Ecole Supérieure de Technologie
-Berrechid-
Université Hassan 1er
-Settat-
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Figure 1 : Familles des convertisseu...
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Figure 4 : ML...
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Liste des figures 4
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9 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC
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I.2-Conve...
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Le redresseur commandé e...
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I.3-Module de génération d’un signal MLI :
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Figure 3 : MLI d’une simple impulsion
b) MLI multi...
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III-Les applications des onduleurs MLI :
III.1-Les...
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 INTRODUCTION
La PWM Pulse-width modulation ou mo...
43 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC
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II.2-Pourquoi l'utiliser ?
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II.4-Configur...
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49 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC
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Figure 10 : Table de configuration CCPxCON
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50 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC
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III-Etudes des composants :
III.1-Choix de l’inter...
51 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC
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III.2...
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Figure 16 : Test signal MLI 2
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EL IDRISSI Ramzi
SEMLALI Amine
AGHMADI Ahmed
Filiére :
Génie Industriel & Energies Renouvelables ( l'école supérieure de technologie de Berrechid )

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PFE Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877

  1. 1. Ecole Supérieure de Technologie -Berrechid- Université Hassan 1er -Settat- Sous le thème: « Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 » Présentée et soutenue par : EL IDRISSI Ramzi SEMLALI Amine AGHMADI Ahmed Le 03/06/2014 Filiére : Génie Industriel & Energies Renouvelables Encadré par : Mr. MAKER Hattab
  2. 2. 2 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Qu’il nous soit permis de dédier notre rapport de projet de fin d’études qui est le fruit de deux ans de formation à l’ESTB à tous ceux qui compatissent à nos chagrins et partagent nos bonheurs, qui nous enveloppent par leurs admirations, et à qui nous devons nos gratitude et nos reconnaissance. Notamment :  Nos chers parents Que DIEU les garde et les procure santé, bonheur, prospérité et longue vie.  Nos frères Pour leurs encouragements incomparables et sans limites.  Nos professeurs et nos amis fidèles Pour leurs soutiens et leurs conseils précieux, pour leurs compréhension et efforts.  Notre école et tous les membres de l’administration Pour leur fidélité, sacrifices et amour. Dédicace
  3. 3. 3 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Les paroles peuvent être parfois insuffisantes parce qu’elles ne peuvent traduire nos estimables reconnaissances envers toute personne qui nous a exprimé son soutien, son aide, son encouragement et sa collaboration pour arriver à fin de ce modeste travail. Très sincéres remerciemenrts : A notre ancadrant et professeur Mr MAKER Hattab pour sa disponibilité, ses efforts, ses conseils et ses critiques objectives sur la démarche de notre travail. Ainsi que nos professeurs, pour leurs conseils avisés. Nous avons apprécie leur disponibilité et leur patience. De plus leurs compétences indéniables dans le domaine de l’industrie. Nous remecions tous ceux qui, de prés ou de loin, on contribue à l’aboutissement de ce projet. En fin nous tenons à remercier tous les membres de jury qui nous ont fait l’honneur de jury ce projet. Remerciements
  4. 4. 4 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877  Chapitre I : Figure 1 : Familles des convertisseurs statiques Figure 2 : TRIAC & thyristors tête-bêche Figure 3 : Alimentation et réglage de la vitesse d'un moteur à courant continu Figure 4 : Pont monophasé Figure 5 : Pont triphasé Figure 6 : Un accumulateur avec dispositif de charge et un onduleur avec sortie filtrée Figure 7 : Variateur de fréquence Figure 8 : Convertisseur DC/AC Figure 9 : Circuit d’un pont en H Figure 10 : Principe de l’onduleur autonome Figure 11 : K en position (1) Figure 12 : Tension ud(t) à la sortie de l’onduleur Figure 13 : Pont de Graetz Figure 14 : Réglage de la vitesse de rotation d’un moteur synchrone Figure 15 : Alimentation de secours Figure 16 : Transfert d’énergie entre deux réseaux de fréquences différentes Figure 17 : Onduleur monophasé en demi pont Figure 18 : Onduleur monophasé en pont complet  Chapitre II : Figure 1 : Pont H de la commande symétrique Figure 2 : Signal de commande MLI Liste des figures
  5. 5. 5 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 3 : MLI d’une simple impulsion Figure 4 : MLI multiple Figure 5 : MLI sinusoïdale, génération des signaux de commande par une porteuse triangulaire sinusoïdale Figure 6 : Spectre d’harmoniques Figure 7 : Spectre de la tension de sortie Figure 8 : Harmoniques 3 et 5 éliminés  Chapitre III : Figure 1 : Montage NE555 pour MLI Figure 2 : Un montage à comparateur à hystérisis Figure 3 : Montage astable à portes logiques Figure 4 : La courbe bleue représente la tension relevée aux bornes du condensateur Figure 5 : Pont en H Figure 6 : Fonctionnement de pont en H Figure 7 : Le moteur tourne à droite Figure 8 : Le moteur tourne à gauche Figure 9 : Diagramme de PWM Figure 10 : Table de configuration CCPxCON Figure 11 : Caractéristique de opto-coupleur Figure 12 : Composants électroniques sur ISIS Figure 13 : Shéma de système ISIS Figure 14 : Simulation signal MLI sinus sur ISIS Figure 15 : Test signal MLI 1 Figure 16 : Test signal MLI 2 Figure 17 : Les composants électriques
  6. 6. 6 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Ce rapport est écrit dans le cadre d’un Projet de Fin d’Etudes en vue de l’obtention du diplôme de technicien supérieur en « Génie Industriel et Energies Renouvelables » depuis l’Ecole Supérieure de Technologie de BERRECHID. Le thème abordé est la réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877. Dans ce rapport nous avons traité trois chapitres : Généralités sur les onduleurs Généralités sur les commandes des onduleurs Partie pratique : La réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PC16F877 Mots clefs : Onduleur, Convertisseur, Monophasé, Autonome ,MLI,PIC 16F877 Résumé
  7. 7. 7 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Dédicaces 2 Remerciements 3 Liste des figures 4 Résumé 6 Sommaire 7 Introduction générale 9 Chapitre I : Généralités sur les onduleurs I.Familles de convertisseurs statiques 11 I.1.Le GRADATEUR 12 I.2.Le HACHEUR 13 I.3.Le REDRESSEUR 14 I.4.L’ONDULEUR 16 II.Généralité sur les onduleurs 19 II.1.Définition 19 II.2.Principe de fonctionnement 19 II.3.Classification des onduleurs . 20 II.4.Le role de l’onduleur 23 II.5.Applications 23 III.Onduleur monophasé 25 III.1.Onduleur monophasé à demi-pont 25 III.2.Onduleur monophasé à pont complet 26 IV.Les commandes des onduleurs 26 IV.1.Commande symétrique 26 IV.2.Commande décalée 27 IV.3.Commande MLI 27 Chapitre II : Généralités sur les commandes des onduleurs Sommaire
  8. 8. 8 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I.Les différents types des commandes 29 I.1.La commande symétrique 29 I.2.La commande décalée 32 I.3.Module de génération d’un signal MLI 34 I.4.Différents types des commandes MLI 34 II.Onduleur en MLI 38 III.Les applications des onduleurs MLI 39 III.1.Les variateurs de vitesse 39 Chapitre III : Partie pratique : Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I.Les technologies possibles pour générer un MLI 42 I.1.Montage NE555 42 I.2.Un montage à comparateur à hystérisis 43 I.3.Montage astable à portes logiques . 43 II.Technologie des microcontroleurs 45 II.1.La technologie de la commande d’un pont en H 45 II.2.Pourquoi l’utiliser 46 II.3.Comment le pont en H fonctionne-t-il 46 II.4.Configuration de PIC16F877 47 III.Etude des composants 50 III.1Choix de l’interrupteur éllrctronique 50 III.2.Le microcontroleur PIC 16F877 51 IV.Simulation de shéma électrique sur PROTEUS ISIS 52 IV.1.L’édition de shéma électrique 52 IV.2.Shéma de systéme 53 IV.3.Simulation de shéma ISIS 53 IV.4.La simulation globale de circuit sur PROTEUS ISIS 54 V.Le cout de projet 55 Conclusion gérnérale 57 Webographie 58
  9. 9. 9 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Dans le cadre de notre formation du semestre 4, nous allons realiser un projet d'etudes. Le but de ce projet est de mettre en oeuvre nos competences sur la conception et la realisation d'un système electronique ou electrotechnique, ainsi que sur la redaction de son rapport. Nous avons choisi de realiser un onduleur autonome de voiture; le but etant d'avoir une tension de 230V alternatif a partir d'une tension de 12V Continu. Nous allons donc commencer par l’étude théorique et finir par l’étude pratique. Introduction générale
  10. 10. 10 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877
  11. 11. 11 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877  INTRODUCTION L’énergie électrique est surtout distribuée sous forme de tensions alternatives ou sinusoïdales. Les besoins actuels (en sources de tensions variables aussi bien alternatives que continues), nécessitent l’emploi de convertisseurs d’énergie électrique notamment : le hacheur, l’onduleur, le gradateur et le redresseur.Et pour réaliser ces convertisseur, il faut utiliser les dispositifs électroniques notamment les semi-conducteurs, thyristors, GTO, transistors, diodes ...etc. I-Familles des convertisseurs statiques :  Définition : Un convertisseur statique est un système permettant d'adapter la source d'énergie électrique à un récepteur donné. Exemples : _ On trouve un convertisseur alternatif continu dans l’alimentation d’appareils électroniques (TV, ordinateurs, chargeurs de téléphones…) qui transforment la tension alternative sinusoïdale du réseau EDF en tension continue. _ Un onduleur de secours transforme la tension continue des batteries en tension alternative pour alimenter, par exemple, du matériel informatique. Suivant le type de machine à commander et suivant la nature de la source de puissance, on distingue plusieursfamilles de convertisseurs statiques (schéma ci-dessous) :
  12. 12. 12 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 1 : Familles des convertisseurs statiques  Structure des convertisseurs : I.1-Conversion ALTERNATIF/ALTERNATIF : Le GRADATEUR Le gradateur est un montage qui permet de faire varier la valeur de la tension efficace aux bornes d'une charge telle qu'un moteur sans changer la fréquence de l'onde alternative de la source. Ce montage est très fréquent dans le domaine domestique, au niveau notamment des variateurs de lumière pour lampes halogènes. La structure de base repose sur un interrupteur électronique capable de conduire dans les deux sens à l'état passant et de supporter une tension également dans les deux sens à l'état bloqué.Cet interrupteur peut être alors réalisé : _ Soit avec 1 seul composant : le triac _ Soit en assemblant deux thyristors tête-bêche
  13. 13. 13 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 2 : TRIAC & thyristors tête-bêche I.2-Conversion CONTINU/ CONTINU : Le HACHEUR Le hacheur permet d'alimenter une charge sous une tension continue réglable à partir d'une source continue fixe. Cette source peut être par exemple une batterie d'accumulateurs ou provenir d'une autre conversion préalable comme un redresseur à diodes. On obtient une tension de valeur moyenne variable en établissant et interrompant périodiquement l'alimentation de la charge par la source grâce à des interrupteurs électroniques. Exemple d’utilisation des hacheurs : _ Alimentation et réglage de la vitesse d'un moteur à courant continu. En utilisant une source de tension fixe, le hacheur est très utilisé pour faire varier la vitesse des moteurs à courant continu à excitation séparée (schéma ci-dessous):
  14. 14. 14 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 3 : Alimentation et réglage de la vitesse d'un moteur à courant continu I.3-Conversion ALTERNATIF/CONTINU : Le REDRESSEUR Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue. On l’utilise pour alimenter un récepteur en continu à partir du réseau de distribution alternatif. Le redresseur non commandé est composé de diodes montées en pont. Ici en pont monophasé (appelé pont de GRAETZ).
  15. 15. 15 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 4 : Pont monophasé Le redresseur commandé est composé de thyristors montés en pont. Ici en pont triphasé. Figure 5 : Pont triphasé
  16. 16. 16 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I.4-Conversion CONTINU /ALTERNATIF : l’ONDULEUR Un convertisseur continu-alternatif permet d’obtenir une tension alternative (éventuellement réglable en fréquence et en amplitude) à partir d’une source de tension continue. Exemples d’utilisations des onduleurs : _L'onduleur de secours pour le matériel informatique permet d'assurer la continuité de l'alimentation en cas de coupures sur le réseau. Il permet aussi de filtrer les éventuels défauts de la tension du réseau (parasites ou surtensions). La structure comprend un accumulateur avec dispositif de charge et un onduleur avec sortie filtrée (schéma ci-dessous) : Figure 6 : Un accumulateur avec dispositif de charge et un onduleur avec sortie filtrée
  17. 17. 17 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 _ En ce qui concerne les applications industrielles, nous rencontrerons l’onduleur en sortie des variateurs de fréquence pour alimenter les moteurs asynchrones. Figure 7 : Variateur de fréquence  Choix de l'interrupteur électronique adéquat : L'interrupteur électronique qui doit réaliser la fonction voulue est soumis à une contrainte de tension (imposée par la source) et par une contrainte de courant (imposée par la charge). Il existe de multiples interrupteurs électroniques et il conviendra de bien les choisir, citons les 3 plus courants à partir desquels on peut en construire d'autres :
  18. 18. 18 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 La diode : La diode est un composant unidirectionnel en courant et unidirectionnel en tension. Cela signifie qu'on la détruit si on lui impose un courant ou une tension de polarité interdite. Les zones de fonctionnement autorisées de la diode sont indiquées sur la caractéristique statique ci-dessus : en rouge la zone de conduction et en bleu la zone de blocage .C'est la source qui imposera généralement la valeur de la tension de blocage et la charge qui imposera généralement la valeur du courant de conduction : il ne faudra pas que ces valeurs sortent de la plage autorisée pour le type de diode choisie. Le thyristor : Il possède une troisième électrode (broche) appelée gâchette et qui permet de le débloquer. Il reste donc bloqué si l'opérateur n'agit pas sur la gachette (tension positive entre gâchette et cathode sous forme d'impulsions répétées de 1 V crête environ). Une tension Vk positive peut donc se développer à ses bornes, contrairement à ce qui était observé avec une diode, lorsque le thyristor est bloqué. Lorsque le thyristor est passant, rien ne le distingue d'une diode.
  19. 19. 19 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Le transistor : Il possède également une troisième broche, comme le thyristor. Mais, contrairement à ce dernier, cette troisième broche appelée "base" permet non seulement de débloquer le transistor (tension base - émetteur de l'ordre de 0,7 V) mais aussi de le bloquer (tension base - émetteur nulle). En revanche il n'admet pas de tension vK négative à ses bornes, contrairement au thyristor : II-Généralité sur les onduleurs : II.1-Définition : -Les convertisseurs de courant continu en courant alternatif sont appelés des onduleurs. La fonction d’un onduleur est de convertir une tension continue d’entrée en une tension de sortie alternative symétrique d’amplitude et de fréquence désirée. Tension continue Tension alternative Figure 8 : Convertisseur DC/AC
  20. 20. 20 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 II.2-Principe de fonctionnement : -Les onduleurs sont basés sur une structure en pont en H, constituée le plus souvent d'interrupteurs électroniques tels que les transistors de puissance ou thyristors. Par un jeu de commutations commandées de manière appropriée (généralement une modulation de largeur d'impulsion), on module la source afin d'obtenir un signal alternatif de fréquence désirée Le pont en H est une structure électronique servant à contrôler la polarité aux bornes d'un dipôle. Il est composé de quatre éléments de commutation généralement disposés schématiquement en une forme de H d'où le nom. Les commutateurs peuvent être des relais, des transistors, ou autres éléments de commutation en fonction de l'application visée. Figure 9 : Circuit d’un pont en H Le pont en H permet de réaliser 2 fonctions qui sont d'inverser le sens de rotation du moteur, en inversant la tension aux bornes du moteur et la variation de la vitesse du moteur en modulant la tension aux bornes du moteur. -Pour réaliser un onduleur autonome, il suffit de disposer d’un interrupteur inverseur K et d’une source de tension continue E .
  21. 21. 21 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 10 : Principe de l’onduleur autonome Lorsque K est en position (1), on obtient le montage de la figure 11. Figure 11 : K en position (1) Soit : Ud (t) = E Lorsque K est en position (2), on obtient: Ud (t) = -E La figure 12 donne la forme de Ud(t) sur une période complète de fonctionnement. Figure 12 : Tension Ud(t) à la sortie de l’onduleur
  22. 22. 22 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 II.3-Classification des onduleurs : Il existe plusieurs centaines de schémas d`onduleurs, chacun correspondant à un type d`application déterminé ou permettant des performances recherchées. Les onduleurs sont en général classés selon les modes de commutation de leurs interrupteurs. -Onduleurs autonomes : C’est un système qui nécessite des composants commandés à la fois à la fermeture et à l'ouverture, de fréquence variable. Il n'a pas toujours besoin de réseau électrique pour fonctionner ; par exemple un convertisseur de voyage que l'on branche sur la prise allume-cigare d'une voiture utilise le 12 V continu du véhicule pour générer du 120 ou 230 V, alternatif en 50 ou 60 Hz . -Onduleurs non autonomes : Un onduleur non autonome est un montage redresseur tout thyristors (pont de Graetz) qui, en commutation naturelle assistée par le réseau, auquel il est raccordé, permet un fonctionnement en onduleur. Les thyristors sont commandés juste à la fermeture et la commutation est "naturelle" contrairement à l'onduleur autonome. L'application principale de ce type d'onduleur se trouve dans les variateurs pour moteurs synchrones de très forte puissance où les thyristors sont souvent les seuls composants utilisables. Un pont de diodes ou pont de Graetz est un assemblage de quatre diodes montées en pont (montage similaire à celui d'un pont de Wheatstone) qui, en régime monophasé, redresse le courant alternatif en courant continu, c’est-à-dire ne circulant que dans un seul sens.
  23. 23. 23 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 13 : Pont de Graetz II.4-Le role de l’onduleur : l'onduleur permet d'assurer la protection de nombreux appareils en cas de coupure de courant. C'est le cas, par exemple, des appareils industriels, des périphériques informatiques et des ordinateurs. Ce type de dispositif électronique peut être considéré comme un excellent moyen pour protéger les appareils contre la foudre, les micro-coupures, les variations de tensions, les parasites électriques et les coupures de courant. II .5-Applications :  Réglage de la vitesse de rotation d’un moteur synchrone La vitesse d’un moteur synchrone est fixée par la pulsation des courants statoriques. Pour changer de vitesse il faut donc changer la fréquence des tensions d’alimentation. Il faut donc redresser la tension du réseau puis l’onduler à la fréquence désirée. Figure 14 : Réglage de la vitesse de rotation d’un moteur synchrone
  24. 24. 24 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Remarque :pour que la puissance du moteur reste nominale lorsque la fréquence varie, il faut en fait conserver le rapport f /V constant (Si la fréquence augmente, il faut augmenter la tension d’alimentation proportionnellement).  Alimentation de secours Lors d’une panne d’électricité, un onduleur assure la continuité de l’alimentation des machines à partir de batteries. En informatique professionnelle, un onduleur est indispensable pour éviter la perte d’informations en cas de panne de secteur. Figure 15 : Alimentation de secours  Transfert d’énergie entre deux réseaux de fréquences différentes La France fournit de l’énergie électrique à la Grande-Bretagne, mais la fréquence du réseau anglais est 60 Hz. Il faut donc adapter la fréquence. Figure 16 : Transfert d’énergie entre deux réseaux de fréquences différentes
  25. 25. 25 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 III-Onduleur monophasé : On peut classifier les onduleurs selon leur régimes soient triphasé ou monophasé : L’étude réalisée doit s’articuler sur les onduleurs monophasé, et en fin de réaliser ce type on emploi un interrupteur inverseur et d’une source de tension continue. Et on utilise soient le montage en pont ou demi-pont. III.1-Onduleur monophasé à demi-pont : Il est constitué d’une seule cellule de commutation. Dans ce type on utilise deux interrupteurs bidirectionnels en courant et unidirectionnels en tension. E est une source de tension continue, réversible en courant. K1 et K2 sont deux interrupteurs électroniques, commandés de manière périodique :  0 < t < T/2 : K1 est fermé et K2 est ouvert : Us = +Ve (> 0 V)  T/2 < t < T : K1 est ouvert et K2 est fermé : Us = - Ve (< 0 V) La tension Us est alternative Le courant Us est alternatif Figure 17 : Onduleur monophasé en demi pont
  26. 26. 26 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 III.2-Onduleur monophasé à pont complet: Deux ce type on a deux cellules de commutation.Donc on a 4 interrupteurs avec des diodes antiparalléles. La tension de sortie peut prendre pour valeur +Ve, -Ve, 0 V. Cela implique une structure en pont. Figure 18 : Onduleur monophasé en pont complet  0 < t < T/2 : K1 et K3 sont fermés : Us = +Ve (> 0 V)  T/2 < t < T : K2 et K4 sont fermés : Us = - Ve (< 0 V) IV-Les commandes des onduleurs : IV.1-Commande symétrique : On appelle ce type de commande la "commande simultanée" car les interrupteurs k1 et k3 sont commandés simultanément (de même pour les interrupteurs k2 et k4). On l'appelle également "commande symétrique" car la tension V charge vaut +E ou -E.
  27. 27. 27 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 IV.2-Commande décalée : La commande décalée permet d'éliminer en partie les harmoniques et améliore donc le convertisseur. D'ailleurs l'allure du courant s'en ressent. Au niveau de la commande, il suffit de décaler la fermeture des différents interrupteurs dans un ordre précis. IV.3-Commande MLI dite aussi PWM (Pulse Width Modulation) : La commande dite MLI est la technique de commande la plus fréquemment utilisée avec les onduleurs (MLI scalaire et vectorielle) : elle a pour objectif de réduire les harmoniques de courants lorsque la charge est inductive (moteurs électriques par exemple). Il s'agit d'un filtrage naturel (sans l'aide de filtres additifs) uniquement réalisé par la stratégie de commande.  CONCLUSION Cette étude nous a permis de bien comprendre le principe d’une alternative de commande parmi plusieurs alternatives existantes pour assurer la commande des interrupteurs de l’onduleur. Nous avons étudié les 4 convertisseurs statiques qui jouent un role très important pour convertir l’énergie électrique, la classification des onduleurs et nous avons dit que les onduleurs sont en général classés selon les modes de commutation de leurs interrupteurs. Nous avons étudié aussi l’onduleur monophasé et donné une vision générale sur les 3 commandes des onduleurs.
  28. 28. 28 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877
  29. 29. 29 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I-Les différents types de commandes : I.1-La commande symétrique : Cette commande se résume à commander les interrupteurs K1 et K3 à la fermeture pendant une demi-période puis de commander K2 et K4 durant la deuxième demi-période. (Nous sous-entendons que les interrupteurs non commandés à la fermeture sont en fait commandés à l’ouverture). L’analyse se décompose en deux phases : - 1ère phase : K1 et K3 sont commandés à la fermeture de l’instant 0 à 2 T . Durant cette durée K2 et K4 sont ouverts. Nous obtenons donc le schéma équivalent très simple suivant : Figure 1 : Pont H de la commande symétrique la tension aux bornes de la charge aura donc la valeur uc = E. - 2ème phase : K2 et K4 sont à leur tour commandés à la fermeture de l’instant 2 T à T. Le schéma équivalent sera le suivant : E charge uc ic équivalent à E K1 K4 K3 K2 uK2 uK4 uc ic iK2 iK3 iK1 iK4 charge
  30. 30. 30 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Durant cette phase uc = -E Il suffit donc de dessiner des oscillogrammes suivant la charge choisie: a) Charge résistive R : E charge uc ic équivalent à E K1 K4 K3 K2 uK3 uK1 uc ic iK2 iK4 charge T T T T t uc (t) T/2 ik3 (t) t ic (t) T/2 tT/2 T/2 ik1 (t) ik2 (t)ik4 (t) éléments commandés à la fermeture K1 et K3 K2 et K4 E -E on obtient bien une tension alternative de valeur moyenne nulle l'allure du courant est identique car il est lié par la loi d'Ohm le courant dans les interrupteurs est toujours positif E/R - E/R E/R E/R les interrupteurs sont passants une demi période sur deux t
  31. 31. 31 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 La valeur efficace de la tension aux bornes de la charge est fixée par la tension d’alimentation. Nous obtenons donc les valeurs suivantes : Uc = E < uc > = 0 V b) Charge inductive RL : La charge inductive simule un moteur alternatif. Nous nous apercevons que pour cette charge, seul l'allure des différents courants change. Dans l'utilisation sur une charge résistive pure, nous voyons que les diodes sont inutiles. Elles trouvent leur fonction dans le cas d'une charge inductive. Elles évitent une discontinuité dans la conduction du courant et prennent donc le relais des transistors, quand ceux-ci bien qu'étant commandés à la fermeture, ne peuvent pas conduire car ils sont unidirectionnels. De plus, il faut remarquer que la charge fournie de la puissance à la l'alimentation quand les diodes sont passantes. Il s'agit de phases de récupération. Ces phases de récupération nécessitent d'utiliser des alimentations en tension réversible en courant.
  32. 32. 32 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I.2-La commande décalée : Cette commande, plus sophistiquée dans sa conception, est une première étape vers l'obtention d'un courant sinusoïdale. Si nous nous attachons à une analyse spectrale, nous verrions dans la commande précédente que la tension, ainsi que le courant, sont riches en harmoniques ce qui pose des problèmes pour une utilisation avec des moteurs(pertes joules, couples pulsatoires …). La commande décalée permet d'éliminer en partie ces harmoniques et améliore donc le convertisseur. D'ailleurs l'allure du courant s'en ressent. T T t uc (t) T/2 ik3 (t) t ic (t) T/2 ik1 (t) E -E TT/2 TT/2 TT/2 t t t éléments passants signe de la puissance échangée par la charge allure de la tension dite symétrique icmax - icmax T tT/2 ik2(t)ik4 (t) id1 (t)id3 (t) id2 (t)id4(t) l'allure du courant dépend de la charge et donc de la constante de temps L/R les transistors ne sont plus passants durant toute la demi période les diodes prennent le relais quand les transitors ne conduisent pas quand les diodes sont passantes, la puissance échangée par la charge est négative icmax icmax icmax icmax K1 et K3 K2 et K4 D1 D3 D2 D4 +- - +
  33. 33. 33 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Au niveau de la commande, il suffit de décaler la fermeture des différents interrupteurs dans un ordre précis(ordre donné ci-dessous). Nous traçons à nouveau les oscillogrammes. La puissance échangée par la charge comporte une phase de plus avec la commande décalée. Pendant deux intervalles de temps, elle est nulle : il s’agit de phase de roue libre. Au cours de ces intervalles, l’énergie emmagasinée par la bobine est cédée à la résistance car la tension aux bornes de la charge est nulle. De plus, nous retrouvons les phases de récupération. E -E - icmax icmax T T t uc (t) T/2 t ic (t) T/2 H1 H2 H3 H4 H2 éléments commandés à la fermeture 0 - + 0 - + H2 D1 D3 H3 H1 D4 D2 H2 H4 éléments passants signe de la puissance échangée par la charge
  34. 34. 34 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I.3-Module de génération d’un signal MLI : Un signal MLI (Modulation de Largeur d'Impulsions) ou PWM en anglais (Pulse Width Modulation) est un signal dont le rapport cyclique varie. La conversion numérique – analogique , C’est une manière simple et efficace de générer une tension analogique avec un microcontrôleur. Peu d’entre eux sont en effet équipés d’un convertisseur numérique analogique. Le principe est de générer un signal logique (valant 0 ou 1), à fréquence fixe mais dont le rapport cyclique est contrôlé numériquement. La moyenne du signal de sortie est égale au rapport cyclique : il suffit donc de mettre un filtre pour obtenir la valeur analogique recherchée. Figure 2 : Signal de commande MLI I.4-Différents types des commandes MLI : a) MLI simple : Cette MLI utilise une seule impulsion par demi-cycle et la largeur de cette impulsion fait varier l'amplitude de la tension à la sortie de l'onduleur.
  35. 35. 35 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 3 : MLI d’une simple impulsion b) MLI multiple : Figure 4 : MLI multiple
  36. 36. 36 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 C) MLI sinusoïdale : la largeur de chaque impulsion varie en fonction de l'amplitude d'une onde sinusoïdale évaluée au centre de la même impulsion Figure 5 : MLI sinusoïdale, génération des signaux de commande par une porteuse triangulaire sinusoïdale REMARQUE :  Aucune de ces techniques ne réduit de façon significative ce problème d'harmoniques.  La MLI permet de se rapprocher du signal désiré;  Elle génère dans les machines tournantes des oscillations du couple, des bruits acoustiques et des résonances électromagnétiques.  Elles injectent du bruit sur la commande et introduit des non linéarités qui peuvent déstabiliser le système.
  37. 37. 37 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Il est donc impératif de minimiser les harmoniques Le spectre est un histogramme fournissant l’amplitude de chaque harmonique en fonction de son rang et son importance. Figure 6 : Spectre d’harmoniques • Les harmoniques les plus fréquemment rencontrés dans le cas des réseaux triphasés, sont les harmoniques de rangs impairs. • Au-delà du rang 50, les courants harmoniques sont négligeables et leur mesure n’est plus significative. • les harmoniques de rang 3, 5, 7, 9, 11 et 13 sont les plus surveiller. • La compensation des harmoniques jusqu’au rang 13 est impérative, une bonne compensation prendra également en compte les harmoniques jusqu’au rang 25. On vérifie la suppression des harmoniques de rang 3 et 5 on remarquera que l’amplitude du fondamental a diminué et que celle des harmoniques restants a augmenté. Conclusion : cette stratégie permet d’augmenter la fréquence des premiers harmoniques et donc facilite le filtrage.
  38. 38. 38 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 II-Onduleur en MLI : La tension de sortie est composée de créneaux de tension de largeur variable (d’où le nom de MLI : Modulation de largeur d’impulsion, PWM : Pulse width modulation en anglais.) Les angles de commutation sont calculés de façon à éliminer un certain nombre d’harmoniques. Voici un exemple ou sont supprimés les harmoniques 3 et 5. Figure 7 : Spectre de la tension de sortie Figure 8 : Harmoniques 3 et 5 éliminés
  39. 39. 39 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 III-Les applications des onduleurs MLI : III.1-Les variateurs de vitesse : Constitution Les variateurs de vitesse sont constitués principalement d'un convertisseur statique et d'une électronique de commande. Les variateurs récents contiennent aussi un étage de correction du facteur de puissance afin de respecter les normes de compatibilité électromagnétique. En général, le convertisseur statique est un hacheur ou un onduleur. L'électronique de commande réalise la régulation et l'asservissement de la machine à travers le convertisseur statique de sorte que l'utilisateur puisse commander directement une vitesse. Sa conception dépend essentiellement de la stratégie de commande choisie (commande vectorielle, commande scalaire, etc.). Variation de vitesse pour moteur à courant alternatif Principe de fonctionnement Dans un moteur à courant alternatif, la vitesse mécanique du rotor est liée à la fréquence des courants au stator. Ce lien mathématique rend possible une commande de la vitesse du rotor par la commande de la fréquence du courant au stator. C'est ce que l'on appelle la condition de synchronisme qui s'exprime différemment selon que l'on considère une machine synchrone ou une machine asynchrone. Pour une machine synchrone, la condition de synchronisme est : Avec :  Ns, la vitesse de synchronisme en tours par minute  f, la fréquence d'alimentation en hertz  p, le nombre de paires de pôles
  40. 40. 40 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Pour une machine asynchrone, la condition de synchronisme est : Avec :  g, le glissement en %  Ns, la vitesse de synchronisme en tours par minute  N, la vitesse de l'arbre (vitesse réelle) en tours par minute Ainsi, il existe une relation directe entre le pilotage de la fréquence du courant au stator et la vitesse mécanique du rotor qui permet, pour toute vitesse mécanique souhaitée, de fixer la fréquence statorique correspondante. C'est sur ce principe que se base le fonctionnement du variateur de vitesse : commander une vitesse de rotation mécanique en commandant la fréquence du courant statorique. Bien que les machines à courant alternatif soient connues depuis le XIXe siècle, c'est l'amélioration des variateurs de vitesse (grâce aux progrès de l'électronique de puissance) qui va leur permettre de s'imposer sur les machines à courant continu. En particulier, la machine synchrone était autrefois difficile à commander faute de dispositif garantissant la condition de synchronisme entre le rotor et le stator. On réalisait alors un accrochage, c'est-à-dire un entraînement du rotor à l'aide d'une génératrice à la vitesse souhaitée avant d'alimenter le stator. Il existait aussi certaines machines synchrones équipées de bobines rotoriques en court-circuit pour permettre un démarrage en machine asynchrone puis un fonctionnement en mode synchrone.
  41. 41. 41 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877
  42. 42. 42 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877  INTRODUCTION La PWM Pulse-width modulation ou modulation de largeurs d’impulsions est unetechnique très utilisée dans les systèmes électroniques, partant des alimentations SMPS aux variateurs de vitesses de moteurs. I-Les technologies possibles pour générer un MLI( PWM) : I.1-Montage NE555 : Un montage simple et facile à reproduire doit essentiellement utiliser des composants courants et bon marché, si on parle de composant courant et dans la catégorie des circuits intégrés vous allez surement penser à un ne555. Figure 1 : Montage NE555 pour MLI
  43. 43. 43 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 I.2-Un montage à comparateur à hystérisis : Figure 2 : Un montage à comparateur à hystérisis I.3-Montage astable à portes logiques : Nous utilisons pour cela des portes NAND. Le circuit intégré 74HCT00 est un circuit TTL compatible CMOS, il a quelques propriétés des circuits CMOS mais s'alimente avec une tension unique : +5V. Il contient 4 portes NAND intégrées. Figure 3 : Montage astable à portes logiques
  44. 44. 44 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Principe du fonctionnement : A t = 0, on suppose que D est à l'état "1" et A est à "0". Le condensateur C se charge à travers RA jusqu'à ce qu'il apparaisse un état "1" au point B. Alors D passe à "0" et A passe à "1" grâce aux inverseurs que réalisent les portes NAND. Le condensateur C se décharge ainsi jusqu'à ce que B passe à "0" permettant à D de passer à "1". Le cycle se répète ainsi indéfiniment formant un signal rectangulaire dont la période dépend des valeurs de C et RA. Figure 4 : La courbe bleue représente la tension relevée aux bornes du condensateur Le signal que l'on trouve est très parasité par des signaux haute fréquence.
  45. 45. 45 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 On utilise des condensateurs de découplage sur l'alimentation et en sortie du signal pour filtrer ces signaux HF : le signal obtenu est quasi parfait. II-Technologie des microcontroleurs : II.1-La technologie de la commande d’un pont en H : Le pont en H est une structure électronique servant à contrôler la polarité aux bornes d'un récepteur. Il est composé de quatre éléments de commutation généralement disposés schématiquement en une forme de H d'où le nom. Les commutateurs peuvent être des relais, des transistors, ou autres éléments de commutation en fonction de l'application visée. Il permet d’inverser le sens de rotation d’un moteur à courant continu. Figure 5 : Pont en H
  46. 46. 46 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 II.2-Pourquoi l'utiliser ? Les moteurs electriques ont besoin de courants importants par rapport a la sortie maximale d'un microcontroleur. Un moteur ne marcherait pas si on le branchait directement a la sortie d'un microcontroleur. La premiere fonction du pont en H est fournir de forts courants aux moteurs en permettant leur contrôle par le microcontroleur. Une autre fonction est de pouvoir inverser la tension aux bornes du moteur pour inverser le sens de rotation. Inverser le sens d'un courant est une tache simple dans les circuits electriques, il est de bien placer quelques interrupteurs. On utilise des transistors a la place d'interrupteurs parce qu'un transistor peut aussi amplier un courant et est plus facile a controler par des signaux num_eriques ou analogiques. II.3-Comment le pont en H fonctionne-t-il ? A B C D 1 0 0 1 le moteur tourne à droite 0 1 1 0 le moteur tourne à gauche 0 0 0 0 le tourne librement 0 1 0 1 le moteur freine 1 0 1 0 le moteur freine Figure 6 : Fonctionnement de pont en H Figure 7 : Le moteur tourne à droite
  47. 47. 47 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 8 : Le moteur tourne à gauche II.4-Configuration de PIC16F877 : Dans la mode de modulation de largeur d’impulsion, la broche CCPX produit jusqu’à une résolution de 10-bits sortie PWM.Depuis la broche PC1 est multiplixé avec le verrouillage de données PORTC ,le TRISC <2> bit doit etre autorisé à faire la broche CCP1 une sortie. Figure 9 : Diagramme de PWM
  48. 48. 48 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Générer un signal PWM sinus: La génération d’un signal MLI(PWM) se fait en deux temps :  On utilise un compteur qui va compter du 0 jusqu’à 225.  On compare en permanence la valeur du compteur à une valeur variable qui permet de donner un rapport cyclique variable. Etapes à suivre pour générer ce signal: 1.Configuration des broches du port C correspondant à CCP1 en sortie par écriture dans le registre TRISC. 2.Initialisation de CCPxCON = 0 .Et TMR2 = 0. 3.Ecriture dans le registre PR2 afin d’établir la période. 4.Ecriture dans le CCPxCON afin de configurer le mode PWM à l’aide des bits CCPxY et CCPxX.
  49. 49. 49 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 10 : Table de configuration CCPxCON Configuration de CCPxCON : Les bits 2 et 3 de mode du registre CCPxON (x=1 ou 2) doivent etre configurés à 1 pour etre en mode PWM
  50. 50. 50 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 III-Etudes des composants : III.1-Choix de l’interrupteur électronique : L’interrupteur électronique qui doit réaliser la fonction est soumis à une contrainte de tension est par une contrainte du courant ,il existe de multiples interrupteurs électroniques et il est bien de choisir le meilleur interrupteur,citons les 2 plus courants. Transistor : Il possède également une troisième broche, comme le thyristor. Mais, contrairement à ce dernier, cette troisième broche appelée "base" permet non seulement de débloquer le transistor (tension base - émetteur de l'ordre de 0,7 V) mais aussi de le bloquer (tension base - émetteur nulle). Thyristor : Il possède une troisième électrode (broche) appelée gâchette et qui permet de le débloquer. Il reste donc bloqué si l'opérateur n'agit pas sur la gachette (tension positive entre gâchette et cathode sous forme d'impulsions répétées de 1 V crête environ). Une tension Vk positive peut donc se développer à ses bornes, contrairement à ce qui était observé avec une diode, lorsque le thyristor est bloqué. De facon générale,ily a deux principaux types d’onduleurs , les onduleurs monophasés et les ondulerus triphasé .En faite,pour chaque type on peut utiliser soient : MOSFET ou BJT comme des interrupteurs de commande selon l’application désiré. Opto-coupleur : Un opto-coupleur est un dispositif composé de deux de deux éléments électriquement indépendant ( isolation galvanique),mais optiquement couplés,à l’intérieur d’une isolation enveloppe,parfaitement étanche.
  51. 51. 51 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 11 : Caractéristique de opto-coupleur III.2-Le microcontroleur PIC 16F877 : C’est un microcontroleur de la société Micro chip. 16= Famille Mid- Range : Désigne une des familles des microcontroleurs 8 bits. F = mémoire de programme de type type Flash (et donc teprogrammable).  Un jeu d’instructions 35 instructions  Vitesse d’horloge max 20 MHZ  Interruptions 16 sources  Mémoire de programme 8192 mots  RAM 368 octets  EEPROM 252 octets  Entrées/Sorties 33 (5ports)  PMW 2  Timer/Compteur 3  Convertisseur ADC oui
  52. 52. 52 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 IV-Simulation de shéma électrique sur PROTEUS ISIS : Pour la simulation du shéma électrique,on utilise le logiciel PROTEUS ISIS 7 Professionnelle version 7.10 SP0,est principalement connu par l’édition des shémas électriques.D’une facon ,ISIS permet de simuler les shémas aussi. IV.1-L’édition de schéma électrique : Tout d’abord on va choisir les composants sur le logiciel ISIS PROTEUS : Figure 12 : Composants électroniques sur ISIS
  53. 53. 53 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 IV.2-Shéma de système : Figure 13 : Shéma de système ISIS IV.3-Simulation de schéma ISIS : Après la sélection des composants adéquats et la réalisation complète de schéma, nous arrivons à l’étape cruciale c’est la simulation de schéma :
  54. 54. 54 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 14 : Simulation signal MLI sinus sur ISIS IV.4-La simulation globale de circuit sur PROTEUS ISIS : Figure 15 : Test signal MLI 1
  55. 55. 55 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 16 : Test signal MLI 2 V-Le coût de projet : Le coût de notre projet est = 83 MAD Les composants électriques nécessaires sont :  TRANSISTOR MOSFET IRF9630 CHANNEL-P  THYRISTOR MOSFET IRF630 CHANNEL-N  OPTOCOUPLEUR 4N25  LED Vert  LED Rouge  Résistance 10 kΩ  Résistance 220 Ω  Les fils électriques de liaison
  56. 56. 56 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Figure 17 : Les composants électriques  CONCLUSION La technologie des onduleurs repose sur un principe électronique simple de conversion de l’énergie électrique. Cette technologie devient, en réalité, de plus en plus complexe au fur et à mesure des avancées technologiques et des innovations qui lui sont apportées.
  57. 57. 57 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877 Nous pouvons dire que nous avons été très interessés par le sujet et que nous serions heureux de poursuivre les recherches sur les microcontrôleurs.La gestion des membres et la répartition des tâches a aussi été un apprentissage qui nous a été bénéfique. Nous regrettons cependant d'avoir parfois été bloqués à certaines étapes de la fabrication de la carte pour des raisons telles que le délai de réalisation. Conclusion générale
  58. 58. 58 Réalisation d’un onduleur monophasé autonome commandé par PIC 16F877  http://www.ecus.fr/comprendre/technologie/comment-choisir- onduleur  http://www.chimix.com/an12/bac12/sti4.html  http://jmandon.free.fr/PWM/pwm.htm  http://fabrice.sincere.pagesperso-orange.fr/electrotechnique.htm  http://missiontice.ac- besancon.fr/sciences_physiques/physique_appliquee/simulation/ onduleur_autonome/cde_decalee.htm  fltsi.fr/files/article/2418/ONDULEUR-2012.pdf  petitjeand.free.fr/docs/tge/cours%20onduleur.pdf  tolza.univ-tln.fr/pages/geii/et3/cm/S3_ET3_CM3_Onduleurs.doc Webographie

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