A Global Study of a Contactless Energy Transfer System: Analytical Design, Virtual Prototyping and Experimental Validation

International audienceThis paper presents a design methodology dedicated to a two-winding transformer with large air gap and magnetic cores. To design this kind of components, it is necessary to consider the influence of inductive parameters on electrical magnitudes and the converter, which supplies this magnetic device. Indeed, this kind of a magnetic device has a large leakage inductance and a small magnetizing inductance. Therefore, to transfer the desired power, the transformer needs important reactive energy to magnetize magnetic core and to provide leakage flux. Like inductive parameters can be determined only when geometry is known, sizing has to be iterative. Moreover, resonant converters can be used to compensate inductive behavior, but modify electrical constraints of the transformer. A robust algorithm of design and all necessary tools are presented in order to make it easier to size such components. After the analytical design, 3-D FEM simulations and experimental measurements have been carried out in order to validate the theoretical study. Moreover, the power electronics converter has been optimized in order to improve the efficiency of power transfer. A prototype of 1.6 kW 100 kHz with an air gap of 6 mm has been realized with its converter. The global efficiency is 93.3%

Analytical Models Synthesis of Power Electronic Converters

In this paper we proposes a synthesis of different mathematical models of power electronic converters based on Thevenin/Norton equivalent circuits. Those models, composed by impedances and harmonic noise sources, are helpful to predict the conducted ElectroMagnetic Interferences (EMI) generated by converters connected to the electrical network. Moreover, the extracted impedances are determining for sizing EMC filters. The proposed analytical model is tested with PSpice simulations and validated by experimental measurements, from DC frequency until 30MHz

Analyse et comparaison des divers modes de conversion statique CC-CC : mode de commutation et sûreté de fonctionnement performances C.E.M

The works presented in this thesis relate to the improvement of the continuous-continuous static conversion with respect to 2 different criteria;operational reliability and electromagnetic compatibility, which is becoming increasingly important today.To do this we are carrying out a comparative study concerning a structure of the voltage inverter type implementing successively4 semiconductor technologies (IGBT-bipolar, GTO, MOFSET), in the following 3 operating modes: thyristor, thyristor-dual, forced switching.A new control mode has made it possible to achieve satisfactory functional reliability for the thyristor mode, while an analysis of the switching cells associated with the measurement of the switching and conduction losses constitutes a first step towards quantifying the reliability. technological.A chain of instantaneous electrical power measurements developed for these needs allows us to dissociate the losses by switching from the losses by conduction. In addition, a calorimetric measurement bench validates the overall balance of losses.These studies show the existence of a certain adequacy between the semiconductor component and the switching mode.The second part of this work concerns the disturbances emitted in duct mode - mainly in differential mode - and in radiated mode.These investigations are based jointly on simulations and measurements.Les travaux présentés dans ce mémoire ont trait à l'amélioration de la conversion statique continu-continu vis à vis de 2 critères différents;la sûreté de fonctionnement et la compatibilité électromagnétique dont l'importance va croissante de nos jours.Pour ce faire nous menons une étude comparative concernant une structure de type onduleur de tension mettant en oeuvre successivement 4 technologies de semi conducteurs (IGBT-bipolaire, GTO, MOFSET), et ce dans les 3 modes de fonctionnement suivants : thyristor, thyristor-dual, commutation forcée.Un nouveau mode de commande a permis d'atteindre une fiabilité fonctionnelle satisfaisante pour le mode thyristor alors qu'une analyse des cellules de commutation associée à la mesure des pertes par commutation et par conduction constituent un premier pas en direction de la quantification de la fiabilité technologique.Une chaîne de mesures de puissances électriques instantanées développée pour ces besoins nous permet de dissocier les pertes par commutation des pertes par conduction. De plus, un banc de mesures calorimétriques valide le bilan global des pertes.Ces études montrent l'existence d'une certaine adéquation entre le composant semi conducteur et le mode de commutation.La deuxième partie de ce travail concerne les perturbations émises en mode conduit-principalement en mode différentiel - et en mode rayonné.Ces investigations s'appuient conjointement sur des simulations et des mesures

Stratégie de pré-dimensionnement de convertisseurs statiques (application à une alimentation 42V-14V réversible pour l'automobile)

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Modélisation et optimisation des performances CEM d'une association variateur de vitesse-machine asynchrone

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Modélisation, caractérisation, dimensionnement de jeux de barres

La conception de jeux de barres nécessite le développement de modèles et d'outils informatiques spécifiques à ce domaine du génie électrique afin d'être compatible avec les méthodes de dimensionnement existantes. Les principales grandeurs utiles lors d'une conception sont : les courants circulant dans chaque conducteur ainsi que les grandeurs directement liées aux courants telle que la puissance dissipée sous forme de pertes joules. Les autres grandeurs recherchées découlent de la connaissance du courant : l'induction magnétique et les efforts électrodynamiques. Dans un premier temps une approche qualifiable de conventionnelle est menée afin d'obtenir des modèles pouvant être utilisés dans des environnements de dimensionnement. Cette approche permet de présenter les difficultés matérielles ou théoriques rencontrées avec ces méthodes. Dans un second temps l'approche proposée afin d'évaluer le courant électrique est présentée et validée à l'aide d'une maquette et de simulations éléments finis. Lorsque le courant est connu, il est possible de mettre en place les méthodes de calcul permettant d'évaluer l'induction magnétique ainsi que les efforts électrodynamiques, puis de valider ces calculs à l'aide de simulation éléments finis. Finalement la méthodologie d'optimisation est présentée et deux optimisations sur ces cas réels sont présentées.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Built-in EMC for integrated power electronics systems

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Optimisation des canalisations électriques et des armoires de distribution

Les jeux de barres, canalisations électriques préfabriquées et plus généralement toutes les interconnexions sont indispensables à l'architecture de la filière électrique. Ces connectiques que l'on souhaiterait transparentes' sont néanmoins le parent pauvre' de l'optimisation car elles sont le lieu de pertes par effet Joule souvent largement supérieures au minimum théorique, du fait de répartitions de courant non-uniformes dans leurs sections. Afin de prendre en compte ce phénomène dès la conception (au travers d'un outil logiciel dédié), on introduit une méthode de modélisation adaptée. Alors que les méthodes éléments finis sont adaptées aux organes de conversion électromécaniques, les connexions sont plus naturellement modélisées par la méthode PEEC (Partial Element Equivalent Circuit). Couplée à des optimiseurs, cette méthode se révèle très efficace pour améliorer le design des conducteurs, tant sur l'agencement des barres pour lutter contre les effets de proximité que, comme on le montre ici, sur la forme des sections pour minimiser l'effet de peau par couplage à des algorithmes génétiques. Les outils développés donnent alors accès à une marge de gain importante jusqu'ici peu explorée. Afin de s'adapter aux dispositifs étudiés, dont une partie est entourée d'enveloppes métalliques, une extension de la méthode (baptisée PEEC') prenant en compte l'aimantation des tôles ferromagnétiques est proposée. Pour l'épineux problème du choix de fonction objectif, l'analyse du cycle de vie et la recherche du moindre impact environnemental peuvent orienter l'arbitrage entre coût matière et pertes Joule consenties. Une extrapolation des gains accessibles est proposée.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF