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Contraintes électromagnétiques des systèmes d'électronique de puissance : Des applications domestiques aux applications industrielles
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Bunetel, Jean-Charles Le |
| Copyright Year | 2008 |
| Abstract | Ce memoire presente mon activite de recherche depuis mon integration au sein du Laboratoire de Micro-electronique de Puissance (L.M.P). Mon activite de recherche est centree sur la thematique " la compatibilite electromagnetique des convertisseurs de puissance ". L'apport de l'electronique de puissance dans ce domaine a permis de reduire la taille des alimentations, d'ameliorer les rendements, de rendre plus fiable les systemes. Le principe d'interrupteur commande en tout ou rien presente l'avantage de reduire les pertes par conduction contrairement a l'utilisation de transistor bipolaire en fonctionnement en mode " ballast ". Le fait de fonctionner par impulsion de courant et de tension permet d'ameliorer le rendement. Cependant, ces commutations apportent la presence d'harmoniques liee a la frequence de commutation des interrupteurs. Ces commutations peuvent alors poser des problemes de compatibilite electromagnetique. Ces problemes peuvent s'averer genant pour le fonctionnement meme du systeme qui les genere, comme pour les appareils alentours. Dans ce dernier cas, des normes sont a respecter en emission et en immunite selon le domaine d'application. Pour remedier a ces problemes, des filtres et des blindages sont souvent ajoutes en fin de conception, qui ont tendance a augmenter le volume du convertisseur et parfois a diminuer les performances visees. Un compromis est souvent necessaire entre performance et pertes. Le fait de veiller tout au long de la conception aux consequences des choix technologiques sur la C.E.M. permet d'orienter pas a pas le developpement du convertisseur. Cela permet egalement de reduire, voire de supprimer les elements de filtrage. Dans tous les cas, les problemes de compatibilites electromagnetiques (C.E.M.) sont a prendre en compte des la conception. Mes travaux de recherche decrits dans ce memoire, s'inscrivent dans ce contexte. Des outils de simulation CEM et un travail d'analyse sont presentes a travers un travail de conception des composants de type " relais " a faibles energies de commande, realises a partir de TRIAC ou de Thyristors, lors des travaux de these de Ghafour BENABDELAZIZ en collaboration avec STMicroelectronics. En effet, ces composants controles presentent a chaque alternance une discontinuite du courant, la source de perturbation correspondante est de meme type que celle du variateur de lumiere. L'etude a permis de developper differentes solutions. Dans chaque cas, pour le fonctionnement le plus defavorable, nous avons cherche a minimiser cette discontinuite de courant ainsi que les pertes, en fonction des parametres electriques. Il s'agit la encore de trouver un compromis entre CEM et pertes. Un parametre, a ne pas negliger lors de l'utilisation de composant de type TRIAC ou Thyristor, est que ces composants sont sensibles aux variations de tension. Cette problematique nous a conduit a une etude qualitative sur le choix du composant respectant les contraintes d'immunite. Differents parametres importants dans les problemes de CEM sont abordes dans ce memoire. Le premier parametre presente est la commutation. L'analyse des commutations des courants de puissance est faite dans le cas d'un variateur de lumiere. Ce type de convertisseur est bien connu pour parasiter entre autre les grandes ondes radio. L'etude de cette application presente la particularite de ne generer majoritairement que des perturbations electromagnetiques conduites de mode differentiel. Cela nous a conduit a etudier les parametres sur differents interrupteurs qui peuvent modifier la forme de la commutation du courant. Nous avons cherche a optimiser la commutation par differentes methodes et a verifier si elle reste optimale lorsque les parametres electriques des interrupteurs varient legerement. La prise en compte de cette contrainte est primordiale pour eviter d'obtenir des performances electromagnetiques differentes pour deux convertisseurs identiques mais monter avec des interrupteurs de lots de fabrication differents. Nous retrouverons cette problematique dans les travaux presentes ici. Une partie de ces travaux a ete aborde dans le cadre du DEA de Nicolas NOIROT en collaboration avec le laboratoire du L.A.A.S. (Laboratoire d'Architecture et d'Analyse des Systemes) et une autre partie a fait l'objet de travaux de these Romain FERRAGUT. Ces etudes se sont appuyees sur des outils de simulation developpes par le laboratoire. Un second parametre important dans la CEM presente dans ce manuscrit est les chemins de propagations des perturbations electromagnetiques. L'etude des chemins de propagations a ete faite sur un convertisseur industriel. Ces travaux ont conduit au developpement d'un modele frequentiel du convertisseur industriel, lors de la these de Stephane BREHAUT et du DEA de Moustapha OULD EL BECHIR, en collaboration avec SAFT POWER SYSTEMS. Cela nous a permis d'identifier les chemins de propagation ainsi que les composants favorisant cette propagation pour un tel systeme. Nous avons cherche a modifier les chemins de propagation en agissant sur le comportement frequentiel de ces composants, en modifiant le trace electrique et en symetrisant la structure. Ces travaux ont permis d'optimiser le filtrage en amont et en aval du convertisseur, une partie de ces travaux sera presentee dans ce manuscrit. Pour finir, nous sommes interesses plus particulierement aux moyens de reduire les niveaux de perturbation par etalement spectral. Cette repartition de l'energie electromagnetique sur les differentes bandes frequentielles doit etre controlee et etre contenu dans la bande frequentielle d'emission conduite. Cette problematique a fait l'objet de travaux d'etude en collaboration avec l'equipe EMCIS (EMC in Industrial Systems) de l'Universite de Catalogne. Ce memoire essaie de montrer a travers differents exemples que la prise en compte des contraintes electromagnetiques en parallele de la mise en œuvre d'un convertisseur, permet de diminuer les volumineux filtres ajoutes generalement en fin de conception, en les positionnant plus judicieusement. Selon la complexite du systeme etudie et des topologies utilisees, les techniques d'investigations differentes sont presentees. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00988544/document |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
