Onduleur autonome à modulation de largeur d’impulsion (M LI)

a/ Justification :

Les onduleurs à source de tension génèrent des tensions et des courants dont la composante harmonique est relativement élevée. Ces harmoniques produisent des couples pulsatifs.  Quand le moteur tourne à une vitesse relativement élevée, ces pulsations sont amorties par l’inertie mécanique.

Cependant, à basse vitesse, elles peuvent produire une vibration considérable. Dans certaines applications, comme les machines outils, ces vibrations sont inacceptables si la haute précision est recommandée. Dans ce cas, un système d’entraînement utilisant un onduleur à modulation de largeur d’impulsion (MLI) est la solution.

b/ Schéma de principe :

Ce type de variateur est composé d’un pont redresseur qui produit une tension constante, d’un filtre et d‘un onduleur à thyristor ou à transistor. Grâce aux signaux émis par l’unité de commande d’allumage, l’onduleur génère une série d’impulsions de tension positives d’amplitude constante, suivies par une série d’impulsions semblables mais de signe contraire. La largeur de ces impulsions et les intervalles les séparant sont ajustés de sorte que la forme d’onde se rapproche d’une sinusoïde. À basse fréquence, les impulsions sont moins larges ce qui donne une tension efficace moins grande permettant de garder le rapport tension fréquence constant.

c/ Formes d’onde :

Une tension sinusoïdale u (fréquence fu) de référence est comparée à une onde triangulaire v (fréquence fv). La sortie du comparateur permet de commander d’une façon complémentaire les deux transistors du bras.

Les transistors des autres bras sont commandés de la même manière mais avec un déphasage de 120°.

La composante fondamentale du signal obtenu possède la même fréquence que le signal de référence. Cette fréquence étant calculée par le circuit de contrôle.

Le courant filtré par l’inductance de l’enroulement de la machine est quasi sinusoïdal.

Pour éliminer les harmoniques de rang pair et les harmoniques de rang 3, le rapport de modulation m=fv/fu est impair, multiple de 3 et de l’ordre de la centaine.

Allures du courant et de la tension pour des rapports de modulation différents :

d/ Caractéristiques de la commande MLI :

La commande de l’onduleur MLI est effectuée par ordinateur.  Le logiciel tient compte de l’amplitude et de la fréquence désirées, et ajuste la largeur et le nombre d’impulsions en conséquence, de façon à optimiser la performance du moteur. La fréquence de découpage ou porteuse peut être supérieure à 10 Khz dans certains variateurs. On utilise ce type d’entraînement pour commander les moteurs d’induction dont la puissance est comprise entre 500w et 500Kw.  Le rapport des vitesses peut être aussi élevé que 100 à 1.

Les variateurs à MLI de basse puissance utilisent des transistors IGBT « Insulated Gate Bipolar Transistor ».  Leur circuit équivalent  correspond à un transistor bipolaire combiné à un transistor MOS. Ce transistor permet une réponse en fréquence jusqu’à 20Khz et peut supporter des courants pouvant atteindre 600A. Il existe des ponts onduleurs à six transistors de puissance IGBT. Ces ponts sont appelés IPM « Intelligent Power Module ».