Modélisation des systèmes électroniques de puissance à

Université catholique de Louvain
Modélisation des systèmes électroniques de
puissance à commande MLI
Application aux actionnements électriques
Sorin Gusia
Ingénieur civil électricien
Thèse de doctorat
Composition du Jury :
F. Labrique (UCL), co-promoteur
D. Grenier (UCL), co-promoteur
D. Dochain (UCL)
J.P. Louis (ENS - Cachan)
B. Robyns (HEI - Lille)
L. Vanderdorpe (UCL), président du jury
Louvain-la- Neuve
Septembre 2005

2

Remerciements
Voici venu le moment où je tiens à exprimer ma gratitude envers tous ceux qui
m’ont aidé et soutenu tout au long de ce travail.
Je remercie en premier lieu les Professeurs Francis Labrique et Damien Grenier,
promoteurs de cette thèse, de même que le Professeur Denis Dochain, membre du
comité d’encadrement de cette thèse. Leurs idées, leurs conseils et leurs critiques
m’ont été d’une aide précieuse pour mener ce travail à bien. Au-delà de l’aspect
scientifique de nos discussions, j’ai été particulièrement sensible à leurs qualités
humaines, à l’excellent climat relationnel qu’ils ont su établir entre nous et au fait de
savoir que je pouvais toujours compter sur eux.
Mes remerciements s’adressent egalement aux autres membres de mon jury :
• le Professeur Luc Vandendorpe, président du Département d’Electricité de
la Faculté de Sciences Appliquées de l’UCL, qui a accepté de présider ce
jury,
• le Professeur Jean-Paul Louis de l’Ecole Normale Superieure (ENS) de
Cachan pour l’intérêt qu’il a manifesté pour mon travail et l’analyse
detaillée qu’il en a effectuée,
• le Professeur Benoît Robyns de Hautes Etudes d’Ingénieur (HEI) Lille pour
ses conseills et ses remarques judicieuses lors de nos rencontres.
Je tiens aussi à remercier l’équipe du Laboratoire. Sans que l’ordre de citation ne
préjuge d’une quelconque hiérarchie dans l’aide qu’ils m’ont apporté, la bonne
humeur qu’ils ont su faire partager, un tout grand merci donc à Mesdames Sophie
Sillen-Labrique et Marie-Christine Vandingenen et à Messieurs Herve Buyse, Jean-
Philippe Conard, Paul Sente, Christian Eugène, Ernest Matagne, Dan Telteu, Henry
de la Vallée Poussin, Michaël Demeyere, Lauren De Vroey, Christophe Vloebergh,
Grzegorz Galary, Bruno Dehez, Andre Lengelé, et Francis Heylen.
Enfin, je remercie tout particulièrement Veronica et ma mère pour leur soutien
moral.

4

Table de matières
ABSTRACT ..............................................................................................................9
INTRODUCTION ..................................................................................................11
CHAPITRE 1 PRESENTATION DES SYSTEMES ETUDIES ........................15
1.1 S TRUCTURE DES SYSTEMES ETUDIES .........................................................16
1.2 C ONTRAINTES LIEES AU FONCTIONNEMENT EN MODE COMPLETEMENT
COMMANDE ...........................................................................................................17
1.2.1 Contraintes sur les interrupteurs...................................................... 17
1.2.2 Contraintes sur la nature des systèmes interconnectés.....................18
1.2.3 Contraintes sur les états et les changements de l’état des
interrupteurs .....................................................................................................20
1.3 C OMMANDE PAR MODULATION DE LARGEUR D ’ IMPULSIONS (MLI) ..........21
1.4 E XEMPLES D ’ APPLICATION ........................................................................22
1.4.1 Hacheur réversible en courant .........................................................22
1.4.2 Onduleur triphasé de tension............................................................25
1.4.3 Convertisseur matriciel triphasé-triphasé ........................................ 28
1.5 R EGLAGE DU POINT DE FONCTIONNEMENT ................................................30
1.5.1 Réglage en boucle ouverte................................................................31
1.5.2 Réglage en boucle fermée ................................................................. 31
1.5.3 Implantation de la commande...........................................................33
CHAPITRE 2 MISE EN EQUATIONS DE LA PARTIE DE PUISSANCE.....37
2.1 E CRITURE DES EQUATIONS DIFFERENTIELLES D ’ EVOLUTION .....................38
2.1.1 Equations relatives au système à caractère de source de tension ....38
2.1.2 Equations relatives au système à caractère de source de courant ...39
2.1.3 Relations imposées par le convertisseur...........................................40
2.1.4 Equations de l’ensemble générateur-convertisseur-récepteur .........41
2.2 N OTE SUR LE CAS OU LE RECEPTEUR EST UNE MACHINE A COURANT
ALTERNATIF ..........................................................................................................42
2.2.1 Relations de passage du référentiel abc au référentiel de Park .......42
2.2.2 Cas ou le récepteur est une machine synchrone à rotor bobiné, pôles
lisses, sans amortisseurs...................................................................................44
2.2.3 Cas ou le récepteur de courant est une machine synchrone à aimants
permanents .......................................................................................................49
2.3 E XEMPLES D ’ APPLICATION ........................................................................52