Modélisation des convertisseurs à découpage pour la conception et la commande : application à l'onduleur

= Switching converter modelling for CAD and control : application to the inventer

• Auteur / Autrice : Philippe Lautier
• Direction : Jean-Marie Rétif
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon (Rhône ; 1992-2007)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Rétif

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande électronique

Graphes de lien

Transistors bipolaires

Onduleurs (électricité)

Électronique de puissance

Résumé

La grande disparité des échelles de temps dans les systèmes à base de convertisseurs à découpage, implique des temps de simulation prohibitifs dans un contexte de conception globale de l'ensemble ou de commande. Nous présentons une méthode systématique de construction de schémas électriques moyens équivalents, communément appelés ''modèles moyens'', permettant de représenter, avec une très bonne précision, les grandeurs variant lentement devant la fréquence de découpage du convertisseur. La construction de ces modèles est basée sur le formalisme des graphes de liens et l'analyse de la causalité algébrique. Ainsi, dans les cas de systèmes causaux, les équations représentant le système n'admettent qu'une solution unique. Les risques de divergence de la simulation sont donc limités. Les méthodes de mesure et d'extraction des paramètres de ces modèles sont présentées et comparées aux besoins des modèles de comportement. Nous avons appliqué ces principes au cas de l'onduleur triphasé. Un banc de test de 30 kW, équipé d'un système de commande ''temps réel'' a été mis en place et modélisé, pour la validation des simulations. Les résultats obtenus sont très proches de l'expérimentation. La sensibilité du modèle du convertisseur à ses différents paramètres a ensuite été discutée dans un objectif de simplification du modèle et des étapes d'identification. Dans la majorité des cas, seule la prise en compte des temps morts est indispensable. Enfin, un exemple d'exploitation des modèles moyens en automatique est donné. Il consiste à compenser les distorsions dues au convertisseur de manière à se ramener à un convertisseur idéal. Cette compensation a été testée sur notre banc d'essais et donne de bons résultats, sans augmenter le temps de calcul de la boucle de commande.

The large time scale disparity of switching converter based Systems, implies prohibitive simulation times for the conception of global Systems or control loops. We présent a systematic method to build the équivalent averaged electric circuits, usually called ''averaged models''. Those models represent with a good accuracy the ''slow variables'' (compared to the switching frequency). The model building method is based on bond graph formalism and algebraic causality analysis. Thus the simulation divergence risks are limited. The parameters measurement and Computing methods are presented and compared with the behavioural model needs. The averaged model parameters are easier to identify than the behavioural model ones. A 30kW test bench, with a real time control System, has been developed in order to validate the simulations. The results are pretty close to the expérimentation. Then the parameter sensitivity of the model has been discussed in order to simplify the model and its parameter extraction phases. In the main cases, we only need to take the dead times into account. Finally, an example of using the averaged model in Automatics is given. We compensate the converter distortions in order to generate idéal signais. This compensation has been put into opération in our test bench and gives good results. The processing time of the control loop was not increased by the compensation algorithm.