Contrôle des courants par modulation de largeur d'impulsion

Ce contrôle met en uvre un régulateur linéaire comme celui représenté sur le schéma de principe de la figure 1.21.

Le signal d'erreur du courant correspondant à une phase est appliqué à l'entrée d'un régulateur linéaire dont le signal de sortie est comparé à une dent de scie de fréquence élevée (au moins 10 fois la fréquence du signal de sortie). Cela permet de générer les ordres de commande des transistors de la branche correspondante de l'onduleur. Cette technique est nommée MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion).

Figure 1.21: Contrôle des courants par M.L.I.

Avec ce système, l'ondulation des courants est variable mais la fréquence de commutation est fixe. Cela implique que le régime de commutation de l'onduleur est mieux contrôlé que dans le cas précédent. En contrepartie, il faut mettre en uvre des régulateurs performants susceptibles d'assurer un suivi correct des références dont l'amplitude et la fréquence varient (fig. 1.22).

Figure 1.22: Réponse du courant dans la phase 1 par contrôle à MLI.

Si le fonctionnement de ces régulateurs ne pose pas de problème à basse vitesse, il n'en est plus de même pour les vitesses élevées. En effet, pour que le fonctionnement soit encore satisfaisant, il faut que les régulateurs aient une bande passante suffisante sans être perturbés par la modulation et qu'ils soient insensibles aux perturbations dûes aux f.e.m de la machine.

La modulation dite sinus-triangle ou MLI sinusoïdale, ou MLI naturelle, est une modulation de type MLI dont la dent de scie, appelée porteuse est comparée à un signal sinusoïdal appelé tension de référence ou modulante. On peut définir un gain statique ($G_0$) qui est fonction de l'amplitude de la porteuse ($v_p$) ainsi que de la tension d'alimentation ($\frac{E}{2}$). Si l'on reprend une branche de l'onduleur (figure 1.23), le gain est défini par;

$$G_0=\frac{E}{2v_p}$$ (1.91)

Figure 1.23: M.L.I sinus-triangle.

Cependant, en régime dynamique, il existe un retard entre l'instant où la tension de référence varie et où la commande agit. Ce retard peut être modélisé par une constante de temps statistique que l'on introduit dans la fonction de transfert qui devient:

$$G_{s}=\frac{G_0}{1+\tau s}$$ (1.92)

Les instants d'échantillonnage de la modulation sinus-triangle ne sont pas répartis à des intervalles équidistants. Pour une référence sinusoïdale, on définit trois grandeurs:

• l'indice de modulation $m$ égal au rapport de la fréquence de modulation sur la fréquence de référence,

• le coefficient de réglage en tension ou modulation d'amplitude $r$ est égal au rapport de l'amplitude de la tension de référence à la valeur crête $v_p$ de l'onde de modulation.

• l'angle de calage $\xi$ (pour une M.L.I synchrone)

La modulation est synchrone si $m$ est entier. La tension de sortie est périodique de période $\frac{1}{f_{reference}}$. La modulation est asynchrone dans le cas contraire, en particulier, lorsque la tension de référence varie continuement.

Pour une modulation synchrone, les harmoniques de tension se situent autour de la fréquence de la dent de scie. Lorsque m est suffisamment important ($m\geq 15$), les raies se répartissent par groupe aux rangs des harmoniques : 1, ($m-2,m,m+2$), ( $2m-5,2m-3,2m-1,2m+1,2m+3,2m+5$)...

L'augmentation de $m$ rejette les premiers harmoniques non nuls vers les fréquences élevées et facilite donc le filtrage. Mais, $m$ est limité par les temps de commutation des interrupteurs du convertisseur et donc par la largeur minimale des impulsions.

Pour une modulation asynchrone, la minimisation des sous-harmoniques implique un indice de modulation élevé incompatible avec une fréquence de référence élevée. Il est donc nécessaire de changer de mode lors d'une montée en fréquence.

Par action sur $r$, on peut théoriquement faire croître l'amplitude du fondamental de 0 jusqu'au maximum. En pratique, le déchet de tension est augmenté par le respect des temps de conduction minimum et maximum. En régime triphasé, les harmoniques de rang multiples de 3 sont naturellement éliminées. L'injection d'un harmonique 3 dans la référence permet de diminuer le déchet sans polluer le spectre [33]. Cette M.L.I est particulièrement bien adaptée à l'électronique analogique mais est difficilement utilisable en numérique