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Onduleur MLI, pseudo sinus

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Le plus utilisé désormais : modulation de largeur d'impulsion

Onduleur MLI brut puis MLI filtré


Vidéo et photo de MLI en triphaséMLI triphasée fournie par un convertisseur de fréquence : variateur de vitesse pour moteur triphasé (asynchrone ou synchrone) constitué d'un redresseur puis de 3 onduleurs déphasés de 120°...




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Avantages inconvénients versus découpage du sinusoïdal

Avantages de la MLI, Rapport cyclique variable
  • Fréquence libre, jusqu'à > 1 Mhz, plus de souci d'inertie
  • Très précis : 10.0% du temps de conduction Us = 10.0% de Ue !
  • Absolument linéaire : on part d'un courant continu lisse
  • Très rapide de par la fréquence de découpage réglable
Inconvénients de la MLI
  • Génère des parasites Haute Fréquence : souci en CEMVoir nos cours sur la compatibilité électromagnétique
  • Complexe à maintenir, dépanner
  • Encore plus coûteux pour les applications domestiques

Avantages des gradateurs
  • Simples, robustes et peux coûteux
  • Parasites Basse Fréquence, plus faciles à maîtriser pour les non électroniciens
  • Facile à maintenir, réparer
Inconvénients des gradateurs
  • Toléré uniquement par des process lents (moteurs, résistances)
  • Fonction sinus : 10% de retard de Us qui n'est pas du tout égal à 10% de Ue !
  • Bruyant : le découpage du 50 Hz est audible, cela peut gêner...




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Pourquoi et comment la MLI ?

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Pertes sinus vs MLI
Réaliser un tel signal, une sinusoïde bien propre, est techniquement possible ! Mais à partir de la tension continue en pointillés, toute la surface rouge est perdue en pertes Joule dans les transistors, avec un rendement d' ≃ 50% : inacceptable Sur un amplificateur audio haute-fidélité, perdre 50% de 100 Watts, n'est pas dramatique mais dans un variateur 100 kW, perdre 50 kW et les dissiper n'est ni responsable ni envisageable !
(bien des amplificateurs audio fonctionnent aujourd'hui en classe D et donc en MLI !)
!
MLI échantillonnage sinus
L'idée consiste à réaliser un échantillonnage (le signal gris en escalier), on mesure le signal à reproduire X fois par seconde. Ce procédé était déjà utilisé dans les premier CD audio qui ont succédé aux vinyles...
MLI échantillonnage fin sinus
Ici l’échantillonnage est plus fin, se fréquence est plus grande mais le bon choix est un compromisPour un CD : 44.1 kHz, à peine 2 fois le son le plus élevé à reproduire c'est peu mais dû aux supports de l'époque peu capables de stocker plus de données !. Pour les variateurs un échantillonnage trop élevé fait perdre de la puissance à cause de l'inductanceQuand la fréquence augmente, l'impdance augmente ce qui diminue l'intensité et par conséquence : le couple moteur ! des bobines des moteurs...
MLI escalier vers MLI
L'escalier en gris est converti pour chaque marche en son équivalent MLI (voir en connexes le cours découper commuter). Ainsi, le signal bleu est généré...
MLI pseudo-sinus
Voici notre signal MLI en bleu, qui une fois intégré ou filtréMLI filtrée
Avec bobines et condensateurs, vu en vidéo, on lisse la MLI pour s'approcher du signal d'origine, les pertes sont faibles ≃ 10%.
Mais les moteurs ne bénéficient pas souvent de tels filtres qui protègent bien des parasites : voir cours CEM, car de par leur inertie ils l'intègrent et font naturellement la 'moyenne' de la MLI...
reproduira le signal d'origine en vert ! Ici le vrai signal MLIMLI convertisseur de fréquence
Voici un MLI fourni par un convertisseur de fréquence, on notera que la fréquence échantillonnage élevée : ici 20 kHz pour reproduire du 50 Hz : 400 mesures par période !
d'un variateur (ou onduleur pseudo-sinus).
Onduleur MLI signal complet
Enfin le signal final, avec les alternances positives et négatives !

Onduleur MLI triphasé

MLI triphasée
Ci-dessus le signal issu d'un onduleur triphasé :

Les 3 onduleurs en sortie d'un convertisseur de fréquence aussi nommé variateur de vitesse pour moteur asynchrone.




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La MLI/PWM en action !

Lorsque la fréquence diminue, la tension doit elle aussi diminuer (loi U/F), c'est en modifiant le temps de conduction que le variateur permet cela en mode commutation. Jouez avec le curseur sous la sinusoïde :

Le curseur règle la consigne U (tension)
50%

Vous devez retrouver le même élargissement des impulsions que dans la vidéo à ceci près que cette animation pédagogique ne représente que 7 cycles (impulsions) par alternance.
Le nombre de cycles dépend de la durée et donc de la période de la fréquence de modulation de largeur d'impulsion. Plus la fréquence est élevée, plus fine sera la reproduction du signal visé (le sinus). Toutefois une fréquence élevée procure un plus mauvais rendement (pertes lors des transitionsLors des passages de 0 à 1 et 1 à 0 (ouvert vers fermé et l'inverse), les transistors sont dans une zone résistive très brève car liée à leur temps de commutation mais moins négligeable quand la fréquence et donc le nombre de transitions augmente... Voir Conseil+ en fin de cours) et diminue la puissanceVu en cours sur les inductances, le moteur est constitué de bobines donc l'impédance augmente avec la fréquence. En simplifié, le moteur absorbe moins d'intensité et perd donc du couple et de la puissance (P = tension × intensité) convertie par le moteur.
MLI 60 Jz à 2 hHz de désoupage
Alternance provenant d'un convertisseur variateur de fréquence réglé à 60 Hz pour 2 kHz de découpage :
Soit ≃ 17 impulsions par alternance.




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MLI, choix de fréquence et loi U/f, filtrage SINUS


Vidéo mettant en évidence de la loi U/f avec mesure RMS et oscilloscope.
Puis avec le filtrage du signal par un filtre : élément blindé LC.




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Le signal ci-dessous est un signal......


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Crée le 09 / 06 / 2017, der. màj le 01 / 07 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 4310 fois
Difficulté : ★★★☆☆
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