Bonjour,
Désolé pour le délai, problème d'orage.
Je pense que si tu as vérifié que les allures des courbes sont bonnes, le problème vient de la configuration de ta FFT :
- As-tu choisi un time-step (pas de calcul) suffisamment faible ?
- Simules-tu un nombre entier de périodes ?
- ...
J'ai testé avec des composants (diodes et IGBT) idéaux, en utilisant :
- fmli=650Hz
- fsw=10kHz
- fsource=400Hz
- temps de simulation 100ms (soit environ 1000 périodes de fsw, 65 périodes de fmli et 240 périodes de 6*fsource (après redressement du 400Hz, la fréquence du "bus DC" est de 2400Hz ) -- 20ms devrait déjà donner de bons résultats.
- charge résistive.
et je trouve un spectre conforme aux attentes :
- une raie à 650Hz ;
- deux raies à 2400 ±650Hz
- plein d'autre trucs.
Courant dans une charge (couplage Y) :
Dernière modification par Antoane ; 15/08/2015 à 20h52.
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
