Etude du déséquilibre de l`alimentation d`un onduleur multi niveaux

République Algérienne Démocratique et Populaire
Mministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
Mohamed Boudiaf
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE
MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER
SPECIALITE : ELECTRONIQUE
Option : SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES
Présenté par :
Mr. REBAOUI Brahim
Etude du déséquilibre de l’alimentation
d’un onduleur multi niveaux
SOUTENU LE: 12/05/2014
Devant le jury :
 Mr Z. AHMED FOITIH Prof.U.S.T.O.MB Président
 Mr A. MIDOUN Prof.U.S.T.O.MB Encadreur
 Mr M.ZERIKAT Pro. ENSET. Oran Examinateur
 Mr M.BENDJEBAR MC. U.S.T.O.MB Examinateur

Remerciements
Cette thèse a été préparée au sein du laboratoire de recherche d’Electronique de Puissance et
Energie Solaire (LEPES), sous la direction de monsieur MIDOUN Abdelhamid, Professeur à
l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO).
C’est un agréable plaisir pour moi d’exprimer mes remerciements à Monsieur MIDOUN
Abdelhamid, Professeur à l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran (USTO), qui,
en acceptant de diriger ce modeste travail ,m’a fait profiter de son expérience, ses
connaissances et ses conseils précieux.
Mes vifs remerciements sont adressés à Monsieur DELLA KRACHAI Mohamed, Docteur d’état
à l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran, pour son aide précieuse, ses qualités
scientifiques et humaines. Je lui exprime toute ma gratitude.
J’adresse mes sincères remerciements à Monsieur FOUATIH Zoubir Ahmed, Professeur à
l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran, pour l’honneur qu’il nous a fait en
acceptant d’être président du jury.
Il m’est agréable de pouvoir exprimer ma reconnaissance envers,
Monsieur ZERIKAT Mokhtar, Professeur à ENSET Oran.
Monsieur BENDJEBAR Mokhtar, Maitre de conférence à l’Université des Sciences et de la
Technologie d’Oran.
Pour avoir accepté d’examiner et de rapporter ce travail.

Dédicaces
Je dédie ce modeste travail
A mes chères parents que j’aime beaucoup, dont l’aide, le soutien et les
encouragements permanents m’ont permis de poursuivre mes études
dans Les meilleures conditions.
A mes frères et mes sœurs.
A tous ceux qui me connaissent de prés ou de loin.

Table des matières
Table des matières
Introduction générale
1
Chapitre 1 Etudes et caractéristiques des onduleurs de tension 5
1.1
Introduction.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . .
. . .
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6
1.2 Définition des onduleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3
Structure de base des onduleurs autonomes monophasés
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
7
1.4
Les onduleurs de tension
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
. . .
. . .
8
1.4
.1
Fonctionnement à deux séquences.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
9
1.4
.2
Fonctionnement à trois séquences
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
11
1.5 Paramètre de performance d`un onduleur
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6
Différents types de commande des interrupteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.6.1
Commande à onde rectangulaire
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
14
1.6.2 Commande en créneaux de largeur variable
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6.
3
Commande à paliers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
. . .
. . . .
.
16
1.6.
4
Commande à modulation de largeur d’impulsions
. . . . . . . .
. . . . . . . . . .
.
.
16
1.6.4
.1
MLI à échantillonnage naturel
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
17
1.6.4.1.1
Caractéristique de la modulation
. . . . . . . . . . . . . .
.
.
. . .
18
1.6.4
.
2
MLI à échantillonnage régulier symétrique. . .
. . . . . .
. . . . . . . . . .
19
1.6.4.3 MLI à échantillonnage régulier asymétrique
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.6.4.4
MLI calculée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
1.6.4.5
La modulation vectorielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
1.7 Choix de structure des semi-conducteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
1.
8
Conclusion
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
.
26

Table des matières
Chapitre 2 : Les convertisseurs multi niveaux 27
2.1
Introduction
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
28
2.2
Principe de l’onduleur multi niveaux
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
. . . . . .
29
2.3
Les différentes topologies des onduleurs multi niveaux
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
.
. . .
31
2.3.1
Onduleur de tension à diodes de bouclage
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
32
2.3.1.1
Principes de base
. . . . . . . . . . . .
.
.
. . . . . . . . .
.
.
. . . . . . . . .
.
.
. . .
32
2.3.1.
2
Avantages et inconvénients
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
39
2.3.2
Onduleur de tension à condensateurs flottants
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
. . . .
40
2.3.2.1
Principes de base
. . . . . . . . . . .
.
. .
. . . .
. . . . . . . . .
.
.
. . . . . . . . .
.
.
.
40
2.3.2.
2
Avantages et inconvénients
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
43
2.3.3
Onduleurs multi niveaux en cascade
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
. .
.
43
2.3.3
.1
Principes de base
. . . . . . . . . . .
.
. . . . . .
. . . . . . . . .
.
.
. . . . . . . . .
.
.
.
44
2.3.3.
2
Avantages et inconvénients
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
48
2.4
Autres topologies
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
50
2.4.1 Convertisseur multi niveaux en cascades
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
2.4
.
2
Le convertisseur à commutation douce .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
51
2.4
.
3
Convertisseurs multi niveaux généralisés .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
41
2.5
Synthèse comparative
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
52
2.6
Conclusion
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
53
Chapitre 3 : Fractionnement du bus continu et problème d’équilibrage 54
3.1
Introduction
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
55
3.2
Les différentes techniques de réglage du bus continu
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
55
3.2.1
Modification de la stratégie de commutation PWM
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
3.2.3
Modification au niveau convertisseur
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.3
Buck-Boost approche
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
61
3.3.1
Principe de fonctionne du convertisseur boost
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.3.2
Principe de fonctionne du convertisseur buck
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
64
3.3.3
Circuit d’équilibrage
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
66
3.3.3.1
Mode Buck
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
3.3.3.2
Mode Boost
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
68
3.4
Résultat de simulation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
69
3.5
Conclusion
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . .
73