Les structures de conversion multiniveaux permettent de convertir à moyenne tension et haute puissance. Celles-ci sont construites à partir d'un agencement d'interrupteurs qui permet d'augmenter le courant et la tension en entrée ou en sortie. Ces structures sont appelées multiniveaux car les formes d'ondes des tensions en sortie permettent d'avoir plus de deux niveaux de tension différents. Les différentes structures peuvent être classées dans différentes catégories tel que l a mise en série de pont en H, les convertisseurs multicellulaires série ou parallèle ou encore les structure utilisant le fractionnement du bus continu. Toutes ces structures ont des propriétés et applications différentes, même si certaines structures ont des propriétés communes. Il est aussi possible de créer de nouvelles structures en mixant les différentes structures de bases des différentes familles de convertisseurs multiniveaux ou en assemblant les structures de base de la conversion statique.
Même si l'utilisation de structure de conversion multiniveaux permet de convertir à forte puissance, celle-ci n'est pas toujours aisée. En effet l'augmentation du nombre de niveau ou de la tension d'entrée implique également une augmentation du nombre de composants semi-conducteurs. Ceci peut être un frein à l'utilisation de convertisseur multiniveaux. Pour cela une nouvelle structure utilisant des composants partagés entre les différentes phases est proposée afin de limiter leur nombre. Un autre problème important lié aux convertisseurs multiniveaux est l'équilibrage des tensions des condensateurs du bus continu si celui-ci est composé de plus de deux condensateurs mis en série. Pour cela plusieurs solutions sont possibles : soit en utilisant une commande spécifique utilisant la modulation vectorielle, soit en utilisant des structures auxiliaires qui ont pour but d'équilibrer les différentes tensions des condensateurs.
Dans une dernière partie ont été proposé de nouvelles structures qui permettent à la fois d'augmenter le courant de sortie et la tension en entrée en utilisant les principes des structures de bases des convertisseur multicellulaire série et parallèle. De plus ces structures ont des propriétés intéressantes sur les formes d'ondes de sortie. De ces structures a été conçu un prototype permettant de valider les résultats de simulation. Une commande numérique implanté sur FPGA a été réalisée et a permis d'avoir des résultats expérimentaux intéressants.
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Multilevel conversion structures are used to convert medium-voltage and high power. These are built from a combination of switches that can increase the voltage and current input or output. These structures are referred to as multilevel waveforms of output voltage can be more than two different voltage levels. The different structures can be classified into different categories such as in series H-bridge converters multicellular serial or parallel, or the structure using the split DC bus. All these structures have different properties and applications, although some structures have common properties. It is also possible to create new structures by mixing different database structures of different families of multilevel converters or by assembling the basic structures of the static conversion.
Although the use of multilevel conversion structure for converting high-power, it is not always easy. Indeed the increase in level or the input voltage also means a growing number of semiconductor components. This can be an obstacle to the use of multilevel converter. Why a new structure using components shared between different phases is proposed to limit their number. Another important issue related to multilevel converters is the balancing of the voltages of the DC bus capacitors if it consists of more than two capacitors in series. To do so several solutions are possible: either by using a specific command using the modulation vector, or by using auxiliary structures that aim to balance the different voltages of the capacitors.
In the last section have been proposed new structures that allow both to increase the output current and input voltage using the principles of database structures of multicellular converter serial and parallel. Moreover, these structures have interesting properties on the output waveform. Of these structures has been developed a prototype to validate the simulation results. Digital control implemented on FPGA has been completed and have led to interesting experimental results. |