Faculté Technologie

Département Electrotechnique

1. But du TP

On se propose dans cette activité, après avoir mis en évidence les propriétés d’échanges de puissances entre 2 réseaux, d’étudier des solutions d’optimisation de ce transfert centré sur l’onduleur MLI.

 L’onduleur MLI au secours du réseau pour la compensation d’énergie réactive, l’absorption sinusoïdale et enfin la génération de courants harmoniques de substitution au réseau encore connu sous le nom de filtre actif parallèle.

Les dispositifs de dépollution ne changent pas les propriétés des récepteurs mais apportent leurs concours au réseau dans le transfert de puissance.

2. Principe de transfert de puissance entre 2 réseaux :

On considère la connexion de  2 sources de tension monophasées (cas non restrictif, un système triphasé étant décomposable en systèmes monophasés), notées V_a et V_b à travers une ligne caractérisée par une inductance l.

2.1 Exprimer la puissance active P véhiculée entre les 2  sources en fonction de  l, w, V_a, V_b  et q le décalage angulaire entre Va et Vb .

2.2 Sur quels paramètres peut-on agir afin de contrôler la puissance active P.

2.3 Exprimer de la même manière la puissance réactive Q absorbée par le réseau.

2.4 A l’aide d’un dispositif approprié, on réalise l’égalité des amplitudes de Va et Vb.

2.5 Représenter l’évolution de P et Q en fonction de q. Préciser les valeurs remarquables.

V représente le réseau E.D.F.  Il est à noter que les 2 réseaux ont une même pulsation notée w=2.ᴨ.f.

ð Exprimer, puis représenter l’évolution du courant efficace véhiculé par la ligne en fonction de V, l, w et q.

ð En déduire la puissance réactive Q_l absorbée par la ligne. Quelle est la contribution de chaque source à Q_l ?

2.6 On suppose que l’on maîtrise parfaitement le courant i en amplitude et en phase. Le courant i est la somme de deux courants dits actif et réactif notés respectivement Ia et Ir. L’axe du  courant actif est porté par  Va  qui est pris comme vecteur référence. L’axe du courant réactif est en retard de p/2.

ð Montrer à l’aide du diagramme de Fresnel que le transfert de puissance peut se faire dans les quatre quadrants P-Q.

ð Commenter ce transfert dans les cas particuliers où Ia = 0  , Ir¹0 et vice-versa .

3. Génération de la source Va, principe de l’onduleur M.L.I 

On vient de mettre en évidence que la maîtrise de I, permet le contrôle des puissances actives et réactives échangées. La source Va est générée par un onduleur M.L.I (Modulation de Largeur d’impulsion).

On vous propose dans un premier temps de mettre en évidence ses propriétés et dans  un deuxième temps d’étudier son comportement au service du réseau dans le cadre particulier de  compensateur de puissance réactive et de filtre actif parallèle.

La génération de la M.L.I est obtenue par comparaison d’un signal  triangulaire  u_p (t) communément appelé porteuse et un signal u_r(t) nommé modulante ou signal de référence.Les indices p et r sont attribués respectivement aux caractéristiques de la porteuse et du signal de référence.

Figure 1

3.1 Le signal u_r(t) une tension continue d’amplitude Ur. Représenter sur le document réponse  l’allure de Va. Exprimer le rapport cyclique noté d du signal V_k1 défini comme le rapport du temps de fermeture du dit interrupteur sur sa période de commande.

3.2 Exprimer la valeur moyenne de Va  en fonction de r  et de E. avec r = Ur/Ûp.

3.3 Le signal de référence est remplacé par une onde sinusoïdale. Ces signaux sont à des pulsations différentes w_p et w_r de telle sorte que w_p >> w_r. On appelle m  indice de modulation le rapport de w_p/w_r. On appelle  r  profondeur de modulation le rapport des amplitudes crête :  Ûr/Ûp.

Représenter sur le document réponse   l’allure de Va  pour r = 0.75 et r = 10. Préciser la fréquence du signal Va.

3.4 Exprimer la tension Va sous la forme d’une série de Fourier. Cette décomposition sera menée sur une période T_p. On pourra poser r_m = (Ûr/Ûp).

3.5 Pour m >> 10, Exprimer Il est légitime dans ce cas d’assimiler Va (t) à sa valeur moyenne définie sur Tp. Exprimer alors le fondamental de la tension Va relativement à la fréquence de la modulante.

3.6 On désire i(t) = 100. Sin (w.t-p/4). Exprimer u_r(t) la modulante à appliquer avec V = 230 V et l = 1 mH. E = 1200 Volts.

4. Contrôle des gradeurs électriques du réseau

   Nous venons de voir comment créer la source Va , après avoir mis en évidence les propriétés de transfert de puissance entre cette source et le réseau.

   La suite de notre étude est consacrée au contrôle du courant véhiculé  par la ligne. Nous avons vu que contrôler le vecteur I,  revient à maîtriser le transfert des puissances.  Cela passe donc par des boucles d’asservissements. Le propos ici n’est pas de définir ni de caractériser ces boucles. En revanche on admettra qu’elles remplissent parfaitement leurs rôles.

   Le schéma suivant montre le principe employé afin d’asservir le courant injecté par l’onduleur M.L.I. On génère une consigne sinusoïdale qui est comparée avec le courant généré par l’onduleur. L’erreur ainsi obtenue est corrigée grâce à un correcteur P.I  dont le signal de sortie sert de modulante.

   Sur ce principe la consigne peut-être une série de Fourier. En effet le comportement global de celui-ci est la somme des comportements élémentaires vis à vis de chaque harmonique.

   Cependant la richesse harmonique de la consigne peut provoquer des disfonctionnements de l’onduleur, compte-tenu des valeurs limites de la tension Va qui elle-même dépend des sources de tensions continues.

Figure2 : Principe d’asservir le courant injecté par MLI