Modélisation Numérique Des Phénomènes de Couplage Électromagnétique Dans Les Alentours Des Lignes Aériennes de Transmission D'énergie PDF Download
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Author: Lucas Blattner Martinho
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Book Description
Electromagnetic coupling phenomena between overhead power transmission lines and other nearby structures are inevitable, especially in densely populated areas. The undesired effects resulting from this proximity are manifold and range from the establishment of hazardous potentials to the outbreak of alternate current corrosion phenomena. The study of this class of problems is necessary for ensuring security in the vicinities of the interaction zone and also to preserve the integrity of equipment and devices there present. However, the complete modeling of this type of application requires the three-dimensional representation of the region of interest and needs specific numerical methods for field computation. In this work, the modeling of problems arising from the flow of electrical currents in the ground (the so-called conductive coupling) will be addressed with the finite element method. Those resulting from the time variation of the electromagnetic fields (the so-called inductive coupling) will be considered as well, and they will be treated with the generalized PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) method. More specifically, a special boundary condition on the electric potential is proposed for truncating the computational domain in the finite element analysis of conductive coupling problems, and a complete PEEC formulation for modeling inductive coupling problems is presented. Test configurations of increasing complexities are considered for validating the foregoing approaches. These works aim to provide a contribution to the modeling of this class of problems, which tend to become common with the expansion of power grids.
Author: Lucas Blattner Martinho
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Electromagnetic coupling phenomena between overhead power transmission lines and other nearby structures are inevitable, especially in densely populated areas. The undesired effects resulting from this proximity are manifold and range from the establishment of hazardous potentials to the outbreak of alternate current corrosion phenomena. The study of this class of problems is necessary for ensuring security in the vicinities of the interaction zone and also to preserve the integrity of equipment and devices there present. However, the complete modeling of this type of application requires the three-dimensional representation of the region of interest and needs specific numerical methods for field computation. In this work, the modeling of problems arising from the flow of electrical currents in the ground (the so-called conductive coupling) will be addressed with the finite element method. Those resulting from the time variation of the electromagnetic fields (the so-called inductive coupling) will be considered as well, and they will be treated with the generalized PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) method. More specifically, a special boundary condition on the electric potential is proposed for truncating the computational domain in the finite element analysis of conductive coupling problems, and a complete PEEC formulation for modeling inductive coupling problems is presented. Test configurations of increasing complexities are considered for validating the foregoing approaches. These works aim to provide a contribution to the modeling of this class of problems, which tend to become common with the expansion of power grids.
Author: Hanen Shall
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Pages : 196
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L’augmentation de la densité d’intégration dans les équipements électroniques et la cohabitation de l’électronique de puissance et de l’électronique de signal dans l’espace limité des systèmes électroniques engendrent des nouvelles contraintes de compatibilité électromagnétique (CEM). Cette thèse, effectuée au sein de l’IRSEEM, s’inscrit dans le cadre du projet E-CEM (Compatibilité ElectroMagnétique des systèmes d’Energie). L’objectif principal de ces travaux de recherche est le développement d’une approche de modélisation permettant une meilleure prédiction des interférences électromagnétique (IEMs) entre les éléments les plus perturbateurs d’une carte électronique et les interconnexions en champ proche. La méthodologie proposée est divisée en deux principales tâches: la modélisation des émissions rayonnées 3D et la prédiction du couplage électromagnétique (EM) entre les structures rayonnantes et les interconnexions (ou lignes de transmission) de types conducteurs au-dessus d’un plan de masse et lignes microrubans. Le modèle d’émission rayonnée 3D est basé sur un réseau de sources équivalentes (dipôles électriques et magnétiques) distribuées sur les surfaces délimitant les dimensions géométriques du dispositif sous test (DST). Les paramètres de ces sources sont déterminés à partir des cartographies des composantes tangentielles du champ EM rayonné, issues soit d’une simulation EM soit d’une mesure champ proche. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour la prédiction du couplage EM avec les lignes de transmission voisines. Pour ce faire, le modèle a été associé avec des formalismes de couplage analytiques (modèles de Taylor, Agrawal et Rachidi) pour prédire les tensions induites aux extrémités de la ligne victime. Cette procédure de modélisation, appliquée pour des cas de test (couplages EM entre un « arceau 3D »/self torique et un conducteur au dessus d’un plan de masse), offre une meilleure précision pour la prédiction du couplage. Ensuite, une nouvelle démarche de modélisation du couplage induit sur les lignes microrubans a été proposée. Cette dernière est principalement inspirée de la première approche. L’idée principale est suscitée du principe d’équivalence de la structure PCB pour s’affranchir du calcul lourd des coefficients associés aux réflexions successives à l’interface air/diélectrique. Les résultats de modélisation ont été validés par des simulations et des mesures champ proche.
Author: Jean Max
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Languages : fr
Pages : 154
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BASEE SUR LA THEORIE DES LIGNES DE TRANSMISSION, AVEC L'HYPOTHESE DU MODE DE PROPAGATION QUASI-TRANSVERSE ELECTROMAGNETIQUE, LA MODELISATION ANALYTIQUE DE LA REPONSE D'UNE LIGNE MULTIFILAIRE, CONDUISANT UN OU PLUSIEURS SIGNAUX, ET/OU ILLUMINEE PAR UN CHAMP ELECTROMAGNETIQUE, A ETE DEVELOPPEE. CETTE ETUDE A PERMIS DE METTRE AU POINT AU LABORATOIRE, LE CODE DE CALCUL COUPLINE. COMPAREES A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX, OU D'AUTRES RESULTATS THEORIQUES DE LA LITTERATURE, LES SIMULATIONS NUMERIQUES MONTRENT LA VALIDATION DU LOGICIEL. LORSQU'ON L'APPLIQUE A DES STRUCTURES FILAIRES, TELLES QUE LIGNES LONGUES OU COURTES, CABLES BLINDES, MICRORUBANS, BUS RNIS, IL S'AVERE ETRE UN OUTIL UTILE A L'INGENIEUR, POUR EVALUER ET OPTIMISER LA REDUCTION DES PARASITES ENGENDRES SUR CES CONDUCTEURS. PAR AILLEURS, DES TECHNIQUES DE MESURES DES PARAMETRES LINEIQUES DES CONDUCTEURS FILAIRES ET DE TRANSFERT DES CABLES BLINDES SONT PRESENTES. LA METHODE QUI CONSISTE A FAIRE USAGE DE GENERATEURS CORRECTEURS EXCITANT LA LIGNE MULTIFILAIRE POUR NEUTRALISER DES EFFETS D'UNE ILLUMINATION EXTERIEURE EST ANALYSEE
Author: Khoi͏̈ Do Xuan
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Pages : 125
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LA MODELISATION D'UNE LIGNE DE TRANSMISSION D'ENERGIE ELECTRIQUE EN REGIMES TRANSITOIRES ELECTROMAGNETISUES PAR UNE REPRESENTATION D'ETAT PERMET DE PROFITER DE DIVERS OUTILS DE LA THEORIE DES SYSTEMES DYNAMIQUES ET DES EQUATIONS DIFFERENTIELLES. NOUS AVONS CONSIDERE CETTE APPROCHE EN L'APPLICATION A DES MATRICES DE FONCTIONS DE TRANSFERT (MFT) RATIONALISEES: LA MFT DE PROPAGATION A ET LA MFT IMPEDANCE Z. UNE ETUDE DETAILLEE EST FAITE SUR LA RATIONALISATION DE LA MFT IMPEDANCE ET SUR SA REPRESENTATION D'ETAT. L'UTILISATION DE LA MFT Z EST PLUS SIMPLE QUE CELLE DE LA MFT A ET PLUS PERFORMANTE NUMERIQUEMENT QUE CELLE PAR MFT ADMITTANCE Y. UN SCHEMA D'INTEGRATION EXPLICITE EST EMPLOYE POUR AVOIR LA POSSIBILITE D'UN CALCUL DECOUPLE ENTRE LES EXTREMITES D'UNE LIGNE. LA STABILITE DE L'INTEGRATION NUMERIQUE EST AMELIOREE PAR UNE METHODE DE PREDICTION-CORRECTION. POUR COMPLETER L'ALGORITHME DE LA MODELISATION D'UNE LIGNE, UNE METHODE DE CALCUL DE LA MATRICE DE TRANSFORMATION MODALE DEPENDANT DE LA FREQUENCE A ETE MISE AU POINT. UNE PREMIERE SERIE DE SIMULATIONS NUMERIQUES A PERMIS DE VALIDER LE MODELE.
Author: Martine Adrian-Scotto
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Languages : fr
Pages : 142
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LES COURANTS TRANSITOIRES INDUITS SUR LES STRUCTURES FILAIRES CONSIDEREES SONT DETERMINES AU MOYEN D'EQUATIONS INTEGRODIFFERENTIELLES RESOLUES NUMERIQUEMENT PAR LA METHODE DES MOMENTS ASSOCIEE A L'UTILISATION DES POLYNOMES DE LAGRANGE. LE PASSAGE DANS LE DOMAINE FREQUENTIEL AUTORISE LA DEFINITION D'UNE FONCTION DE TRANSFERT TEMOIN DES CARACTERISTIQUES SPECTRALES DES LIGNES ETUDIEES. CETTE DOUBLE REPRESENTATION REVELE L'EXISTENCE DE PHENOMENES INTERFERENTIELS ANTAGONISTES: LES PHENOMENES DITS DESTRUCTIFS ET CEUX DITS CONSTRUCTIFS ET SCINDES. L'ETUDE DES INTERACTIONS ENTRE TOUS CES PHENOMENES MONTRE POURQUOI LA THEORIE DES LIGNES DE TRANSMISSION CONDUIT PARFOIS EN CE DOMAINE A DES SOLUTIONS ERRONEES. UNE CONDITION D'APPLICATION PERMET TANT DE VALIDER L'UTILISATION DE CETTE THEORIE EST EGALEMENT PROPOSEE
Author: Andriamanantsoa Ratsimandresy
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Languages : fr
Pages : 157
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LES PROGRES CONSIDERABLES DANS LE DOMAINE DE LA MICROELECTRONIQUE ENTRAINENT UNE UTILISATION SANS CESSE ACCRUE DE L'ELECTRONIQUE INTEGREE, TRES RAPIDE ET CONTROLEE PAR DE FAIBLES NIVEAUX D'ENERGIE, QUI AUGMENTE LA VULNERABILITE DES SYSTEMES ELECTRONIQUES AUX COUPLAGES ET AUX AGRESSIONS ELECTROMAGNETIQUES. NOTRE CONTRIBUTION PORTE SUR L'ANALYSE PARAMETRIQUE ET LA PREDICTION DES CONSEQUENCES DES COUPLAGES ELECTROMAGNETIQUES, PAR LA MODELISATION NUMERIQUE DES CABLES, DES PISTES DE CIRCUITS IMPRIMES ET DES BOITIERS DE CIRCUITS INTEGRES. LE DEVELOPPEMENT DES MODELES NUMERIQUES S'ACCOMPAGNE D'UNE PHASE DE VALIDATION ET DE VERIFICATION. POUR L'EVALUATION DES PARAMETRES ELECTRIQUES DES MODELES, NOUS MONTRONS LA COMPLEXITE ET LES LIMITATIONS DES METHODES ANALYTIQUES CLASSIQUES DES QUE LES STRUCTURES A ANALYSER DEVIENNENT PLUS COMPLEXES. NOUS PROPOSONS DES METHODOLOGIES FAISANT APPEL AUX THEORIES DE BASE (EQUATIONS DE MAXWELL, THEORIE DES LIGNES DE TRANSMISSION) ET A DES METHODES NUMERIQUES (METHODE DES MOMENTS, METHODES DES ELEMENTS FINIS) CONDUISANT A DES RESOLUTIONS DE PLUS EN PLUS FINES GRACE A UNE PUISSANCE CROISSANTE DES ORDINATEURS. UNE INVESTIGATION PARTICULIERE SUR LA MODELISATION D'UN CABLE DE HAUTES PERFORMANCES, LE TRIAXIAL, PREVU POUR FONCTIONNER DANS UN ENVIRONNEMENT SPATIAL TRES PERTURBE, EST EFFECTUEE, SOULIGNANT LE ROLE ESSENTIEL DES DEUX IMPEDANCES DE TRANSFERT INTRINSEQUES VIS-A-VIS D'UN COUPLAGE PAR CHAMP ELECTROMAGNETIQUE. UNE CAMPAGNE DE SIMULATIONS EST ENSUITE EFFECTUEE AFIN DE VERIFIER LE MODELE. LE MODELE DEVELOPPE EST INTEGRE DANS L'ENVIRONNEMENT DE TRAVAIL TDAS-EMC#* AFIN DE PERMETTRE LA PREDICTION PAR SIMULATION DU COMPORTEMENT EN ENVIRONNEMENT SPATIAL D'UN SYSTEME COMPLEXE TEL QUE LE BUS DE DONNEES DE COLUMBUS#*#*, ILLUSTRANT AINSI L'INTERET PRECIEUX DE LA MODELISATION. LA MODELISATION DES BOITIERS DES CIRCUITS INTEGRES#*#*#* EST NECESSAIRE AFIN D'EFFECTUER DES ANALYSES PAR SIMULATION SPICE DE LEURS INFLUENCES SUR LA GENERATION DES PARASITES. ENSUITE DES SIMULATIONS BASEES SUR LA CONNEXION DES PUCES ET DES BOITIERS SUR LES CIRCUITS IMPRIMES MONO OU MULTICOUCHES SONT EFFECTUEES AFIN DE PREDIRE LE COMPORTEMENT DES MICRO-SYSTEMES ELECTRONIQUES HAUTES PERFORMANCES D'AUJOURD'HUI. #* TEST-DATA ANALYSIS SYSTEM FOR ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (EMC): ENVIRONNEMENT LOGICIEL DEVELOPPE PAR MATRA MARCONI SPACE (MMS) DIVISION MODELISATION MATHEMATIQUE ET OUTILS SYSTEMES DANS LE CADRE D'UNE ETUDE DE RECHERCHE ET DE DEVELOPPEMENT DE L'AGENCE SPATIALE EUROPEENNE (ESA) #*#* PROGRAMME EUROPEEN DE L'ESA DEDIE AU DEVELOPPEMENT DE LA STATION SPATIALE EUROPEENNE #*#*#* EFFECTUE A MMS DANS LE CADRE DU PROJET EUROPEEN JESSI-AC5 (JOINT EUROPEAN SUBMICRON SILICON INITIATIVE FOR EMC)
Author: Jean Max
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Author: Charles Jullien
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse porte sur l'analyse et la modélisation des interactions électromagnétiques sur des torons aéronautiques constitués de câbles multiconducteurs représentatifs de la réalité industrielle. En effet les évolutions technologiques (introduction de matériaux composites, augmentation des fonctions électriques,..) conduisent à revoir les niveaux d'exigence des couplages électromagnétiques sur torons de câbles. Ainsi, les outils de dimensionnement de ces couplages s'avèrent indispensables pour décider des choix technologiques d'architectures des câblages.Dans ce contexte, les codes numériques basés sur la théorie des lignes de transmission permettent de calculer les couplages électromagnétiques au sein de torons multiconducteurs. Ces modèles numériques doivent être alimentés par la description géométrique des sections droites de toron. Un outil logiciel de génération de sections droites de toron a étévalidé dans un premier temps par comparaison à une référence bibliographique, puis par une étude expérimentale d'un toron réel d'A380. Cette étude de suivi de positionnement de conducteur dans le toron a mis en évidence que le cheminement des câbles au sein du toron dépendait de leur rigidité. Ainsi, la bifilaire torsadée non blindée est le câble dont le cheminement est le moins maîtrisé. De plus, ce type de câble très couramment utilisé pour transmettre desdonnées en mode différentiel, est à l'origine de couplages spécifiques qu'il est essentiel d'analyser pour correctement les modéliser. Par conséquent, le premier cas étudié est composé d'une bifilaire torsadée agresseur et d'une monofilaire victime. Les simulations numériques ont montré que les courants induits le long de la monofilaire victime présentaient un motif propre à la torsade de la bifilaire agresseur. Ce motif a été expliqué par une approche analytique et confirmé par expérimentations. La prise en compte des torsades dans une simulation numérique induisant des temps de calculs prohibitifs, un modèle simplifié de câble torsadé basé sur un moyennage des paramètres linéiques a été développé et validé. L'effet des extrémités dé-torsadées résultant de la connectorisation a également été évalué d'un point de vue numérique et expérimental. Les cas d'étude ont ensuite été complexifiés à des couplages entre bifilaires torsadées jusqu'à traiter un toron réel de plus de 60 conducteurs. Un banc expérimental a été développé. La modélisation numérique de ce toron complexe a été réalisée et les résultats numériques de couplages électromagnétiques confrontés aux données expérimentales. En vue de réduire considérablement les temps de calculs, le modèle simplifié a étéappliqué à ce toron. Sa potentialité a été démontrée. Une analyse statistique de la dispersion des couplages lectromagnétiques au sein de ce toron complexe a finalement été abordée.
Author: Guillaume Vigneau
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Languages : fr
Pages : 213
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Book Description
Actuellement, les systèmes permettant de transférer de l'énergie dans le but de recharger les accumulateurs d'appareils électroniques sans l'emploi de câble se démocratisent davantage chaque jour. On comprend donc bien l'intérêt de tels systèmes dans des environnements embarqués et confinés tels que l'habitacle d'un véhicule. Le principe de l'induction magnétique réside dans un transfert de flux magnétique entre deux antennes inductives. Le champ magnétique servira de vecteur au transport d'une puissance électrique, puisque c'est au travers de cette création de flux magnétique que sera échangée ou transférée la puissance d'un émetteur vers un récepteur. Un tel système d'émission-réception de puissance utilisant le principe d'induction magnétique contient un émetteur, des antennes (bobines) inductives couplées et un récepteur. Un premier chapitre sera donc consacré à l'étude des antennes d'un point de vue théorique et technologique. Des modèles électromagnétiques d'antennes inductives seront développés, et après validation par corrélation avec des mesures électriques et électromagnétiques, ils seront employés au travers d'intenses simulations électromagnétiques. Ceci afin de montrer l'impact des paramètres définissant ces antennes inductives sur leurs comportements électrique et électromagnétique. Une fois les antennes inductives optimisées et leurs paramètres clés identifiés, on étudiera dans un deuxième temps les effets de l'induction magnétique lorsque qu'une antenne d'émission et une autre de réception sont présentées ensembles et mises en condition de transfert d'énergie. On mettra donc en évidence le principe de couplage magnétique entre les antennes ainsi que la notion de rendement de puissance appelé aussi efficacité de liaison. Les différents paramètres des antennes seront là aussi caractérisés afin d'étudier leur influence sur le transfert d'énergie inductif. Le tout illustré de la même manière que précédemment, en s'appuyant sur d'intenses simulations électromagnétiques et des modèles validés par rapport à différentes méthodes de mesure. Ceci dans le but de comprendre les mécanismes de fonctionnement et d'optimisation d'un système de transfert d'énergie par induction magnétique ainsi que de proposer des règles générales de conception d'antennes inductives. Dans un troisième temps, on présentera les différents étages électroniques composant les systèmes de transfert d'énergie inductif. Une partie sera dédiée à la définition du point de vue système des éléments constituant la chaine complète d'émission et de réception. La conception, l'optimisation et la mesure des amplificateurs de puissance utilisés au niveau de l'émetteur seront également présentés. En effet, ces systèmes doivent être suffisamment performants afin de transférer des puissances capables d'alimenter des appareils électroniques de type téléphones tout en ayant un bilan de puissance efficace avec des pertes limitées. A partir de modèles de circuits émetteur et récepteur et en s'appuyant sur des simulations circuits, nous estimerons les bilans de puissances afin d'évaluer les performances et les limites des différents systèmes. Ces simulations une fois validées par mesures permettront de quantifier l'efficacité du transfert de puissance et proposer des voies d'optimisation. Ces systèmes et technologies sont de plus en plus utilisés pour l'électronique grand public et il existe actuellement plusieurs standards régissant le transfert d'énergie inductif. Les différentes études présentées dans cette thèse seront donc orientées vers ces différentes normes, et des analogies seront réalisées tout le long du mémoire afin de mettre en exergue leurs différents principes de fonctionnement.
Author: Mustapha Himeur
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Languages : fr
Pages : 318
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Book Description
L'étude de la compatibilité électromagnétique de systèmes électriques est devenue cruciale dès leur phase de conception, en vue de diminuer les coûts et les temps d'élaboration de prototypes. Pour ce faire, un modèle basé sur la théorie des antennes est développé temporel. Il permet de simuler à la fois les phénomènes électromagnétiques conduits et rayonnés. Sa mise en œuvre nécessite l'écriture de l'équation intégrale du champ électrique (EFIE). Pour simplifier celle-ci, l'approximation " fils fins " est utilisée. La formulation simplifiée est resolue par la méthode des moments, associée à l'utilisation de polynômes d'interpolation de Lagrange au second ordre pour le courant, en espace et en temps. Concernant les fonctions tests, on utilise des distributions de Dirac, méthode connue sous le nom la méthode de collocation. La formulation numérique est finalement implémentée en langage orienté objet JAVATM pour sa portabilité, sa fiabilité et sa robustesse. Le modèle développé permet le calcul des courants dans une structure filaire, et l'obtention des champs proches et lointains rayonnés. Des composants électroniques ou électriques, peuvent être insérés dans le modèle, de même que des sources de tension. L'insertion de composants non-linéaires tels que la diode a également été réalisée. Ils sont représentés par leur comportement haute fréquence en régime transitoire. L'étude de structures simples a permis de valider l'approche développée.
