Onduleur réversible

[ElectroniqueP]

Bonjour,

Je poste ce sujet car je me demande comment fonctionne un onduleur triphasé lorsqu'un train fonctionne en génératrice ? Pourriez-vous m'aider ?

Merci à vous.
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[Antoane]

Bonjour et bienvenue sur Futura,

Un convertisseur buck synchrone, ie utilisant deux interrupteur commandé plutôt qu'un transistor et une diode, est intrinsèquement réversible : le transfert de puissance peut se réaliser du côté à "haute" tension vers celui à basse tension -- ou inversement.
Un onduleur tri n'est guère plus que 3 convertisseurs buck partageant un bus "haute" tension. Un onduleur tri est donc intrinsèquement réversible.

[ElectroniqueP]

Merci de votre réponse.

Cependant, j'ai toujours du mal à comprendre.

Dans le cas d'un onduleur triphasé constitué de transistors en parallèle d'une diode :

- S'il alimente un moteur, un système va permettre la commande des différents transistors pour permettre la rotation du moteur.

-Si le moteur devient générateur, est-ce que l'onduleur va devenir redresseur ? Et donc, n'utilisez que les diodes en laissant les transistors bloqués ?

Les diodes jouent également un rôle de diode de roue libre lorsque les transistors ne sont pas alimentés (dû à la commande en PWM) ?


Merci de votre aide.

[f6bes]

Bjr à toi,
Moi j'ai du mal à suivre ton concept : (... transistors en parallèle d'une diode ...) ?
Aurais tu à minima un synoptique à proposer ? (mieux un semblant de schéma).
Bon WE

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Pour comprendre, je te conseille de ne pas trop t'enfoncer dans la technologie pour l'instant (igbt, igct, jfet, mosfet, hemt... peu importe) et de ne regarder qu'à la structure en supposant des interrupteurs idéaux (pas de perte, commutation instantanée, etc.).
Par ailleurs, comme un onduleur tri n'est que la combinaison de trois cellules de commutation, inutile de se compliquer et on ne peut étudier que le buck.

Dans un buck utilisant une DRL (diode de roue-libre) et un transistor de découpage, le courant moyen dans l'inductance ne peut que "sortir" de la cellule de commutation. Le transfert de puissance ne peut donc se faire que dans une direction.
Dans un buck synchrone, constitué de deux interrupteurs commandés, le courant moyen dans l'inductance peut être positif ou négatif et le transfert de puissance peut donc se faire dans les deux sens. En conduction continue (c'est toujours le cas avec une cellule de commutation complètement commandée) l'analyse du circuit peut se faire indépendamment du sens du courant moyen dans l'inductance ; la fonction de transfert est la m^me : V2 = dc*V1, où dc est le rapport cyclique.

Dans le cas d'un onduleur triphasé constitué de transistors en parallèle d'une diode

La diode ne sert qu'à compenser l'imperfection des composants :
- incapacité à conduire (igbt) ou mauvaise performances (mosfet) dans le 3e cadrant
- conduction pendants les temps-morts permettant d'éviter les shot-through.

- S'il alimente un moteur, un système va permettre la commande des différents transistors pour permettre la rotation du moteur.

Oui.

-Si le moteur devient générateur, est-ce que l'onduleur va devenir redresseur ? Et donc, n'utilisez que les diodes en laissant les transistors bloqués ?

Pas nécessairement puisque le transfert de puissance peut s'effectuer de la machine vers le bus DC même si la tension délivrée par la machine est inférieure à la tension de bus.
Dans le cas d'une cellule de commutation utilisant des interrupteurs commandés unidirectionnels (e.g. des igbt) en anti-parallel avec une diode :
- Dans le cas où le courant est "rentrant" dans la cellule de commutation, il va passer ou bien par la diode du haut, ou bien par le transistor du bas.
- Dans le cas où le courant est "sortant" de la cellule de commutation, il va passer ou bien par le transistor du haut, ou bien par la diode du bas.

C'est ce qu'on voit sur la simulation ci-dessous.
On utilise une cellule de commutation idéale donc chaque interrupteur commandé est constitué d'un transistor idéal (S1 ou S2) en série avec une diode idéale (D1, D2) pour interdire la conduction dans le 3e cadrant, le tout en anti-parallèle avec une diode (D3, D4). La tension de bus DC est fixée à Vcc = 10 V. On modélise la machine connectée par sa FCEM et une résistance série et on ajoute une inductance de filtrage. Le rapport cyclique est fixé à dc=50 %, soit une tension moyenne appliquée à la machine de Vcc*dc=5V.
Sur le graphique du haut :
- en rouge la tension de la fcem : on la fait passer de 4 V (phase I) à 6 V (phase II), modélisant une accélération de la machine. La tension appliquée à la machine étant de 5 V, ce changement traduit le passage du mode moteur au mode générateur.
- en vert le courant dans l'inductance : il est positif lors de la phase I (moteur) puis négatif (phase II).
Sur les deux autres graphiques du bas, on montre le courant dans le transistor (en bleu) et celui dans la diode anti-parallèle (en magenta). On voit bien ainsi qui conduit suivant le fonctionnement moteur/générateur.
fs2.jpg

Les diodes jouent également un rôle de diode de roue libre lorsque les transistors ne sont pas alimentés (dû à la commande en PWM) ?

Idéalement, l'un ou l'autre des transistors est toujours alimenté. Cependant, pour éviter que les deux transistors soient transitoirement alimentés en même temps, on laisse un temps mort entre les commandes, pendans lequel les diodes conduisent -- ce n'est pas visible sur ma simulation.

Le fichier de simulation est en PJ, il suffit de retirer l'extension .txt pour l'ouvrir dans LTSpice.

[Qristoff]

Salut,
Le résultat de la simulation est faussée par le fait que la tension Vcc est en "dur". Lors d'une régénération d'énergie (lorsque l'inertie moteur produit une énergie, par exemple lors d'une décélération ou l'arrêt), le courant dans la self s'inverse bien mais le découpage des transistors produit un effet boost qui produit une augmentation du bus Vcc qui peut être destructeur. C'est pour cela qu'on utilise en parallèle du bus un système de clamp actif avec une ou des résistances de puissance, aussi appelées résistance de freinage.
Essaye de refaire la simulation en remplaçant Vcc par un modèle de source redressée par exemple (impédance source, redressement et filtrage).

[Antoane]

Bonjour,

C'est pas faussé, ça dépend de la topologie de la source, réversible ou non. La simu considère effectivement une source réversible ; c'est le cas au moins sur certain trains.

[ElectroniqueP]

Bonjour,

Merci beaucoup de votre aide. Je vais analyser votre circuit ainsi que vos explications.

Bien à vous.