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ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE
UNIVERSITÉ DU QUÉBEC
THESE PRESENTEE A
L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE
COMME EXIGENCE PARTIELLE
À L'OBTENTION DU
DOCTORAT EN GÉNIE
Ph.D.
PAR
BELHADJ YOUSSEF. Nesrine
MODELISATION ET COMMANDE DES REDRESSEURS TRIPHASES
FONCTIONNANT À HAUT RENDEMENT ET À FAIBLE TAUX DE DISTORSION
HARMONIQUE: APPLICATION AU REDRESSEUR TRIPHASÉ DE VIENNE
MONTRÉAL. LE 18 DECEMBRE 2007
© Nesrine BeJhadJ youssef. 2007

CETTE THESE A ETE EVALUEE
PAR UN JURY COMPOSÉ DE:
M. Kamal Al-Haddad, directeur de thèse
Département de génie électrique à l'École de Technologie Supérieure
M. Hadi-Y. Kanaan, codirecteur de thèse
Département Electricité et Mécanique à l'Ecole Supérieure d'Ingénieurs de Beyrouth (ESIB),
Liban
M. Éric David, président du jury
Département de génie mécanique à l'École de Technologie Supérieure
M. Louis-A. Dessaint, membre du jury
Département de génie électrique à l'École de Technologie Supérieure
M. Géza Joos, membre du jury
Département de génie électrique et informatique à l'Université de Me Gill
M. Gérard-A. Capolino, examinateur externe
Département de génie électrique à l'Université de Picardie Jules Verne, France
M. Vijay Sood, examinateur externe
Département de génie électrique et d'informadque à l'Université de Concordia
ELLE A FAIT L'OBJET D'UNE SOUTENANCE DEVANT JURY ET PUBLIC
LE 14 DÉCEMBRE 2007
À L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE

REMERCIEMENTS
Je voudrais exprimer mes remerciements les plus sincères à Prof. Kamal Al-Haddad,
mon directeur de thèse, pour ses directives fort intéressantes et son soutien considérable,
qu'il soit scientifique ou moral. Je tiens également à saluer son grand professionnaUsme
d'encadrement, ainsi que son talent à gérer les divergences d'opinions.
Mon deuxième remerciement s'adresse à Dr. Hadi Y. Kanaan, mon co-directeur de thèse,
qui n'a épargné ni temps ni effort malgré les distances, pour me faire part de sa large
expérience et de son grand savoir en recherche.
Je remercie également le président et les membres de Jury pour m'avoir fait l'immense
privilège d'évaluer équitablement mon travail. Je salue également les efforts respectables
qu'ils déploient dans leurs missions d'enseignement et de recherche.
Je tiens également à remercier la Chaire de Recherche du Canada en Conversion de
l'Énergie Électrique et en Électronique de Puissance pour leur soutien financier, qui m'a
fourni, ainsi qu'aux autres membres du groupe, tous les moyens logistiques et matériels
nécessaires au parfait avancement de nos projets.
Par la même occasion, je voudrais remercier tous les techniciens du département génie
électrique, plus particulièrement M. Yves Robitaille, Mme Johanne Roy, M. Rigoberto
Avelar, Mme Edith Deslandes et M. Jorge Rojas Abad, pour m'avoir facilité l'acquisition de
matériel nécessaire à mes expérimentadons, ainsi que pour leurs conseils techniques fort
pertinents.
Finalement, je voudrais dédier cette thèse aux êtres qui me sont les plus chers au monde, les
membres de ma famille, et plus spécialement à mes parents qui m'ont accordé la plus
grande confiance, dont j'espère être et rester à la hauteur. J'aimerais leur dire que leurs
encouragements, au cours de mes années de thèse et tout au long de mon cursus

IV
universitaire, ont été pour moi la meilleure motivadon pour surpasser les difficultés qui
m'ont rencontrée et tenir à mes ambitions.

MODÉLISATION E T COMMANDE DE S REDRESSEURS TRIPHASÉ S
FONCTIONNANT À HAUT RENDEMENT E T À FAIBLE TAUX D E DISTORSION
HARMONIQUE: APPLICATION A U REDRESSEUR TRIPHAS É D E VIENNE
BELHADJ YOUSSEF, Nesrine
RÉSUMÉ
Les problèmes de la qualité de fonde électrique constituent l'une des préoccupations
majeures des fournisseurs de l'énergie et des organismes spécialisés en qualité d'énergie. Ce
sujet a gagné davantage d'ampleur avec l'utilisation ascendante des convertisseurs de
l'énergie électrique dans la majorité des applications industrielles et domestiques. Dans le
cadre de cette thèse, on s'intéresse plus particulièrement au type des convertisseurs
continu/alternatif dont le fonctionnement adéquat implique la parfaite régulation du bus DC
de tension, l'atténuation des harmoniques de courants, la compensation de l'énergie réactive
et la maximisation du rendement énergétique. Ces différents critères doivent être maintenus
pour diverses conditions de fonctionnement, c'est-à-dire indépendamment des variations
paramétriques auxquelles le système peut être sujet. 11 s'avère donc indispensable d'adopter
des techniques de commande efficaces, ce qui passe par une modélisation correcte du
convertisseur.
On se propose, en un premier temps, de mettre en place une plate-forme expérimentale pour
la validation des différents concepts théoriques proposés. Pour ce faire, on a conçu et mis en
œuvre un redresseur triphasé non polluant de 1.5 kVA, alimentant des charges purement
résistives. Une étude comparative de différentes topologies non polluantes nous a incité à
choisir le redresseur triphasé trois-nivaux à trois interrupteurs, communément connu sous le
nom "convertisseur de Vienne". Le choix de cette topologie a été motivé par ses avantages
point de vue simplicité de circuiterie, rendement énergétique élevé et très hautes
performances pour la correction de facteur de puissance. L'approche de design proposée dans
ce travail est générale, et peut être facilement adaptée à des prototypes de plus grande
puissance.
La deuxième étape consiste à caractériser le plus précisément possible les dynamiques du
convertisseur. La technique de la moyenne sur une période de commutation est alors utilisée
pour développer le modèle d'état moyen du convertisseur. Le modèle ainsi obtenu présente
de très fortes variances dans le temps, le rendant difficiles à exploiter pour des fins de
commande. Une transformation adéquate des rapports cycliques, ainsi que l'expression des
variables d'état instantanées dans le repère synchrone dqo, permettent de résoudre cet
inconvénient. Par la suite, le modèle moyen obtenu est utilisé pour dériver le modèle statique
(au point de foncfionnement nominal) et le modèle en régime de pefits signaux. Ces
différents modèles du convertisseur sont validés en temps réel sur le prototype expérimental,
moyennant la carte de commande DSI 104 de dSPACE® et l'environnement Real-Time
Workshop de Matlab. Les oufils de validation du modèle moyen sont basés sur l'analyse des
trajectoires dans le plan de phase et des réponses temporelles. Pour le modèle fréquentiel, on
utilise la fameuse technique de perturbation en petits signaux et les diagrammes de Bode.