ETUDE, Modélisation et commande d’un onduleur à trois niveaux à structure NPC

Abstract

Durant ces dernières années, on vit la naissance de nouveaux convertisseurs de puissance multiniveaux qui sont utilisés pour l’alimentation à fréquence variable des machines alternatives de forte puissance. Plusieurs structures de ces convertisseurs multiniveaux ont été proposées. On peut citer : les onduleurs multiniveaux à cellules imbriquées, les onduleurs multiniveaux à diodes flottantes et ceux à structure NPC. Dans le cadre de notre travail, nous traitons une structure de convertisseurs multiniveaux : onduleur de tension à trois niveaux à structure NPC (neutral point clamping). Ce dernier permet d’augmenter la puissance délivrée à la charge grâce à sa topologie. Ainsi, il permet de générer une tension la plus sinusoïdale possible, et d’améliorer le taux d’harmoniques grâce au nombre élevé de niveaux de tension offert par la structure de ce nouveau convertisseur. L’utilisation de ce dernier dans les domaines de haute tension et forte puissance permet de résoudre simultanément les difficultés relatives à l’encombrement et à la commande des groupements d’onduleurs à deux niveaux généralement utilisés dans ce type d’applications.

In recent years, we have seen the birth of new multi-level power converters which are used for variable frequency power supply of high power reciprocating machines. Several structures of these multilevel converters have been proposed. We can cite: multilevel inverters with nested cells, multilevel inverters with floating diodes and those with NPC structure. Within the framework of our work, we deal with a structure of multilevel converters: three-level voltage inverter with NPC structure (neutral point clamping). The latter increases the power delivered to the load thanks to its topology. Thus, it makes it possible to generate a voltage that is as sinusoidal as possible, and to improve the rate of harmonics thanks to the high number of voltage levels offered by the structure of this new converter. The use of the latter in the high voltage and high power fields makes it possible to simultaneously solve the problems relating to the size and the control of the two-level inverter groups generally used in this type of applications.

في السنوات الأخيرة، شهدنا ولادة محولات طاقة جديدة متعددة المستويات تُستخدم لإمداد طاقة التردد المتغير للآلات الترددية عالية الطاقة. تم اقتراح العديد من الهياكل لهذه المحولات متعددة المستويات. يمكننا الاستشهاد بما يلي: محولات متعددة المستويات مع خلايا متداخلة، ومحولات متعددة المستويات ذات ثنائيات عائمة وتلك التي تحتوي على هيكل NPC. في إطار عملنا، نتعامل مع هيكل من المحولات متعددة المستويات: عاكس جهد ثلاثي المستويات مع هيكل NPC (لقط نقطة محايدة). هذا الأخير يزيد من الطاقة التي يتم تسليمها للحمل بفضل طوبولوجيتها. وبالتالي، فإنه يجعل من الممكن توليد جهد جيبي قدر الإمكان، وتحسين معدل التوافقيات بفضل العدد الكبير من مستويات الجهد التي يوفرها هيكل هذا المحول الجديد. يتيح استخدام الأخير في مجالات الجهد العالي والطاقة العالية إمكانية حل المشكلات المتعلقة بالحجم والتحكم في مجموعات العاكس ذات المستويين المستخدمة عمومًا في هذا النوع من التطبيقات في وقت واحد.