Variable speed drive with low electromagnetic emissions: multilevel inverter and new modulation strategies. Variateur de vitesse à impact électromagnétique réduit : onduleur multiniveaux et nouvelles stratégies de modulation

Archive ouverte : Thèse

Videt, Arnaud

Edité par HAL CCSD

Among power electronic converters, variable speed drives are responsible for high frequency electromagnetic disturbances such as common mode currents and motor overvoltages. This work aims at reducing these phenomena by using a multilevel converter controlled with new modulation schemes. A state of the art of existing attenuation techniques is presented, and the three-level neutral-point-clamped (NPC) inverter is retained as direct- to alternative-current converter topology. A new pulse-width-modulation (PWM) strategy is developed for the reduction of common mode currents generated by the inverter. The power switches commutation process is analyzed and modelled in order to establish specific constraints that maximize the efficiency of the proposed strategy. Meanwhile, the use of long cables between drives and electric machines highlights a drawback regarding motor overvoltages, which is kept under control by appropriate use of the degrees of freedom of the new PWM. Eventually, the issue of neutral point balancing is worked out. The proposed modulation strategy is experimentally implemented through a new carried-based modulator, and measurement results confirm a five-decibel gain on common mode currents upon conventional strategies while ensuring motor overvoltages limitation as well as neutral point balancing. . Parmi les convertisseurs d'électronique de puissance, les variateurs de vitesse utilisés pour l'alimentation des machines électriques sont source de perturbations électromagnétiques à haute fréquence telles que les courants de mode commun et les surtensions aux bornes des moteurs. Le travail porte sur la réduction de ces perturbations par l'emploi d'un convertisseur multiniveaux associé à de nouvelles lois de commande rapprochée. Après un état de l'art des méthodes d'atténuation existantes, l'onduleur à trois niveaux de type neutral-point-clamped (NPC) est retenu comme structure de conversion continu-alternatif et une nouvelle stratégie de modulation de largeur d'impulsion (MLI) est développée en vue de réduire les courants de mode commun générés par l'onduleur. Les phénomènes entrant en jeu dans les commutations des interrupteurs de puissance sont analysés et modélisés afin d'établir des contraintes de commande permettant de maximiser les performances de la MLI proposée. Parallèlement, l'utilisation de câbles longs entre le variateur et la machine soulève une contrepartie vis-à-vis des surtensions moteur qui est maîtrisée par l'exploitation adéquate des degrés de liberté de la nouvelle MLI. Enfin, la problématique de régulation du point milieu capacitif du bus continu est abordée. La stratégie proposée est implantée expérimentalement par l'intermédiaire d'une modulation naturelle par porteuses, et les résultats de mesure montrent un gain de cinq décibels sur les courants de mode commun par rapport aux stratégies classiques tout en limitant les surtensions générées aux bornes du moteur et en assurant l'équilibrage du bus continu.

• Contient
• Sujet
• Description
• Oeuvre