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BTS Electrotechnique (deuxième année)

Onduleurs monophasés à MLI

CONVERTISSEURS CONTINU - ALTERNATIFS : ONDULEURS

II. ONDULEURS MONOPHASES, LA MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION (MLI)

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2. Stratégie de mise en œuvre

2.1. Influence du rapport cyclique

simulation d'un signal carré
Fig 1 : Le rapport cyclique de modulation est réglé dans cet exemple à 0,6 : la valeur moyenne de la tension vaut 0,6EH sur la première demi-période et - 0,6EH sur la deuxième demi-période. Cela revient à avoir un signal carré [+0,6EH ; -0,6EH].

Considérons le montage en pont en H de l’onduleur monophasé. Modifions la stratégie de commande en découpant la commande symétrique de l’onduleur pleine onde par un signal à rapport cyclique α réglable de fréquence bien supérieure à la fréquence de l’onduleur. Nous obtiendrons alors le signal représenté sur la figure ci-contre (Fig. 1). Sur la première demi-période, le signal présente une valeur moyenne positive réglable égale à αE, sur la deuxième demi-période, le signal présente une valeur moyenne négative réglable égale - αE. Nous obtenons alors un onduleur dont la valeur efficace de la tension de sortie est réglable et modulé par le rapport cyclique α.

2.2. Le rapport cyclique variable

simulation d'un signal triangulaire
Fig 2 : Le rapport cyclique de modulation évolue linéairement avec le temps et simule un signal triangulaire.

Au paragraphe 2.1., le rapport cyclique reste fixe sur une période de fonctionnement, cela permet de régler la valeur efficace de la tension de sortie, mais cela ne permet pas de résoudre le problème de la pollution harmonique. Que se passerait-il si le rapport cyclique devenait variable à l’intérieure même d’une demi-période de fonctionnement ?

Prenons le cas (Fig. 2) ou le rapport cyclique augmente linéairement avec le temps sur la première moitié de la première demi-période et décroît linéairement avec le temps sur la deuxième moitié de la première demi-période et inversement sur la deuxième demi-période. En valeur moyenne, le signal de sortie décrit alors un signal de forme triangulaire.

Si le rapport cyclique est variable avec le temps, cela permet de décrire une forme d’onde quelconque, il suffit pour cela de moduler l’évolution de rapport cyclique selon la fonction mathématique correspondant à la forme d’onde que l’on souhaite obtenir en sortie.

2.3. Reconstitution d'une onde sinusoïdale par une onde carrée

simulation d'un signal sinus
Fig 3 : Pour obtenir une fonction sinusoïdale par la même modulation d’un signal carré, on découpe la fonction cible en intervalles réguliers. Ainsi, par exemple avec le signal ci-dessus, il faut avoir une valeur moyenne égale à 0 V sur l’intervalle [-15ms ; +15ms], 50 V sur l’intervalle [15ms ; +45ms], puis 86,6 V ; 100 V ; 86,6 V ; 50 V ; 0V etc…
simulation d'un signal sinus
Fig 4 : Voici l’allure d’une modulation permettant de simuler un signal sinusoïdal.

Ainsi, si le rapport cyclique évolue dans le temps selon une fonction sinusoïdale, on obtiendra un signal de sortie de forme rectangulaire dont la valeur moyenne évolue comme cette fonction sinusoïdale. Si de plus, la fréquence de la fonction sinusoïdale modulante est la même que la fréquence de sortie de l’onduleur, le signal de sortie simule un signal de forme sinusoïdale.

D’un point de vue de l’analyse harmonique, la tension de sortie se comporte quasiment comme un signal sinusoïdale pur, la modulation ayant rejeté les premiers harmoniques non nuls loin du fondamental. Pour obtenir un courant sinusoïdal (pur), il suffit de rajouter un filtre passe-bas qui éliminera ces harmoniques de rang élevé. Le filtre sera bien moins onéreux car moins sélectif, qu’un filtre qui doit éliminer les harmoniques de rang faible.

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