MÉMOIRE MAGISTER EN ÉLECTRONIQUE THÈME : Optimisation

MÉMOIRE
Présenté par :
M
me
: BAADJI Ismahane
EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE
MAGISTER EN ÉLECTRONIQUE
Option : Commande Des Systèmes Electro-Energétiques (CS2E)
THÈME :
Soutenu devant le jury composé de :
Président D Dj ja am me el l C CH HI IK KO OU UC CH HE E P
Pr ro of fe es ss se eu ur r à à l l’ ’U Un ni iv ve er rs si it té é d de e M M’ ’s si il la a
Rapporteur A Am ma ar r M ME EZ ZA AC CH HE E P
Pr ro of fe es ss se eu ur r à à l l’ ’U Un ni iv ve er rs si it té é d de e M M’ ’s si il la a
Examinateur
Examinateur
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Invité
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Msila 2014
Optimisation de la commande d’un variateur de
vitesse à base d’une pile PEMFC
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR & DE LA
RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF-M’SILA-
FACULTE DE TECHNOLOGIE
DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE

I
Remerciements
Avant tout, j’adresse mes remerciements, à ALLAH tout puissant pour la volonté, la santé, le
courage et la patience qu’il m’a donnés durant toutes ces longues années de formation.
Ce mémoire n’aura pu voir le jour sans l’appui scientifique et relationnel dont j’ai eu la
chance de bénéficier durant cette formation. Je remercie, ici, plus particulièrement, tous ceux
qui m’ont soutenue et supporté:
J’exprime ma très sincère reconnaissance au Prof. Amar MEZACHE et au Dr. Said BARKAT
de l’Université de M’sila pour leurs excellente orientation, pour leurs conseils, leurs
gentillesses et leurs disponibilité.
J’adresse mes sincères remerciements au président de jury Djamel CHIKOUCHE, Professeur
à l’Université de M’sila ainsi qu’aux examinateurs, Messieurs: Djamel SAIGA, Professeur à
l’Université de M’sila, Djamel KHEDROUCHE Maître de Conférences –A- à l’Université de
M’sila et le chef de département Mohamed LAADJEL, Maître de Conférences –B- à
l’Université de M’sila.
Je voudrais exprimer ma reconnaissance envers les amis et collègues qui m’ont apporté leur
soutien moral tout au long de ma démarche.
Enfin, je remercie aussi mon frère Nadjib BAADJI Maître de Conférences –B- à l’Université
de M’sila pour ses encouragements et son omniprésence.
Merci…
Ismahane

II
Table des matières
Remerciements……………………………………………………………………………………I
Table des matières……………………………………………………………………………….II
Liste des figures…………….…...……………………………………………………………..VII
Liste des tableaux…….…..…………………...…………………………………………………X
Liste des abréviations..………………………………………………………………………….XI
Résumé..………………………………………………………………………………………..XIII
Introduction générale………………………………………………………………………….…1
1. Introduction…………………………………………………………………………………...1
2. Etat de l’art…………………………………………………………………………………....1
3. Motivations...…………………………………………………………………………………3
4. Organisation du mémoire…………………………………………………………………….4
CHAPITRE I Modélisation de la PEMFC et l’élément de stockage
I.1 Introduction………………………..……………………………………………………….…..6
I.2 Véhicule hybride à pile à combustible……………………………………………….………...6
I.3 Les piles à combustible PàC ……………………………………………………….…………..8
I.3.1 Historique.. ……………………………………………………………….………………..8
I.3.2 Définition…………………………………………………………………………….……8
I.3.3 Principe de fonctionnement…………………………………………………………….…8
I.3.4 Types des piles à combustible…………………………………………………………….9
I.3.5 La pile à combustible à membrane polymère (type PEMFC)……………………..……...11
I.3.5.1 Structure et fonctionnement …………………………………………………...……..11
Ι.3.5.2 Avantages et inconvénients ………………………………………………….…..…...13
I.3.6 Modélisation de la pile PEMFC………………………………………………………..…14

III
I.3.6.1 Tension de circuit ouvert de pile à combustible……………………………….…….14
I.3.6.2 Caractéristique tension-courant……………………………………………….……..15
I.3.6.3 Différentes pertes de tension………………………………………………….……..15
I.3.6.4 Expression de la tension en charge ………………………………………………….17
I.3.6.5 Calcul des pressions partielles ……………………………………………………....18
I.3.6.6 Rapport entre les débits des réactants …………………………………………….…21
I.3.6.7 Taux d’utilisation du combustible …………………………………………….…….22
I.3.6.8 Limitation du courant ………………………………………………………….……22
I.3.6.9 Consigne du courant …………………………………………………………….…..23
I.3.7 Simulations et interprétations des résultats …………………………………………….23
I.4 Eléments technologiques de stockage d’énergie …………………………………………….25
I.4.1 Les différents types des éléments de stockage ………………………………………….26
I.4.2 Les supercondensateurs ………………………………………………………………....26
I.4.2.1 Historique …………………………………………………………………………..26
I.4.2.2 définition ………………………………………………………… ………………...26
I.4.2.3 Principe de fonctionnement ………………………………………………………...26
I.4.2.4 Avantages et inconvénients des Supercondensateurs ………………………………26
I.4.2.5 Applications …………………………………………………………………….......27
I.4.2.6 Modélisation du pack de supercondensateurs ……………………………………...28
I.4.2.6.1 Modélisation d’un supercondensateur ………………………………………….29
I.4.2.6.2 Modèle du pack de supercondensateurs ………………………………………..30
I.5 Conclusion …………………………………………………………………………………...31
CHAPITRE II Chaîne de conversion d ’énergie
II.1 Introduction………………………………………………………………………………….32
II.2 Topologie de la chaîne de traction…………………………………………………………..32
II.3 Convertisseurs d’énergie électrique ………………………………………………………...32

IV
II.3.1 Convertisseur DC/DC ………………………………………………………………….33
II.3.1.1 Convertisseur Boost……………………...……………………….…………………33
II.3.1.1.1 Modélisation du convertisseur Boost………………………………………..…33
II.3.1.1.2 Dimensionnement du convertisseur Boost……………………………………...34
II.3.1.1.3 Commande du convertisseur Boost……………………………………………..37
II.3.1.1.4 Simulations et interprétations…………………………………………………40
II.3.1.2 Convertisseur Buck-Boost…………………………………………………………..43
II.3.1.2.1 Modélisation du convertisseur Buck-Boost…………….………………………44
II.3.1.2.2 Dimensionnement du convertisseur Boost-Buck……………………………….45
II.3.1.2.3 Commande du convertisseur réversible………………………………………..46
II.3.2 Convertisseur DC/AC ………………………………………………………….……….48
II.3.2.1 Classification des onduleurs ………………………………………………………..48
II.3.2.1.1 Onduleur autonome…………………………………………………………….48
II.3.2.1.2 Onduleur non autonome………………………………………………………...49
II.3.2.2 Différents types d’onduleurs pour l’alimentation des machines asynchrones ….…..49
II.3.2.2.1 Onduleur de courant…………………………………………………………….49
II.3.2.2.2 Onduleur de tension…………………………………………………………….49
II.3.2.3 Modélisation de l’alimentation de la machine par onduleur ……………………….49
II.3.2.4 Modélisation de l’onduleur de tension…………………………………………...…50
II.3.2.5 Techniques de commande de l’onduleur triphasé ………………………….……....51
II.3.2.5.1 Commande MLI ………………………………………………………………..51
II.3.2.5.2 Fonction de modulation MLI…………………………………………………...51
II.3.2.5.3 Types des techniques MLI………..……………………………...……………..52
II.3.2.5.4 Principe de contrôle de courant par hystérésis…………………………………53
II.4 Conclusion …………………………………………………………………………………..54