Structure à commutation de tension

Dans ce cas, l'alimentation à fréquence variable de la machine s'effectue à partir d'une source de tension continue Vc et par modification périodique de la tension aux bornes de la machine. La structure 1.16 diffère peu de celle de la commutation en courant. Cependant, on ajoute un condensateur en parallèle sur la sortie du redresseur afin d'absorber les ondulations de tension du redresseur en vue d'obtenir une tension continue.

Figure 1.16: Onduleur de tension

Les interrupteurs électroniques utilisés sont alors des interrupteurs bidirectionnels en courant et unidirectionnels en tension, réalisés en associant un interrupteur T à une diode D montée en anti-parallèle comme représenté sur la figure 1.12. Ces diodes de roue libre assurent la continuité du courant dans l'enroulement de la machine au cours de l'inversion de tension. Elles se mettent à conduire spontanément lorsque l'on ouvre l'interrupteur T de la branche complémentaire. Si le courant évolue jusqu'à zéro après l'inversion de tension et change de signe, il y a commutation spontanée des diodes avec les interrupteurs T qui sont en anti-parallèle si les conditions sont bien réunies.

Ce fonctionnement est radicalement différent de celui qui intervient dans le collecteur mécanique. L'inversion de tension et éventuellement celui du courant dans la machine se produisent sans mise en court-circuit de l'enroulement de la machine.

Dans le collecteur électronique à commutation de tension, les interrupteurs doivent seulement assurer l'ouverture des branches dans lesquelles ils se trouvent, indépendamment de l'énergie magnétique emmagasinée dans l'inductance de la machine puisque, avec ce mécanisme de commutation, la continuité du courant est assurée. Dans cette configuration, il n'est pas utile de prévoir un dispositif particulier pour transférer l'énergie stockée dans l'impédance interne de la machine.

Avec cette même structure, peuvent être distinguées plusieurs manières d'élaborer la séquence de commande des interrupteurs et de régler la valeur de la tension appliquée à la machine.

Lorsque la séquence de commande de fermeture d'un interrupteur coïncide avec la commutation d'ouverture de l'interrupteur situé sur la même branche, on parle, dans ce cas, d'un onduleur du type $180$°. La tension aux bornes de la charge est alors parfaitement déterminée et ne dépend que de la commande comme indiqué sur la figure 1.17. Sur cette figure 1.17 sont représentés $e_1$ et $v_1$ qui sont respectivement la f.é.m et la tension de la phase 1 du moteur ainsi que $\delta$ qui est le déphasage entre $e_1$ et $v_1$.

Figure 1.17: Onduleur de tension type $180$°.

Il existe un deuxième type de séquence de commande qui est représenté sur la figure 1.18. La commande de fermeture d'un interrupteur ne coïncide plus avec la commande d'ouverture de l'interrupteur plaçé sur la même branche. Dans ce cas, pendant les intervalles où aucun des interrupteurs n'est commandé, la tension aux bornes de la machine va dépendre des conditions de fonctionnement. En effet, pendant ces intervalles, les diodes de roue libre peuvent conduire, ce qui fixe le potentiel aux bornes de la phase à $+\frac{Vc}{2}$ ou $-\frac{Vc}{2}$ ou ne pas conduire et, dans ce cas, ce potentiel est compris entre $+\frac{Vc}{2}$ et $-\frac{Vc}{2}$ et dépend de la f.é.m. et des tensions induites par les courants circulant dans les autres phases.

Figure 1.18: Onduleur de tension type $120$°.

Cette séquence de commande représentée sur la figure 1.18 est la plus usuelle. Elle correspond à une durée de commande des interrupteurs égales à 120°. La forme d'onde obtenue avec cet onduleur, appelé onduleur de type 120°, comporte des zones où la tension n'est pas fixée par la commande et dépend des conditions de fonctionnement de la machine. Ainsi, la tension ne peut être assimilée à un créneau de 120°de largeur que lors de fonctionnement à très basse vitesse (f.é.m. négligeable) et avec une machine de constante de temps faible.

Dans une machine avec onduleur de tension, deux types de réglages sont possibles suivant la nature de la source de tension continue à l'entrée de l'onduleur. Ainsi:

• Si cette source est réalisée au moyen d'un convertisseur statique contrôlé, on peut faire varier la valeur de la tension appliquée à la machine en faisant varier la tension à l'entrée de l'onduleur comme représenté sur la figure 1.16. Celui-ci fonctionne alors simplement en onde entière en suivant la séquence de commande des interrupteurs définie à partir de la détection de position du rotor.

• Dans le cas où la source d'alimentation a une valeur constante, on peut régler la valeur efficace de la tension appliquée à la machine en utilisant le procédé de modulation de largeur d'impulsion (M.L.I ou P.W.M Pulse With Modulation). Ce procédé consiste à ne pas appliquer à la machine la tension de la source pendant toute la durée de la période définie par la commande d'autopilotage (fonctionnement à onde entière) mais à hacher cette tension pendant cette période. Cela s'obtient par superposition, aux commande d'autopilotage précédemment définies (180°ou 120°), d'un signal de modulation à fréquence élevée. La variation du rapport cyclique du signal de modulation permet de faire varier la valeur efficace de la tension appliquée à la machine.