Etude d'un convertisseur DC-AC-AC à commutation douce découplé par un transformateur haute fréquence PDF Download
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Book Description
Ce mémoire traite de la problématique du convertisseur pour une application embarquée dans un véhicule lourd avec un convertisseur de forte puissance fonctionnant en commutation douce. Le premier chapitre est consacré au choix de la structure du convertisseur avec une présentation détaillée de celui-ci. Une quantification des différents paramètres de ce convertisseur est réalisée pour une puissance de 18 kW, une tension de sortie de 400V et une source d'entrée continue fixée en basse tension à 67V. La fréquence de découpage est alors de 40 kHz. Le second chapitre est consacré à l'étude du transformateur haute fréquence intégré dans le convertisseur. Un modèle de transformateur pour les simulations à l'aide du logiciel SABER a été déterminé. Deux technologies de transformateurs sont alors utilisées pour cette étude : une première classique avec un transformateur bobiné, une seconde qui utilise la technologie planar. L'auteur présente ensuite une validation de ces différents modèles par des résultats de simulation et des résultats expérimentaux. Dans le troisième chapitre, la stratégie de commande de ce convertisseur est abordée avec le pilotage des 16 interrupteurs et les différentes contraintes sur les signaux de commandes pour un bon fonctionnement en commutation douce. La quatrième partie présente les différents modèles développés pour la simulation de ce convertisseur avec le logiciel SABER. Des modèles linéaires de commutations des semi-conducteurs MOSFET et IGBT ont été utilisés. Une étude ainsi que la présentation d'un modèle de moteur synchrone brushless à fem trapézoïdale sont proposées. Le modèles est alors développé an langage de programmation MAST. Finalement les différents blocs de commande sont décrits. Dans le cinquième chapitre, l'auteur présente les essais effectués sur la maquette expérimentale pour des puissances de l'ordre de 9 kW sur charge passive (RL) et sur charge active (moteur). Différents essais avec notamment des mesures du rendement pour différentes configurations et une estimation des pertes permettent de valider cette structure. L'auteur termine en montrant l'intérêt de cette structure dans le cas de l'alimentation de plusieurs machines à partir de la répartition des énergies par l'étage alternatif haute fréquence.
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Ce mémoire traite de la problématique du convertisseur pour une application embarquée dans un véhicule lourd avec un convertisseur de forte puissance fonctionnant en commutation douce. Le premier chapitre est consacré au choix de la structure du convertisseur avec une présentation détaillée de celui-ci. Une quantification des différents paramètres de ce convertisseur est réalisée pour une puissance de 18 kW, une tension de sortie de 400V et une source d'entrée continue fixée en basse tension à 67V. La fréquence de découpage est alors de 40 kHz. Le second chapitre est consacré à l'étude du transformateur haute fréquence intégré dans le convertisseur. Un modèle de transformateur pour les simulations à l'aide du logiciel SABER a été déterminé. Deux technologies de transformateurs sont alors utilisées pour cette étude : une première classique avec un transformateur bobiné, une seconde qui utilise la technologie planar. L'auteur présente ensuite une validation de ces différents modèles par des résultats de simulation et des résultats expérimentaux. Dans le troisième chapitre, la stratégie de commande de ce convertisseur est abordée avec le pilotage des 16 interrupteurs et les différentes contraintes sur les signaux de commandes pour un bon fonctionnement en commutation douce. La quatrième partie présente les différents modèles développés pour la simulation de ce convertisseur avec le logiciel SABER. Des modèles linéaires de commutations des semi-conducteurs MOSFET et IGBT ont été utilisés. Une étude ainsi que la présentation d'un modèle de moteur synchrone brushless à fem trapézoïdale sont proposées. Le modèles est alors développé an langage de programmation MAST. Finalement les différents blocs de commande sont décrits. Dans le cinquième chapitre, l'auteur présente les essais effectués sur la maquette expérimentale pour des puissances de l'ordre de 9 kW sur charge passive (RL) et sur charge active (moteur). Différents essais avec notamment des mesures du rendement pour différentes configurations et une estimation des pertes permettent de valider cette structure. L'auteur termine en montrant l'intérêt de cette structure dans le cas de l'alimentation de plusieurs machines à partir de la répartition des énergies par l'étage alternatif haute fréquence.
Author: Fouad Sabry Publisher: One Billion Knowledgeable ISBN: Category : Technology & Engineering Languages : fr Pages : 822
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Qu'est-ce qu'un transformateur à semi-conducteurs En réalité, un convertisseur CA-CA, également connu sous le nom de transformateur à semi-conducteurs (SST), transformateur électronique de puissance (PET ), ou transformateur de puissance électronique, est un type de convertisseur de puissance électrique qui remplace un transformateur conventionnel dans la distribution de courant alternatif. Ce type de convertisseur de puissance électrique est connu sous le nom de convertisseur AC-AC. Parce qu'il fonctionne à une fréquence plus élevée, ce type de transformateur est plus compliqué qu'un transformateur traditionnel qui utilise la fréquence du secteur, mais il a également le potentiel d'être plus économe en espace et plus petit qu'un transformateur traditionnel. Les deux principales variétés sont respectivement appelées "vrais" convertisseurs CA-CA et convertisseurs CA-CC-CC-CA. Le convertisseur AC-AC ou le convertisseur DC-DC que l'on trouve souvent à l'intérieur d'un transformateur à semi-conducteurs est en réalité un transformateur. Ce transformateur est ce qui fournit l'isolation électrique et transporte toute la puissance. Ce transformateur est plus compact car les étages inverseurs DC-DC qui se produisent entre les bobines du transformateur sont plus petits. En conséquence, les bobines de transformateur nécessaires pour augmenter ou réduire les tensions sont également plus petites. La régulation active de la tension et du courant peut être effectuée via un transformateur à semi-conducteurs. Il y en a plusieurs qui sont capables de convertir l'électricité du monophasé au triphasé et vice versa. La quantité de conversions qui doivent avoir lieu peut être diminuée en ayant des variations qui peuvent soit entrer soit sortir de l'alimentation CC. Il en résulte une efficacité accrue de bout en bout. Un transformateur modulaire à semi-conducteurs est similaire à un convertisseur multiniveau en ce qu'il est composé de nombreux transformateurs haute fréquence et a la même fonction. Parce qu'il s'agit d'un circuit électrique complexe, il doit être construit de manière à pouvoir résister à des surtensions de toutes sortes, comme la foudre. Comment vous en bénéficierez (I) Conseils et validations sur les sujets suivants : Chapitre 1 : Transformateur statique Chapitre 2 : Facteur de puissance Chapitre 3 : Redresseur Chapitre 4 : Alimentation Chapitre 5 : Onduleur Chapitre 6 : Alimentation à découpage Chapitre 7 : Convertisseur DC-DC Chapitre 8 : Régulateur de tension Chapitre 9 : Électronique de puissance Chapitre 10 : Moteur ? Générateur Chapitre 11 : Convertisseur rotatif Chapitre 12 : Station de conversion HVDC Chapitre 13 : Variateur de fréquence Chapitre 14 : Index des articles électrotechniques Chapitre 15 : Pont en H Chapitre 16 : Convertisseur de phase Chapitre 17 : Convertisseur de tension Chapitre 18 : Chauffage par induction Chapitre 19 : Types de transformateur Chapitre 20 : Machine électrique Chapitre 21 : Glossaire du génie électrique et électronique (II) Répondre au public ic principales questions sur les transformateurs à semi-conducteurs. (III) Exemples concrets d'utilisation de transformateurs à semi-conducteurs dans de nombreux domaines. (IV) 17 annexes pour expliquer brièvement 266 technologies émergentes dans chaque industrie pour avoir une compréhension complète à 360 degrés des technologies des transformateurs à semi-conducteurs. À qui s'adresse ce livre Professionnels, étudiants et diplômés étudiants, passionnés, amateurs et ceux qui veulent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de transformateur à semi-conducteurs.
Author: Robert Bausiere Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642524540 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 422
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This book is the third in a series of four devoted to POWER ELECTRONIC CONVERTERS: The first of these concerns AC to DC conversion. The second concerns AC to AC conversion. This volume examines DC to DC conversion. The fourth is devoted to DC to AC conversion. Converters which carry out the DC-DC conversion operate by chopping the input voltage or current: they are called choppers or switch-mode power converters. Their operating frequency is not imposed by either the input or the output, both of which are at zero frequency. A frequency which is much greater than that of the industrial network can be chosen, provided that suitable configurations and semiconductor devices are used. This is the first difference compared to the rectifiers and AC-AC converters, analyzed in the previous volumes and which often operate at the industrial network frequency. The second difference concerns the commutation mode. Choppers operate in forced commutation. The beginning of an operating phase does not auto matically turn off the semiconductor devices which were conducting during the previous phase and which have to be brought to the blocking state. This turn-off must be carried out autonomously. These two differences - the higher frequency of commutations and, espe cially, the different mode of commutation -justify the first two chapters in this work: - Chapter 1 examines general notions concerning converters, supplies and loads, and more especially, how they can be characterized with regard to commutations.
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Dans ce mémoire, l'auteur traite de nouvelles structures de convertisseurs DC/AC/DC à commutation douce. Ces structures sont obtenues par une association en cascade d'un onduleur de tension commandé au blocage et d'un commutateur de courant commandé à l'amorçage. Des éléments réactifs (inductance et condensateur) sont intercalés dans l'étage alternatif pour remplir les conditions de commutation douce. Contrairement aux structures classiques à résonances, ces éléments ne sont que des circuits d'aide à la commutation (CALC) et sont de taille réduite. Ce principe d'association est compatible avec des interrupteurs réversibles en courant et / ou en tension au niveau de l'onduleur ou du commutateur. Par conséquent, tous les types de conversion de l'électronique de puissance (continu/continu, continu/alternatif, alternatif/continu, alternatif/alternatif) avec toutes les réversibilités imaginables peuvent être réalisés par cette structure avec l'avantage d'utiliser un transformateur d'isolement et d'adaptation d'impédance haute fréquence. Il est également possible d'associer plusieurs modules pour atteindre des puissances importantes et / ou améliorer les performances externes du convertisseur. Des essais expérimentaux ont permis de valider le principe de fonctionnement sur une maquette destinée à l'alimentation 600A, 12V de bobines supraconductrices.
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LA FREQUENCE DE DECOUPAGE UTILISEE DANS LES APPLICATIONS DES CONVERTISSEURS DC.DC (CONTINU-CONTINU) NE CESSE DE MONTER DANS LE BUT D'AUGMENTER LA PUISSANCE VOLUMIQUE DE CES DISPOSITIFS. CEPENDANT, LES PERTES MAGNETIQUES DANS LES FERRITES DE PUISSANCE CONSTITUANTES LE TRANSFORMATEUR DE PUISSANCE DE CES CONVERTISSEURS DEVIENNENT IMPORTANTES ET PROVOQUENT UN ECHAUFFEMENT LOCAL DIFFICILE A EVACUER. LA MINIMISATION DES PERTES, DANS LES FERRITES DE PUISSANCE, PAR ACTIONS CHIMIQUES ET MICROSTRUCTURALES N'EST PLUS SATISFAISANTE AUJOURD'HUI. IL EST DONC IMPORTANT DE CHERCHER D'AUTRES VOTES DE MINIMISATIONS DES PERTES MAGNETIQUES DANS CES MATERIAUX, CE QUI EST LE BUT DE CETTE THESE. L'ETUDE DES PHENOMENES MAGNETIQUES LOCAUX PAR EFFET KERR MAGNETO-OPTIQUE S'EST AVEREE NON CONCLUANTE A CAUSE DE PLUSIEURS DIFFICULTES TECHNIQUES ET METHODOLOGIQUES. TOUTEFOIS, CES CONTRAINTES ONT ETE MISES EN EVIDENCE. UNE ETUDE DES PERTES MAGNETIQUES DANS LES FERRITES DE PUISSANCE, EN REGIMES NON-SINUSOIDAUX, A ETE FAITE. CETTE ETUDE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'ERREUR QUI PEUT ETRE COMMISE EN UTILISANT LES CATALOGUES DES PERTES FOURNIS PAR LES CONSTRUCTEURS DES FERRITES (SOUVENT EN REGIME SINUSOIDAL) POUR CARACTERISER D'AUTRES REGIMES DE FONCTIONNEMENT. UN MODELE DES PERTES EN FONCTION DE L'INDUCTION CRETE ET DE LA COMMANDE D'UN CONVERTISSEUR A ETE PROPOSE, IL PERMET UNE MEILLEURE ESTIMATION DES PERTES DANS DES REGIMES TRAPEZOIDAUX, LARGEMENT UTILISES DANS LES CONVERTISSEURS DC.DC. UNE RELATION ENTRE LES PERTES DANS LE TRANSFORMATEUR ET DES ELEMENTS DE LA STRUCTURE A ETE PROPOSEE. UNE TELLE RELATION PEUT PERMETTRE UNE OPTIMISATION DU VOLUME GLOBALE DU CONVERTISSEUR. UNE ETUDE COMPARATIVE DES PERTES, ENTRE 500KHZ ET 1MHZ SOUS EXCITATION TRAPEZOIDALE, DANS TROIS MATERIAUX, FERRITE, AMORPHE ET NANOCRISTALLIN A ETE MENEE. CETTE ETUDE A PERMIS DE MONTRER QUE, SOUS CERTAINES CONDITIONS, LES NANOCRISTALLINS PEUVENT ETRE PLUS AVANTAGEUX QUE LES FERRITES DANS LES APPLICATIONS DE PUISSANCE A HAUTE FREQUENCE DE DECOUPAGE ET SOUS EXCITATION NON-SINUSOIDALE.
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LE CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU A RESONANCE SERIE NON REVERSIBLE POSSEDE DES AVANTAGES INCONTESTES TELS QUE PERTES PAR COMMUTATION FAIBLES, TRES BON RENDEMENT, POSSIBILITE DE TRAVAILLER AVEC DES FREQUENCES DE DECOUPAGE RELATIVEMENT ELEVEES ... DE PLUS, L'AUGMENTATION DE LA FREQUENCE DE TRAVAIL AMENE A SON TOUR LA DIMINUTION DE LA TAILLE DES ELEMENTS DU CONVERTISSEUR TELS QUE L'INDUCTANCE DU CIRCUIT OSCILLANT, LE TRANSFORMATEUR D'ISOLEMENT ET LES FILTRES. PAR LA MEME OCCASION, ON CONTRIBUE A LA DIMINUTION DES COUTS DES INSTALLATIONS. TOUS CES AVANTAGES TROUVENT LEURS ORIGINES DANS LA COMMUTATION SOUS ZERO DE TENSION, C'EST A DIRE DANS L'UTILISATION DES THYRISTORS-DUAUX AU NIVEAU DE L'ONDULEUR. TOUTEFOIS, LE FONCTIONNEMENT EN COMMUTATION DOUCE A SON REVERS : IL PROVOQUE UNE REDUCTION DE L'AIRE DE FONCTIONNEMENT DU CONVERTISSEUR. AUSSI, LE BUT DE NOTRE TRAVAIL EST DE PROPOSER DES SOLUTIONS QUI PERMETTRONT D'ELARGIR L'AIRE DE FONCTIONNEMENT DU CONVERTISSEUR, SANS DEMANDER DES COUTS EXCESSIFS, NI EN MOYENS MATERIELS, NI EN TEMPS DE DEVELOPPEMENT. DANS LE PREMIER CHAPITRE, L'ETUDE DU CONVERTISSEUR, DOTE D'UNE COMMANDE EN FREQUENCE, PERMET DE POSER LE PROBLEME DES LIMITES DE COMMUTATION ET D'INTRODUIRE LA METHODE D'ETUDE. LES DIMENSIONNEMENTS AINSI QUE LES REALISATIONS PRATIQUES DES DIFFERENTS ELEMENTS DU CONVERTISSEUR (CIRCUIT DE PUISSANCE, CIRCUITS DE COMMANDE, CAPTEURS) SONT PRESENTES DANS LE CHAPITRE II. LE CHAPITRE III EST CONSACRE A L'ETUDE D'UNE COMMANDE PAR DEPHASAGE PARTICULIERE. LES CARACTERISTIQUES DE SORTIE DU CONVERTISSEUR AINSI OBTENUES SONT PRESENTEES ET COMPAREES A CELLES ISSUES D'UNE COMMANDE EN FREQUENCE. L'ETUDE THEORIQUE DES CIRCUITS AUXILIAIRES A BASE DE CELLULE DE TYPE ONDULEUR DE TENSION, SUSCEPTIBLES D'ELIMINER LES LIMITES DE COMMUTATION, EST EXPOSEE DANS LE CHAPITRE IV. L'ANALYSE CRITIQUE DE CES CIRCUITS Y EST EGALEMENT PRESENTEE. LE CHAPITRE V TRAITE DE CIRCUITS AUXILIAIRES A BASE DE CELLULE DE TYPE GRADATEUR. DIFFERENTES CONFIGURATIONS SONT ETUDIEES ET LEUR BON FONCTIONNEMENT EST VALIDE EXPERIMENTALEMENT.
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La fréquence de découpage utilisée dans les applications des convertisseurs DC.DC (continu-continu) ne cesse de monter dans le but d'augmenter la puissance volumique de ces dispositifs. Cependant, les pertes magnétiques dans les ferrites de puissance constituantes le transformateur de puissance de ces convertisseurs deviennent importantes et provoquent un échauffement local difficile à évacuer. La minimisation des pertes, dans les ferrites de puissance, par actions chimiques et microstructurales n'est plus satisfaisante aujourd'hui. Il est donc important de chercher d'autres votes de minimisations des pertes magnétiques dans ces matériaux, ce qui est le but de cette thèse. L'étude des phénomènes magnétiques locaux par effet Kerr magnéto-optique s'est avérée non concluante à cause de plusieurs difficultés techniques et méthodologiques. Toutefois, ces contraintes ont été mises en évidence. Une étude des pertes magnétiques dans les ferrites de puissance, en régimes non-sinusoïdaux, a été faite. Cette étude a permis de mettre en évidence l'erreur qui peut être commise en utilisant les catalogues des pertes fournis par les constructeurs des ferrites (souvent en régime sinusoïdal) pour caractériser d'autres régimes de fonctionnement. Un modèle des pertes en fonction de l'induction crete et de la commande d'un convertisseur a été proposé, il permet une meilleure estimation des pertes dans des régimes trapézoïdaux, largement utilisés dans les convertisseurs DC.DC. Une relation entre les pertes dans le transformateur et des éléments de la structure a été proposée. Une telle relation peut permettre une optimisation du volume global du convertisseur. Une étude comparative des pertes, entre 500KHZ et 1MHZ sous excitation trapézoïdale, dans trois matériaux, ferrite, amorphe et nanocristallin a été menée. Cette étude a permis de montere que, sous certaines conditions, les nanocristallins peuvent être plus avantageux que les ferrites dans les applications de puissance à haute fréquence de découpage et sous excitation non-sinusoïdale.
Author: Frédéric Gustin
Author: Frédéric Gustin
Author: Fouad Sabry
Author: Franck Grandgirard
Author: Robert Bausiere
Author: Emmanuel Gobetti
Author: Peyofougou Coulibaly
Author: LOTFI.. BOUGUILA
Author: Benoit Blanchard St-Jacques
Author: DARIUS.. DEDECIUS
Author: Lotfi Bouguila