Modélisation des perturbations électromagnétiques dans les convertisseurs statiques pour des applications aéronautiques PDF Download
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Author: Clément Marlier
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Book Description
Depuis les années 1990, l'énergie électrique a tendance à supplanter les autres énergies de servitude à bord des avions. Ceci offre des gains notables en termes de poids, volume et coûts de maintenance. L'énergie électrique remplit des fonctions de plus en plus variées grâce à la généralisation de l'utilisation de convertisseurs statiques. Ces convertisseurs sont basés sur l'utilisation de composants semiconducteurs en commutation qui génèrent des variations rapides de tension et de courant. Ce qui engendre des perturbations à haute fréquence qu'il faut limiter afin d'être conforme aux normes de compatibilité électromagnétiques (CEM). La conformité aux normes est souvent obtenue en ajoutant un filtre lourd et volumineux au système, ce qui réduit les gains apportés par la transition vers le plus électrique. Afin d'optimiser le filtre à ajouter, il est intéressant de prendre en compte la contrainte de CEM dès la phase de conception, pour cela, il faut disposer d'outil de simulation prédictive. Dans cette thèse nous proposons une méthode de modélisation des perturbations conduites émises par un système valable jusque 50MHz. Pour cela, notre travail se divise en deux parties. D'une part, nous proposons une méthode de modélisation des chemins de propagation des perturbations, incluant notamment les câbles d'énergie. D'autre part, nous proposons une méthode de modélisation des sources de perturbation en domaine fréquentiel. Cette méthode est basée sur l'utilisation de plusieurs topologies de générateurs équivalents et permet de représenter le comportement non-linéaire des convertisseurs. Cette méthode est validée expérimentalement sur un hacheur série et sur un onduleur monophasé.
Author: Clément Marlier
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Depuis les années 1990, l'énergie électrique a tendance à supplanter les autres énergies de servitude à bord des avions. Ceci offre des gains notables en termes de poids, volume et coûts de maintenance. L'énergie électrique remplit des fonctions de plus en plus variées grâce à la généralisation de l'utilisation de convertisseurs statiques. Ces convertisseurs sont basés sur l'utilisation de composants semiconducteurs en commutation qui génèrent des variations rapides de tension et de courant. Ce qui engendre des perturbations à haute fréquence qu'il faut limiter afin d'être conforme aux normes de compatibilité électromagnétiques (CEM). La conformité aux normes est souvent obtenue en ajoutant un filtre lourd et volumineux au système, ce qui réduit les gains apportés par la transition vers le plus électrique. Afin d'optimiser le filtre à ajouter, il est intéressant de prendre en compte la contrainte de CEM dès la phase de conception, pour cela, il faut disposer d'outil de simulation prédictive. Dans cette thèse nous proposons une méthode de modélisation des perturbations conduites émises par un système valable jusque 50MHz. Pour cela, notre travail se divise en deux parties. D'une part, nous proposons une méthode de modélisation des chemins de propagation des perturbations, incluant notamment les câbles d'énergie. D'autre part, nous proposons une méthode de modélisation des sources de perturbation en domaine fréquentiel. Cette méthode est basée sur l'utilisation de plusieurs topologies de générateurs équivalents et permet de représenter le comportement non-linéaire des convertisseurs. Cette méthode est validée expérimentalement sur un hacheur série et sur un onduleur monophasé.
Author: Nadir Idir
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Languages : fr
Pages : 129
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Ce mémoire présente une synthèse de mes travaux de recherche qui portent sur la modélisation comportementale des composants actifs et passifs, pour les convertisseurs statiques, et son application à l'étude des perturbations électromagnétiques. La première partie de mes activités de recherche a porté sur l'étude des mécanismes de commutation des Interrupteurs Bidirectionnels en Tension et en Courant (IBTC) à l'aide de modèles comportementaux. L'objectif était de réduire les contraintes en courant et en tension sur ces interrupteurs en agissant sur la commande des transistors. Les résultats de ces travaux nous ont conduit à proposer une nouvelle commande rapprochée appelée CATS (Commande Autour de la Tension de Seuil) qui permet de contrôler les commutations à la mise en conduction et au blocage des transistors à grille isolée de type MOSEFT et IGBT. Utilisée avec des IBTC, cette commande a permis le fonctionnement en toute sécurité d'un convertisseur AC-AC avec une maîtrise complète des contraintes, en tension et en courant, subies par les différents composants semi-conducteurs, augmentant par la même occasion leur fiabilité. La commande CATS a trouvé également son application dans la réduction des perturbations électromagnétiques générées par un convertisseur statique dont la commutation des composants de puissance est la source principale. La seconde partie de mes travaux de recherche a été consacrée à l'étude par simulation des perturbations électromagnétiques générées par un système de type variateur de vitesse afin de mettre en place les moyens de protection adéquats. Pour cela, nous avons proposé des méthodes d'identification des paramètres des modèles comportementaux : du convertisseur, des câbles d'énergie blindés et du moteur asynchrone. La simulation globale du variateur de vitesse, dans le domaine temporel et fréquentiel, a permis d'identifier les chemins de propagation des perturbations conduites dans l'ensemble du système. En utilisant cet outil de simulation, nous avons proposé des solutions pour réduire ces émissions en agissant sur la stratégie de commande du convertisseur.
Author: Chaiyan Jettanasen
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Languages : fr
Pages : 183
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Dans le domaine de l’électronique de puissance, afin d’améliorer l’efficacité du fonctionnement des associations convertisseurs-machines, les semi-conducteurs utilisés fonctionnent à des fréquences de plus en plus élevées, ceci engendre des perturbations électromagnétiques très contraignantes. Durant cette étude, nous nous intéressons particulièrement aux perturbations conduites de mode commun (MC) qui est le mode le plus pénalisant dans ce genre de système. Ces perturbations vont d’une part degrader les roulements du moteur et d’autre part se propager vers l’alimentation et engendrer des perturbations rayonnées qui peuvent créer des dysfonctionnements dans les appareils environnants, notamment les systèmes électroniques bas niveau. Ces perturbations, qui font partie des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), attirent de plus en plus l’attention des industriels, notamment dans le domaine aéronautique qui s’oriente vers une génération d’avions « plus électriques ». Pour assurer la sûreté de fonctionnement, il convient de respecter des normes de CEM strictes (ex. DO-160D en aéronautique). La modélisation du système constitue le point de épart de ce travail. L’approche choisie, dite « quadripolaire », est basée sur des mesures spécifiques de la tension de MC générée par l’onduleur, et des impédances équivalentes de MC de chaque constituant du système qui est représenté par un quadripôle associé à une matrice d’impédance [Z]. Ce modèle simple, efficace et surtout versatile nous permet d’estimer ou de calculer directement dans le domaine fréquentiel les courants et les tensions de MC aux différents points du circuit. La confrontation aux résultats expérimentaux montre la validité du modèle sur une large gamme de fréquences. Ce modèle est ensuite exploité à des fins d’études de sensibilité et de dimensionnement de solutions de réduction des perturbations conduites de MC. Enfin, un modèle, tenant compte du courant circulant dans le plan de masse, propose une modélisation proche d’un système d’entraînement réel installé en secteur industriel ou à bord d’un avion.
Author: Jean-Frédéric Charpentier
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Languages : fr
Pages : 177
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CE TRAVAIL TRAITE DE LA MODELISATION DES ENSEMBLES FORMES PAR DES DISPOSITIFS ELECTROMAGNETIQUES ASSOCIES A DES CONVERTISSEURS STATIQUES PAR RESOLUTION SIMULTANEE DES EQUATIONS DU CHAMP DANS LE DISPOSITIF ET DES EQUATIONS DE TYPE CIRCUIT DU CONVERTISSEUR. UN AUTRE ASPECT DE CE TRAVAIL CONCERNE LA MODELISATION DES PHENOMENES LIES A L'AUGMENTATION DES FREQUENCES D'ALIMENTATION DE CES DISPOSITIFS. LE MEMOIRE COMPORTE QUATRE CHAPITRES: DANS LE PREMIER CHAPITRE UNE FORMULATION GENERALE DU PROBLEME DU COUPLAGE ENTRE LES EQUATIONS DU CHAMP DANS UN DISPOSITIF ELECTROMAGNETIQUE ET LES EQUATIONS D'UN CIRCUIT QUELCONQUE EST PRESENTEE. UNE METHODE GENERALE BASEE SUR LA TECHNIQUE DES ELEMENTS FINIS ET SUR UN ALGORITHME GENERAL DE MISE EN EQUATION DES CIRCUITS PERMET DE METTRE AUTOMATIQUEMENT L'ENSEMBLE DE CES EQUATIONS SOUS FORME D'UN SYSTEME UNIQUE D'EQUATIONS DIFFERENTIELLES. LE DEUXIEME CHAPITRE EST CONSACRE A LA RESOLUTION, PAR DES METHODES NUMERIQUES, DU SYSTEME D'EQUATIONS DIFFERENTIELLES PRESENTE DANS LE CHAPITRE PRECEDENT. DIFFERENTES METHODES SONT PRESENTEES ET COMPAREES. LA METHODE UTILISEE POUR LA GESTION DU TEMPS DE SIMULATION ET DES COMMUTATIONS DES INTERRUPTEURS ELECTRONIQUES DU CONVERTISSEUR STATIQUE EST DECRITE. LA MODELISATION DES EFFETS DUS A LA MONTEE EN FREQUENCE DES DISPOSITIFS ELECTROMAGNETIQUES EST TRAITEE DANS LE TROISIEME CHAPITRE. UNE PROCEDURE PERMETTANT DE CARACTERISER EN FONCTION DE LA FREQUENCE LES PHENOMENES LIES AUX COURANTS INDUITS, AINSI QU'UNE FORMULATION POUR MODELISER LES EFFETS CAPACITIFS DANS CES DISPOSITIFS SONT PROPOSEES. ENFIN LE QUATRIEME CHAPITRE PRESENTE DES EXEMPLES D'APPLICATION QUI CONCERNENT AUSSI BIEN LA SIMULATION DES ASSOCIATIONS DISPOSITIFS ELECTROMAGNETIQUES-CONVERTISSEURS-STATIQUES, QUE LA CARACTERISATION FREQUENTIELLE DES DISPOSITIFS ELECTROMAGNETIQUES
Author: Maxime Moreau
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Languages : fr
Pages : 167
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Ces travaux de recherche portent sur la problématique CEM (Compatibilité Electromagnétique) en électronique de puissance. Cette étude s'intéresse particulièrement à la modélisation HF (haute fréquence) des convertisseurs d'énergie dans le but d'étudier la propagation des perturbations conduites vers le réseau avec ou sans l'utilisation du RSIL (Réseau Stabilisateur d'Impédance de Ligne). Une première partie présente les outils de modélisation des sources de perturbation dans les convertisseurs statiques.La seconde partie est consacrée à la modélisation HF d'un système d'entraînement à vitesse variable. L'onduleur de tension triphasé est représenté par trois générateurs équivalents afin de reconstituer le découpage des tensions de sortie. Un modèle HF du câble blindé de 4 conducteurs tenant compte de la dissymétrie est ensuite proposé. Les résultats de simulation ont été validés par des relevés expérimentaux. La comparaison montre qu'il est possible de modéliser correctement le comportement HF du dispositif jusqu'à 20MHz.Une troisième partie porte sur la propagation des perturbations conduites vers le réseau sans RSIL. Il a fallu pour cela déterminer et modéliser l'impédance du réseau. L'influence du pont redresseur à diodes sur la propagation des perturbations de mode commun a ensuite été étudiée. Les résultats de simulation montrent que l'impact de ces perturbations sur la tension réseau est prépondérant lorsque le pont redresseur est à l'état bloqué. Les résultats expérimentaux ont permis de valider cette étude. Ce travail se termine par une étude préliminaire sur l'association de deux convertisseurs connectés localement à une même source d'énergie.
Author: Jean-Luc Schanen
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Languages : fr
Pages : 184
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De nos jours, la nécessite se fait de plus en plus sentir de prendre en compte les formes d'ondes réelles au sein d'un convertisseur statique. Surtensions, sur courants, a l'origine de fatigue voire de destruction des semi-conducteurs, mais aussi courants perturbateurs issus du convertisseur ne peuvent plus être négliges dans la phase de conception. L'emploi de prototypes s'avère alors indispensable, ce qui entraîne une augmentation des coûts et temps de développement. Des logiciels existent permettant la modélisation des composants semi-conducteurs (pacte développe par le cegely), mais ils nécessitent la connaissance parfaite de l'environnement de ceux-ci. Cet environnement electromagnetique détermine également le pouvoir perturbateur et la susceptibilité du convertisseur statique. Nous avons développe un logiciel (inca) permettant le calcul des inductances parasites dues aux connexions pour des géométries tridimensionnelles. Des formules de calcul de capacités parasites ont également été mises en ouvre. Deux types de simulations sont présentées: l'une avec pacte et les modèles de semi-conducteurs, l'autre en utilisant un simulateur nodal (circuit+), pour s'affranchir de l'emploi de ces modèles. Les résultats obtenus sont prometteurs
Author: Jérémie Aimé
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Pages : 271
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Les commutations au sein des convertisseurs statiques, base même du transfert d'énergie sont à l'origine des perturbations électromagnétiques. En effet des fronts raides engendrent des signaux en mode commun qui excitent les câblages, les structures métalliques ou encore les composants passifs. Ces éléments, de par leurs dimensions importantes jouent alors le rôle d'antennes émettrices rayonnant l'énergie perturbatrice dans l'environnement immédiat du produit et susceptible de produire des dysfonctionnements au sein d'autres équipements. L'objet de cette travail de thèse est de quantifier et de modéliser les différentes sources d'énergie en fonction de leur intensité vis-à-vis d'une gamme de fréquences donnée dans un premier temps, puis dans un second temps de montrer que des actions astucieuses et peu onéreuses notamment sur les câblages ou les routage astucieux peuvent permettre de diminuer grandement les perturbations engendrées par l'écoulement des courants de mode commun en mode conduit mais surtout en mode rayonné. L'impact des blindages est aussi étudié en tout dernier ressort quand l'effort de réduction à la base n'est pas suffisant compte tenu des contraintes technologiques.
Author: Jérémie Aimé
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les commutations au sein des convertisseurs statiques, base même du transfert d'énergie sont à l'origine des perturbations électromagnétiques. En effet des fronts raides engendrent des signaux en mode commun qui excitent les câblages, les structures métalliques ou encore les composants passifs. Ces éléments, de par leurs dimensions importantes jouent alors le rôle d'antennes émettrices rayonnant l'énergie perturbatrice dans l'environnement immédiat du produit et susceptible de produire des dysfonctionnements au sein d'autres équipements. L'objet de cette travail de thèse est de quantifier et de modéliser les différentes sources d'énergie en fonction de leur intensité vis-à-vis d'une gamme de fréquences donnée dans un premier temps, puis dans un second temps de montrer que des actions astucieuses et peu onéreuses notamment sur les câblages ou les routage astucieux peuvent permettre de diminuer grandement les perturbations engendrées par l'écoulement des courants de mode commun en mode conduit mais surtout en mode rayonné. L'impact des blindages est aussi étudié en tout dernier ressort quand l'effort de réduction à la base n'est pas suffisant compte tenu des contraintes technologiques.
Author: Eliana Rondon-Pinilla
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Book Description
Actuellement, le développement de semiconducteurs et la demande croissante de convertisseurs en électronique de puissance dans les différents domaines de l’énergie électrique, notamment pour des applications dans l’aéronautique et les réseaux de transport et de distribution, imposent de nouvelles spécifications comme le fonctionnement à hautes fréquences de commutation, densités de puissance élevées, hautes températures et hauts rendements. Tout ceci contribue au fort développement des composants en SiC (Carbure de Silicium). Cependant, ces composants créent de nouvelles contraintes en Compatibilité Electromagnétique (CEM) à cause des conditions de haute fréquence de commutation et fortes vitesses de commutation (forts di/dt et dv/dt) en comparaison à d’autres composants conventionnels de l'électronique de puissance. Une étude des perturbations générées par les composants SiC est donc nécessaire. L'objectif de ce travail est de donner aux ingénieurs amenés à concevoir des convertisseurs une méthode capable de prédire les niveaux d'émissions conduites générées par un convertisseur électronique de puissance qui intègre des composants en SiC. La nouveauté du travail présenté dans cette thèse est l’intégration de différents modèles de type circuit pour tous les constituants d’un convertisseur (un hacheur série est pris comme exemple). Le modèle est valable pour une gamme de fréquences de 40Hz à 30MHz. Des approches de modélisation des parties passives du convertisseur sont présentées. Ces approches sont différentes selon que les composants modélisés soient disponibles ou à concevoir : elles sont basées sur des mesures pour la charge et les capacités ; elles sont basées sur des simulations prédictives pour routage du convertisseur. Le modèle complet du convertisseur (éléments passifs et actifs) est utilisé en simulation pour prédire les émissions conduites reçues dans le réseau stabilisateur d’impédance de ligne. Le modèle est capable de prédire l'impact de différents paramètres comme le routage, les paramètres de contrôle comme les différents rapports cycliques et les résistances de grille avec des résultats satisfaisants dans les domaines temporels et fréquentiels. Les résultats obtenus montrent que le modèle peut prédire les perturbations en mode conduit pour les différents cas jusqu'à une fréquence de 15MHz. Finalement, une étude paramétrique du convertisseur a été élaborée. Cette étude a permis de voir l’influence de la qualité des différents modèles comme les éléments parasites du routage, des composants passifs et actifs et d'identifier les éléments qui ont besoin d’un modèle précis pour avoir des résultats valides dans la prédiction des perturbations conduites.
Author: Gérard Dreyfus
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540288473
Category : Science
Languages : en
Pages : 509
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Book Description
Neural networks represent a powerful data processing technique that has reached maturity and broad application. When clearly understood and appropriately used, they are a mandatory component in the toolbox of any engineer who wants make the best use of the available data, in order to build models, make predictions, mine data, recognize shapes or signals, etc. Ranging from theoretical foundations to real-life applications, this book is intended to provide engineers and researchers with clear methodologies for taking advantage of neural networks in industrial, financial or banking applications, many instances of which are presented in the book. For the benefit of readers wishing to gain deeper knowledge of the topics, the book features appendices that provide theoretical details for greater insight, and algorithmic details for efficient programming and implementation. The chapters have been written by experts and edited to present a coherent and comprehensive, yet not redundant, practically oriented introduction.
