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Dissertations / Theses on the topic 'Electronique de commutation'
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IHADDADENE, ABDERRAHMANE. "Machine a courant continu a commutation assistee par electronique." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066114.
Full textAbstract:
La machine a courant continu est le moyen le plus simple et le plus economique pour realiser des entrainements a vitesse variable. Malheureusement, ces avantages sont contrebalances par les inconvenients decoulant de la presence, en son sein, du collecteur. Ce dernier, pouvant etre le siege d'etincelles, voire d'arcs electriques, constitue le veritable talon d'achille de ce type de machine. Les solutions classiques d'aide a la commutation ayant montre leur limite, des recherches ont ete entreprises pour tenter d'en trouver d'autres plus modernes en s'appuyant sur les progres de l'electronique de puissance. C'est ainsi que la commutation assistee par electronique a vu le jour. Nous presentons, dans cette these, une machine a courant continu rearrangee pour l'adapter, autant que possible, a la commutation assistee par un circuit electronique qui lui est externe. Cette machine que nous avons faite construire, munie de son circuit d'assistance, a fonctionne a une puissance superieure de 40% a la puissance nominale de la machine initiale. Les resultats de l'experience ainsi qu'une modelisation permettant de comprendre le fonctionnement de l'ensemble sont presentes
2
Muron, Lionel. "Conception de motorisation d'auxiliaires dans l'automobile par moteur recyclable a commutation electronique." Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066478.
Full textAbstract:
Pour satisfaire les futures normes de protection de l'environnement, le secteur automobile doit assurer le recyclage des materiaux constituant un vehicule. Or, la presence toujours croissante de petits moteurs electriques a bobinage en cuivre penalise la reutilisation de l'acier recycle dans sa filiere d'origine par suite d'un pourcentage de cuivre superieur aux normes industrielles. Le travail de these propose la conception d'un motoreducteur a commutation electronique de faible puissance pour l'application leve-vitre utilisant des materiaux de type recyclable tels que le conducteur en aluminium. Le choix d'un moteur sans balai facilite la fiabilisation de la liaison complexe entre le fil aluminium et le connecteur en cuivre. La conception de cette motorisation passe par l'etude prealable des differentes structures envisageables pour le moteur, le reducteur et l'electronique. Deux configurations geometriques, l'une allongee et l'autre plate, ont ete etudiees et comparees afin de satisfaire l'encombrement contraignant de l'application. La solution allongee associant un moteur a section dissymetrique, un reducteur a vis tangente et un convertisseur triphase unidirectionnel en courant a presente le meilleur compromis. Pour minimiser les perturbations electromagnetiques, une technique de commutation par superposition des courants de phase est implementee utilisant un controle lineaire du courant traversant chaque interrupteur. Le bruit magnetique audible est egalement reduit par la definition d'une section optimale minimisant le couple de detente dans l'entrefer. Finalement, la recyclabilite du motoreducteur choisi etant assuree par l'utilisation d'un conducteur en aluminium, une methode experimentale est adoptee pour la definition d'une soudure electromecanique fiable sur un connecteur en cuivre.
3
Benalla, Hocine. "Etude et realisation d'une assistance electronique a la commutation dans les machines a courant continu." Paris 6, 1994. http://www.theses.fr/1994PA066316.
Full textAbstract:
Les travaux presentes dans cette these sont consacres a l'etude de l'assistance electronique a la commutation dans les machines a courant continu fonctionnant sans poles auxiliaires. Ces derniers ont pour fonction habituelle d'assurer la commutation des sections a leur passage sur la ligne neutre. Il s'agit, rappelons le, d'inverser le courant dans la section lorsqu'elle passe devant les balais. Les poles auxiliaires sont en general encombrants et augmentent sensiblement le poids de la machine. Dans ce travail ils sont supprimes et la commutation est realisee a l'exterieur de la machine grace a un dispositif electronique. Deux machines ont ete assistees avec succes a l'aide de deux systemes differents pilotes par ordinateur. Les resultats obtenus confirment les possibilites de la commutation assistee par electronique
4
Napieralska, Malgorzata. "Modélisation du transistor V. DMOS pour simulation de circuits en électronique de puissance." Toulouse, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAT0009.
Full textAbstract:
Un modele non lineaire du transistor v. Dmos de puissance a canal court dont les elements ne dependent que des donnees physiques et technologiques du composant est presente. Par analyse des regions actives de la structure du composant en vue de l'etude des regimes de commutation, ce modele est simplifie jusqu'a une topologie compatible avec le simulateur spice. Les procedures d'acquisition de ses parametres sont precisees ainsi que les tests de validation. Une bibliotheque informatique d'interrupteurs de puissance mos, destinee a la conception des circuits de puissance est cree par caracterisation des transistors (canal n et p) couvrant les gammes de tension 50v-1000v et de courant 2a-50a. Un modele unifie du v. Dmos est ensuite propose, qui necessite pour une technologie donnee deux parametres: calibre en tension et surface de puce du silicium. Un programme etabli, base sur l'environnement hypercard (macintosh) et couple avec spice permet d'etablir les modeles de produits catalogue et creer un modele pour de nouveaux composants. Cette modelisation est completee par la prise en compte de la temperature de cristal ainsi que diverses configurations de test. Un macromodele destine a rendre compte du comportement electrique sous contraintes radiatives des v. Dmos est aussi etabli et valide par comparaison entre les resultats experimentaux et la simulation. L'elaboration d'un montage de bras de pont a base de transistors mos, et sa simulation par spice permet enfin de mettre en evidence la validite du modele dans ce type d'application en prenant en compte des problemes lies a l'existence des elements parasites dans les circuits de l'electronique de puissance
5
Koppa, Pàl. "Commutation de données par reconnaissance d'adresse binaire." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1995. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00714180.
Full textAbstract:
On a réalisé la démonstration d'une commutation spatiale de données d'une entrée vers 64 sorties par voie tout optique. Les composants originaux utilises sont une matrice de modulateurs a puits quantiques multiples en technologie gaalas a 64 éléments et une structure bistable optique de même technologie. Le principal résultat est le fonctionnement complet du démonstrateur voie par voie a la fréquence d'horloge de 20mhz (taux d'erreur inférieur a 1%). Les limitations viennent de la stabilité du laser et des non uniformités lors de la croissance epitaxiale des composants.
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VALES, PATRICK. "Contribution a la simulation electrothermique en electronique de puissance. Developpement d'une methode de simulation pour circuits de commutation soumis a des commandes variables." Toulouse, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAT0026.
Full textAbstract:
Dans les circuits de puissance concus actuellement, les effets electrothermiques ne peuvent plus etre ignores. Une methodologie est proposee en vue de la simulation comportementale des circuits de puissance soumis aux interactions electrothermiques. L'objectif est de creer un logiciel qui optimise le temps de calcul tout en tenant compte des constantes de temps electrique et thermique qui sont generalement tres differentes. Un programme superviseur ecrit en fortran, gere au moyen d'appels systeme, un dialogue interactif entre un simulateur thermique rapide et un simulateur electrique general. Ce processus de couplage explicite entre deux simulateurs specifiques, necessite un environnement de travail multitache. Le logiciel developpe, permet de prevoir la derive de la puissance dissipee dans la zone active des composants, ainsi que les effets du couplage thermique entre composants voisins. La methode de simulation a ete appliquee de facon originale a l'etude des circuits de commutation soumis a des commandes variables. Une phase de validation montre d'une part la coherence de la methode utilisee et d'autre part, une bonne comparaison entre resultats simules et experimentaux. Pour les circuits de commutation, les temps de simulation impliques sont considerablement reduits par rapport a la methode implicite de simulation, qui consiste a resoudre l'ensemble des equations electriques et thermiques dans le simulateur electrique seul.
7
Akhbari, Mahdi. "Modèle de cellule de commutation pour les études de pertes et de performances CEM." Grenoble INPG, 2000. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00688480.
Full textAbstract:
Dans le contexte de la prédétermination des pertes, par commutation et des perforrnances CEM (Comptabilité ElectroMagnétique) des convertisseurs statiques d'Electronique de Puissance lors de la phase de conception technologique, cette thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle précis de la cellule de commutation MOSFET-Diode pin. Dans cette étude trois aspects ayant d'importantes influences sur les formes d'ondes temporelles des commutations aussi bien de la partie puissance que celle de commande sont traitées : i) Les interconnexions et des éléments parasites liées à l'implantation géométrique et au choix de la technologie de réalisation des convertisseurs statiques. Ii) La dynamique des charges dans la base large des composants bipolaires semiconducteurs (ici la diode pin) qui est de nature distribuée. Iii) Les capacités non-linéaires parasites de MOSFET et en particulier la capacité d'entrée et Miller intervenant lors de commutation. Le modèle de cellule de commutation est validé en comparant les simulations effectuées avec les mesures sur le prototype réalisé à cette fin. Il a été montré que le domaine de validité du modèle est beaucoup plus large par rapport aux modèles existants : le modèle est relativement robuste devant les changements des conditions de circuit environnant des composants semiconducteurs et les variations du point de fonctionnement. Des applications réelles présentées au dernier chapitre ont pour but de montrer d'une part l'importance de l'environnement parasite des semiconducteurs dans la modélisation, fine des convertisseurs statiques et d'autre part la possibilité de rendre compatible le modèle aux cas plus complexes (plusieurs interrupteurs en parallèle)<br>In the context of the predetermination of switching losses and EMC (ElectroMagnetic. Compatibllity) performances of static converters during their technological design in Power Electronics, this thesis deals with accurate modelling of the switching cell MOSFET-PIN Diode. In this study three aspects having significant influences on the wave forms of commutations as weIl of the power part as that of command are treated : i) the interconnections and the parasitic elements related to the geometrical implementation and the choice ofthe technology ofrealisation of static inverter. Ii) the dynamics of charges in the central zone of bipolar semiconductors devices (here a pin diode) which is of distributed nature. Iii) the non-linear stray capacitances of MOSFET particularly the input and Miller capacitance being dominant during commutation. The model of switching cell is validated by comparing the simulations and measurements on the prototype built for this purpose. It was shown that the domain of validity of the model is much broader compared to the existing models : the model is relatively robust against the changes of the conditions of the circuit surrounding the semiconductor components and the variations of operating point. The purpose of applications presented in the last chapter is to show at first the importance of the parasitic environment of the semiconductors in precise modelling of static converters and then the possibility of making compatible the switching cell model to the more complex cases (several switches in parallel). Related prototypes are realised for each application and measurement results are discussed
8
Meghnous, Ahmed Rédha. "Commande et observation d'une classe de systèmes linéaires à commutations : Application aux convertisseurs de puissance DC-DC." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01015252.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à la commande et l'observation d'une classe de systèmes linéaires à commutations (SLC). La classe considérée regroupe les systèmes pouvant être représentés par un modèle Hamiltonien à ports. Récemment, plusieurs travaux ont utilisé la théorie des systèmes dynamiques hybrides pour traiter les problèmes de stabilité, de commandabilité et d'observabilité des systèmes linéaires à commutations. Cependant, certains verrous scientifiques demeurent et nécessitent d'être levés tels que la synthèse d'observateurs pour des SLC présentant des modes de fonctionnement inobservables ou la commande hybride de systèmes possédant un nombre réduit d'entrées de commutations et un nombre élevé de variables d'état à contrôler. Dans ce travail, nous nous intéressons à la synthèse d'observateurs s'appuyant sur la modélisation moyenne et la modélisation hybride de SLC ayant une topologie Hamiltonienne à ports particulière. Ce formalisme possède les outils nécessaires pour établir des preuves de stabilité des erreurs d'observation. Dans un premier temps, nous proposons un observateur non linéaire reposant sur le modèle moyen de la classe des SLC considérée. Ensuite, nous traitons le problème de synthèse d'un observateur hybride où nous proposons un observateur commuté prenant en compte les modes de fonctionnement inobservables. Le problème de la commande des SLC est abordé par la suite. Au départ, la théorie de Lyapunov est utilisée pour proposer deux lois de commandes : La première est synthétisée à partir du modèle moyen et la deuxième exploite le modèle hybride. Une commande optimale hybride est élaborée en utilisant le principe du maximum de Pontryagin et une approche utilisant la recherche d'arcs singuliers. Finalement, une commande prédictive hybride est établie à partir d'un modèle discrétisé du système. Des résultats de simulation et une mise en œuvre expérimentale sur un convertisseur DC-DC SEPIC sont donnés pour montrer l'efficacité des méthodes proposées. L'étude d'un tel circuit est motivée par sa topologie particulière qui contient à la fois un mode de fonctionnement observable et un mode de fonctionnement inobservable. En outre, il possède une seule entrée de commutations et quatre variables d'état ce qui lui vaut la réputation être difficile à commander.
9
Khatir, Zoubir. "Étude de l'ouverture des thyristors G. T. O. De forte puissance : aide à leur conception et à leur utilisation." Toulouse, INSA, 1988. http://www.theses.fr/1988ISAT0007.
Full text
10
Gaubert, Jean. "Contribution à l'étude des thyristors G. T. O. Symétriques : étude physique du mécanisme d'ouverture; relations entre performances et paramétres de structure." Toulouse, INSA, 1988. http://www.theses.fr/1988ISAT0013.
Full textAbstract:
Le mémoire est consacré à l'étude de l'ouverture des thyristors G. T. O. (gate-turn-off) symétriques. On prèsente d'abord un modèle numérique de l'ouverture des thyristors g. T. O. Qui rend compte de l'influence des paramètres de structure du composant ainsi que des interactions entre le composant et son environnement électrique. On utilise ensuite ce modèle pour analyser le mécanisme d'ouverture g. T. O. Et on évalue les performances de l'ouverture (pertes d'énergie dans le composant et temps de saturation). Enfin, on étudie l'influence des paramètres structuraux du composant (profil de diffusion et durée de vie des porteurs) toujours a l'aide du modèle, sur les performances d'ouverture
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Decup, Michaël. "Impact des procédés industriels de traitement sur les propriétés diélectriques des substrats d'Alumine utilisés dans les modules de commutation haute tension." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567179.
Full textAbstract:
Le domaine de lʼélectronique de puissance est un domaine en pleine expansion dans les applications ferroviaires, avioniques et automobiles. Ce développement est rendu possible grâce à lʼarrivée sur le marché de composants de puissance qui nʼont cessé dʼévoluer afin dʼaugmenter leurs performances tout en réduisant leurs tailles. Ces modules de puissance, tels que les modules à IGBT qui peuvent commuter jusquʼà 600 A sous 6500 V, sont constitués d'interrupteurs élémentaires (transistors et diodes) disposés sur un substrat céramique. Les liaisons entre composants sont assurées par des fils de connections et des pistes conductrices disposées sur le substrat. Lʼensemble est inséré dans un boitier et encapsulé par un gel de type silicone pour assurer la protection de lʼensemble contre les agressions extérieures. Avant dʼêtre intégrés dans les modules, ces substrats céramiques doivent subir différentes étapes de préparation. Ces étapes sont la découpe, le perçage, le marquage, le traitement de surface (surfaçage ou préparation à la métallisation) et le nettoyage. Ces traitements sont réalisés avec différents moyens technologiques : découpe, marquage ou nettoyage laser, traitements thermiques, nettoyages chimiques... et peuvent apporter des modifications bénéfiques, néfastes ou neutres sur les propriétés diélectriques des substrats. Jusquʼà ce jour, très peu dʼétudes ont été menées pour déterminer les impacts de ces traitements sur le comportement diélectrique des alumines ainsi traitées. Il est donc primordial de connaître ces effets afin dʼune part dʼidentifier les étapes industrielles qui peuvent nuire aux propriétés diélectriques des substrats et dʼautre part de tirer profit des résultats obtenus dans le cadre dʼune démarche dʼintégration de puissance. Les caractéristiques diélectriques qui ont été évaluées sont la rigidité diélectrique, la conduction électrique volumique et surfacique, les pertes diélectriques et la permittivité. Ainsi une gradation des effets induits par ces traitements, et ceci pour chaque type de traitement, a pu être estimée. Les conclusions de nos expériences ont montré que les propriétés diélectriques dépendant du volume de lʼalumine nʼétaient affectées que par les traitements thermiques. Sur un plan scientifique, nous nous sommes focalisés sur l'origine de la modification des propriétés électriques à partir des changements microstructuraux engendrés par ces différents traitements. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis dʼétayer des hypothèses émises lors dʼétudes antérieures menées au laboratoire Laplace. Le mécanisme régissant la conduction à haut champ électrique a pu être ainsi identifié et associé à la taille des grains dʼalumine. En ce qui concerne la rupture diélectrique, des informations cruciales concernant son origine ont pu permettre de lever des incertitudes quant au rôle de lʼétat de surface. Enfin, ce travail a permis dʼémettre des propositions de traitements spécifiques qui devraient permettre de réduire la dimension des substrats des modules de puissance par le biais dʼune réduction des contraintes électriques surfaciques.
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Fonteneau, Xavier. "Conception d’un onduleur triphasé à base de composants SiC en technologie JFET à haute fréquence de commutation." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0059/document.
Full textAbstract:
Depuis le début des années 2000, les composants en carbure de silicium (SiC) sont présents sur le marché principalement sous la forme de diodes Schottky et de transistors FET. Ces nouveaux semi-conducteurs offrent des performances en commutation bien supérieures à celles des composants en silicium (Si) ce qui se traduit par une diminution des pertes et une réduction de la température de fonctionnement à système de refroidissement identique. L’utilisation de composants SiC ouvre donc la possibilité de concevoir des convertisseurs plus compacts ou à une fréquence de commutation élevée pour une même compacité. C’est avec cet objectif d’augmentation de la fréquence de commutation qu’a été menée cette étude axée sur l’utilisation de composants SiC au sein d’un onduleur triphasé. Le convertisseur sur lequel se base l’étude accepte une tension d’entrée de 450V et fournit en régime nominal un courant de sortie efficace par phase de 40 A. Le choix des composants SiC s’est porté sur des transistors JFET Normally-Off et des diodes Schottky SiC car ces composants étaient disponibles à la vente au début de ces travaux et offrent des pertes en commutation et en conduction inférieures aux autres structures en SiC. Les transistors FET possèdent une structure et des propriétés bien différentes des IGBT habituellement utilisés pour des convertisseurs de la gamme considérée notamment par leur capacité à conduire un courant inverse avec ou sans diode externe. De ce fait, il est nécessaire de développer de nouveaux outils d’aide au dimensionnement dédiés à ces composants SiC. Ces outils de calculs sont basés principalement sur les paramètres électriques et thermiques du système et sur les caractéristiques des composants SiC. Les premiers résultats montrent qu’en autorisant la conduction d’un courant inverse au sein des transistors, il est possible de diminuer le nombre de composants. Basées sur ces estimations, une maquette de bras d’onduleur a été développée et testée. Les premiers thermiques montrent que pour une puissance de 12kW, il est possible d’augmenter la fréquence de commutation de 12 kHz à 100 kHz<br>Since 2000, Silicon Carbide (SiC) components are available on the market mainly as Schottky diodes and FET transistor. These new devices provide better switching performance than Silicon (Si) components that leads to a reduction of losses and operating temperatures at equivalent cooling system. Using SiC components allows to a better converter integration. It is in this context that ECA-EN has started this thesis dedicated to using SiC devices in a three-phase inverter at high switching frequency. The converter object of this study is supply by a input voltage of 450V and provides a current of 40A per phase. The components used for these study are SiC Normally-Off JFET and Schottky Diodes because these devices were commercialized at the begining of this thesis and offer better switching performance than others SiC components. FET transistors have a different structure compared to traditionnal IGBT especially their capability to conduct a reverse current with or without body diode. So it is necessary to develop new tools dedicated to the design of converters built with SiC components. These tools are based on the electrical properties of the converters and the statics and dynamics characteristics of the transistor and the diode. The results show that when the transistors conduct a reverse current, the number of components/dies can be reduced. According to data, a PCB board of an inverter leg has been built and tested at ECA-EN. The thermal measurement based on the heatsink shows that the switching frequency of an inverter leg can be increased from 12 to 100 kHz for an ouput power of 12kW
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Zainea, Marius. "Du composant à l'automate hybride pour la modélisation et la simulation des systèmes en communication : application à l'électronique de puissance." Phd thesis, Université Rennes 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00351851.
Full textAbstract:
Les avancées des dernières décennies dans le domaine de l'électronique ont permis l'intégration plus facile des dispositifs de commande à base de convertisseur sur un plus grand nombre d'applications. L'utilisation de ces dispositifs de commande offre des avantages importants au niveau du dimensionnement et de l'efficacité énergétique, mais, en contrepartie, leur modèle dynamique présente une complexité accrue en particulier à cause des dynamiques hétérogènes des différents composants. Ainsi, en général, on retrouve une dynamique très rapide liée au changement de fonctionnement des composants et une dynamique du reste du système plus lente par rapport à la première.<br />Les travaux de cette thèse abordent les problèmes de la modélisation hybride de ce type de systèmes. Un des points importants des travaux effectués est la mise en place d'en ensemble d'outils et de méthodes permettant d'obtenir un modèle automate hybride équivalent d'un système physique avec des interrupteurs. Dans l'approche proposée l'automate hybride est obtenu par la composition des équations du système issues de l'approche bond-graph commuté et des contraintes introduites par les interrupteurs.<br />La méthodologie proposée est ensuite utilisée pour définir un modèle de simulation sous Simulink.<br />Le problème de la commande est abordé dans le cadre particulier du démarrage d'un convertisseur à double résonance issu d'une application en imagerie médicale.
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Meghnous, Ahmed Rédha. "Commande et observation d’une classe de systèmes linéaires à commutations : Application aux convertisseurs de puissance DC-DC." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0137/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s’intéresse à la commande et l’observation d’une classe de systèmes linéaires à commutations (SLC). La classe considérée regroupe les systèmes pouvant être représentés par un modèle Hamiltonien à ports. Récemment, plusieurs travaux ont utilisé la théorie des systèmes dynamiques hybrides pour traiter les problèmes de stabilité, de commandabilité et d’observabilité des systèmes linéaires à commutations. Cependant, certains verrous scientifiques demeurent et nécessitent d’être levés tels que la synthèse d’observateurs pour des SLC présentant des modes de fonctionnement inobservables ou la commande hybride de systèmes possédant un nombre réduit d’entrées de commutations et un nombre élevé de variables d’état à contrôler. Dans ce travail, nous nous intéressons à la synthèse d’observateurs s’appuyant sur la modélisation moyenne et la modélisation hybride de SLC ayant une topologie Hamiltonienne à ports particulière. Ce formalisme possède les outils nécessaires pour établir des preuves de stabilité des erreurs d’observation. Dans un premier temps, nous proposons un observateur non linéaire reposant sur le modèle moyen de la classe des SLC considérée. Ensuite, nous traitons le problème de synthèse d’un observateur hybride où nous proposons un observateur commuté prenant en compte les modes de fonctionnement inobservables. Le problème de la commande des SLC est abordé par la suite. Au départ, la théorie de Lyapunov est utilisée pour proposer deux lois de commandes : La première est synthétisée à partir du modèle moyen et la deuxième exploite le modèle hybride. Une commande optimale hybride est élaborée en utilisant le principe du maximum de Pontryagin et une approche utilisant la recherche d’arcs singuliers. Finalement, une commande prédictive hybride est établie à partir d’un modèle discrétisé du système. Des résultats de simulation et une mise en œuvre expérimentale sur un convertisseur DC-DC SEPIC sont donnés pour montrer l’efficacité des méthodes proposées. L’étude d’un tel circuit est motivée par sa topologie particulière qui contient à la fois un mode de fonctionnement observable et un mode de fonctionnement inobservable. En outre, il possède une seule entrée de commutations et quatre variables d’état ce qui lui vaut la réputation être difficile à commander<br>This thesis is dedicated to the control and the observation of a class of switched linear systems (SLS). This class contains the systems that can be represented by a port-Hamiltonian model. A lot of works have been studied SLS for several years using an average modeling approach. Recently, various works have shown that hybrid system theory allows to cope with stabilization, controllability, and observability problems of switched linear systems. However, several problems are still open and need more development such as the design of hybrid observers for SLS that have unobservable modes or the control of systems with reduced number of switching inputs and numerous variable states to control. In this work, we are interested in the design of state observers for a particular class of SLS using both the average and the hybrid port-Hamiltonian models. This formalism has the necessary tools to study and establish the stability of the observation errors. At the beginning, a nonlinear observer based on the average modeling is proposed. Next, a hybrid observer is designed for switched linear systems. This observer takes into account the unobservable operating modes of the system. The second point of our work concerns the design of control laws for the considered class of SLS. At first, two Lyapunov-based control laws have been established using either an average model or a hybrid model of the system. A hybrid optimal control based on the maximum principle of Pontryagin and the computation of singular arcs has been also proposed. Finally, a hybrid predictive control based on a discrete model of the system is synthesized. Simulation results and an experimental implementation on a SEPIC converter are given to show the efficiency of the proposed methods. Our motivation to study such a converter is mainly due to its particular topology that includes observable and unobservable subsystems. It is also known to be difficult to be controlled because only one switching input is used to control four state variables
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Labrousse, Denis. "Amélioration des techniques d'estimation des perturbations conduites : application à une chaîne de traction de véhicule électrique." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00595296.
Full textAbstract:
Dans les domaines industriels et en particulier celui du transport, le nombre et la puissance des équipements électriques et électroniques embarqués est en constante augmentation. L'alimentation des équipements électriques et la commande de ces actionneurs nécessitent l'utilisation de convertisseurs d'électronique de puissance à découpage dont la nature perturbatrice n'est plus à démontrer. Afin de prendre en compte la CEM dès la phase de conception d'un produit, les constructeurs doivent disposer d'outils dédiés à la CEM ou à défaut de règles ou techniques de conception spécifiques. C'est dans l'optique de répondre à ces besoins que se sont orientés ces travaux de thèse.La première partie des travaux traite de la modélisation des perturbations conduites des organes de puissance d'une chaîne de traction : un ensemble convertisseur / machine synchrone à rotor bobiné. Cette étude a conduit à un modèle CEM générique d'une structure non isolée quelconque d'électronique de puissance. La deuxième partie a permis de développer une nouvelle méthode de calcul qui ouvre de réelles perspectives quant à la réduction des temps de calcul. Par l'observation et l'étude de signaux sur différents horizons temporels, une technique de reconstitution des perturbations de mode commun par convolution a été proposée. Une troisième partie, consiste à synthétiser les sources de perturbations grâce à l'élaboration de fonctions de transfert décrivant le comportement haute fréquence d'une cellule de commutation. Cette approche immédiatement exploitable en simulation numérique se distingue dans la mesure où elle permet de s'affranchir des non linéarités intrinsèques des composants semi-conducteurs.
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Labrousse, Denis. "Amélioration des techniques d’estimation des perturbations conduites : application à une chaîne de traction de véhicule électrique." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2010. http://www.theses.fr/2010DENS0042/document.
Full textAbstract:
Dans les domaines industriels et en particulier celui du transport, le nombre et la puissance des équipements électriques et électroniques embarqués est en constante augmentation. L’alimentation des équipements électriques et la commande de ces actionneurs nécessitent l’utilisation de convertisseurs d’électronique de puissance à découpage dont la nature perturbatrice n’est plus à démontrer. Afin de prendre en compte la CEM dès la phase de conception d’un produit, les constructeurs doivent disposer d’outils dédiés à la CEM ou à défaut de règles ou techniques de conception spécifiques. C’est dans l’optique de répondre à ces besoins que se sont orientés ces travaux de thèse.La première partie des travaux traite de la modélisation des perturbations conduites des organes de puissance d’une chaîne de traction : un ensemble convertisseur / machine synchrone à rotor bobiné. Cette étude a conduit à un modèle CEM générique d’une structure non isolée quelconque d’électronique de puissance. La deuxième partie a permis de développer une nouvelle méthode de calcul qui ouvre de réelles perspectives quant à la réduction des temps de calcul. Par l’observation et l’étude de signaux sur différents horizons temporels, une technique de reconstitution des perturbations de mode commun par convolution a été proposée. Une troisième partie, consiste à synthétiser les sources de perturbations grâce à l’élaboration de fonctions de transfert décrivant le comportement haute fréquence d’une cellule de commutation. Cette approche immédiatement exploitable en simulation numérique se distingue dans la mesure où elle permet de s’affranchir des non linéarités intrinsèques des composants semi-conducteurs<br>In the transport field, whether road, rail, marine or aeronautic, the number and power of embedded electric or electronic devices are constantly increasing. New features, often developed for passengers comfort, are responsible for this increase. Moreover, many actuators which were previously mechanical, thermal or hydraulic are replaced by electrical ones. Those new actuators need an electrical power supply which most of the time rely on power electronics. It is well known that this kind of device generate high levels of disturbances. In order to take into account the electromagnetic compatibility (EMC) at the design stage of a product, builders need tools adapted to EMC or specific conception rules. The work performed during this thesis is geared in order to meet these needs.The first part deals with the modeling of conducted electromagnetic interferences (EMI) of an electrical power train mainly composed by power electronics converter and a wound rotor synchronous machine. Thanks to this study, a generic model of any non-insulated structure of power electronics was developed. The second part consists in developing a new computing method which allows to reduce the time of computing. Based on the observation of signals on different time intervals, a reconstruction technique by convolution product is proposed and applied for a common mode current. The third part deals with the elaboration of sources of disturbances by transfer functions which describe the high frequency behavior of a switching cell. This modeling is directly implementable in a circuit simulation software as it allows to linearize the intrinsic non linear behavior of the semiconductor components
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Pascal, Jean-Pierre. "Etude de circuits d'aide à la commutation de thyristors GTO montés en série pour des applications à la traction ferroviaire." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066273.
Full textAbstract:
Revue des propriétés des thyristors interrupteurs. Aptitude à l'utilisation en grande traction. Etude du rétablissement de la tension aux bornes. Soufflage et mise en série des thyristors interrupteurs. Caractérisation des GTO de grande puissance.
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Casarin, Jérémy. "Caractérisation et mise en œuvre de composants SiC Haute Tension pour l'application transformateur moyenne fréquence en traction ferroviaire." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0123/document.
Full textAbstract:
L'objectif du projet CONCIGI-HT (CONvertisseur alternatif-continu Compact à Isolement Galvanique Intégré Haute Tension) est d'augmenter le rendement des chaînes de traction tout en réduisant la masse et le volume de la fonction de conversion Alternatif/Continu. Pour cela, l'ensemble transformateur basse fréquence - redresseur est remplacé par une structure multi-convertisseurs, directement connectée à la caténaire haute tension et intégrant des transformateurs fonctionnant en moyenne fréquence (plusieurs kHz). Cette thèse concerne plus particulièrement la caractérisation et la mise en œuvre de composants semi-conducteurs haute tension dans des structures de conversion statiques à étage intermédiaire moyenne fréquence. L'étude est effectuée sur la base d'une chaîne de traction de 2 MW fonctionnant sur un réseau 25 kV/50 Hz. Le premier chapitre présente l'état de l'art de l'Automotrice à Grande Vitesse (AGV) récemment produite par ALSTOM. C'est la chaîne de traction de cet engin qui sert de référence pour l'étude des nouvelles topologies à transformateur moyenne fréquence. Le deuxième chapitre décrit tout d'abord la structure d'une chaîne de traction classique et présente ensuite deux topologies multicellulaires à transformateur moyenne fréquence applicables en traction électrique ferroviaire (la structure indirecte à redresseur de courant MLI et convertisseur DC/DC à résonance ainsi que la topologie directe associant des convertisseurs duaux). Les avantages et inconvénients de ces topologies sont mis en évidence. Le troisième chapitre concerne la mise en œuvre et la caractérisation en commutation douce de composants Silicium 6,5 kV dans les deux topologies présentées précédemment. Deux bancs de test, représentant un étage élémentaire de conversion, ainsi que des allumeurs spécifiques dédiés à la commutation douce, ont été réalisés. Ils permettent l'étude des semi-conducteurs en régime permanent dans des conditions nominales de fonctionnement (3,6 kV / 100 A). Le quatrième chapitre présente la mise en œuvre et la caractérisation de composants en carbure de silicium (SiC). Pour cela des modules de puissance à base de puces 10 kV (MOSFET et Diodes) ont été réalisés. Les résultats expérimentaux, obtenus sur les bancs de test réalisés au chapitre précédent, mettent en évidence une réduction significative des pertes et démontrent la viabilité de la topologie à convertisseurs duaux pour une application en 25 kV/50 Hz. La conclusion présente un premier design d'un bloc élémentaire et les gains en masse et volume ainsi que les économies d'énergies qui pourront être obtenus par rapport à une structure classique<br>The objective of the CONCIGI-HT project (Compact AC/DC converter with Integrated High Voltage Galvanic Insulation) is to increase the efficiency of traction drives while reducing the mass and volume of the AC/DC conversion. To do that, the part low-frequency transformer - rectifier is replaced by a multi-converter topology, directly connected to the high voltage power supply and incorporating medium frequency transformers (several kHz). This thesis relates more particularly to the characterization and implementation of high voltage semiconductors in conversion topologies with intermediate medium frequency link. The study is performed on the basis of a traction drive of 2 MW operating on a 25 kV/50 Hz power supply. The first chapter presents the state of the art of the Automotrice à Grande Vitesse (AGV) recently produced by ALSTOM. The traction drive of this vehicle is used as a reference for the study of new topologies with medium frequency transformer. The second chapter first describes the structure of a conventional traction drive and then presents two multicellular topologies with medium frequency transformer applicable to railway traction (the indirect structure with PWM rectifier and DC/DC resonant converter and the direct topology combining dual converters). The advantages and disadvantages of these topologies are highlighted. The third chapter deals with the implementation and soft switching characterization of 6.5 kV Silicon components in both topologies presented above. Two test benches, representing a basic conversion stage, as well as specific drivers dedicated to the soft switching, has been made. They allow the study of semiconductors in nominal operating conditions (3.6 kV / 100 A). The fourth chapter presents the implementation and characterization of silicon carbide components (SiC). For this, power modules based on 10 kV chips (MOSFET and Diodes) have been achieved. The experimental results obtained on test benches made in the previous chapter, show a significant reduction in losses and demonstrate the viability of the dual converter topology for a 25 kV/50 Hz application. The conclusion presents the first design of an elementary block and gains in mass and volume as well as the energy savings that can be achieved compared to a conventional structure
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Gillon, frédéric. "MODELISATION ET OPTIMISATION PAR PLANS D'EXPERIENCES D'UN MOTEUR A COMMUTATIONS ELECTRONIQUES." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006014.
Full textAbstract:
Les machines BDC (Brushless Direct Current) apportent une solution intéressante pour la réalisation de ventilateurs industriels à courant continu. Ces machines présentent deux avantages décisifs : d'une part elles possèdent une durée de vie élevée, et d'autre part permettent l'ajout de nouvelles fonctionnalités grâce à l'utilisation de composants électroniques. Dans un premier temps, les principaux phénomènes agissant sur le fonctionnement de ces machines sont étudiés à partir de quelques formules analytiques simples. Ensuite, une modélisation plus fine mais également plus globale est réalisée à l'aide de la méthode des éléments finis. Tout d'abord, une modélisation tridimensionnelle statique met en évidence un phénomène bénéfique de concentration de flux au sein du stator. Ceci nous amène à définir un coefficient de concentration qui sera étudié en détails pour toute une gamme de moteurs. A partir de ces résultats, une modélisation éléments finis dynamique bidimensionnelle incluant un couplage magnétique, électrique, mécanique est réalisée afin d'obtenir un modèle fiable, robuste et malléable, soit un véritable prototype virtuel. Un tel modèle est absolument indispensable pour aborder toute optimisation significative. De plus, les effets tridimensionnels sont intégrés dans ce modèle plan par l'intermédiaire du coefficient de concentration précédemment établi. La méthode des plans d'expériences est présentée comme un outil d'aide à la conception et à l'optimisation. Cette méthode consiste à organiser la démarche expérimentale et l'analyse décisionnelle en appliquant des règles rigoureuses basées sur l'exploitation des propriétés algébriques et statistiques des matrices décrivant les expériences. En définitive, une démarche basée sur l'utilisation de la méthode des plans d'expériences est proposée pour aborder les problèmes d'optimisation. Une recherche des seuls paramètres influents est faite par l'intermédiaire des plans fractionnaires afin que seuls les facteurs les plus influents soient gardés lors de l'optimisation. Puis, une méthode directe d'optimisation par plans d'expériences successifs a été testée et comparée avec d'autres méthodes d'optimisation plus classiques. Grâce à ce travail, Etri a pu acquérir certaines compétences dans les machines BDC et réaliser de nouveaux produits.
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Marty, Arlette. "Propriétés statiques et dynamiques d'un transistor bipolaire à collecteur réalisé par implantation haute énergie développé en technologie VLSI CMOS." Toulouse, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAT0030.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'etude d'un transistor bipolaire compatible avec la technologie cmos du centre national d'etudes des telecommunications de meylan. Dans un premier temps, la structure du composant est presentee: elle est derivee de celle du transistor pmos et sa specificite est l'utilisation d'un caisson de phosphore implante a haute energie en tant que collecteur. Nous decrivons les procedures et les outils de caracterisation mis en jeu. Apres avoir expose les effets collecteurs, nous procedons a une etude approfondie du comportement du collecteur implante a haute energie au moyen de la simulation: les mecanismes provoquant la degradation des performances a fort niveau de courant sont mis en evidence. L'influence de la siliciuration sur les caracteristiques electriques du transistor est analysee. A partir de mesures statiques, dynamiques et des resultats obtenus sur des oscillateurs en anneau ecl, nous donnons une evaluation du dispositif pour deux types de collecteurs: un collecteur correspondant au caisson du pmos et un collecteur plus fortement dope. Ces performances sont comparees a celle de transistors dont le collecteur est constitue d'une couche enterree et d'une epitaxie. Ainsi, nous montrons que la technologie bicmos developpee correspond a un excellent compromis cout-performance. Enfin, l'integration du composant dans un circuit utilisable dans les telecommunications prouve que cette technologie est adaptee aux applications fonctionnant jusqu'a des frequences de quelques gigahertz
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Becerra, Gerardo de Jesus. "Control and observation of switched systems. Application to power converters." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI123.
Full textAbstract:
En matière de production énergétique, les tendances actuelles indiquent que la part de marché mondiale des énergies renouvelables continuera d’augmenter du fait de l’amélioration continue de l’efficacité des équipements et de la réduction de leurs coûts. Les convertisseurs de puissance jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement des réseaux électriques car ils permettent les transferts d'énergie entre les sources, les éléments de stockage et les charges. Ces dispositifs doivent répondre à des exigences particulières d'efficacité, de robustesse et de stabilité pour garantir un fonctionnement correct. Le travail présenté dans ce mémoire est centré sur deux problèmes particuliers liés au comportement des convertisseurs de puissance : la commande et l’observation. Ces problèmes sont difficiles à résoudre en raison des non-linéarités et des phénomènes physiques complexes présents dans ces composants. Le modèle mathématique utilisé pour représenter les convertisseurs de puissance est le modèle dit à commutation. Sur la base de ce modèle, nous exploitons des outils abordés dans des problématiques telles que la stabilité de Lyapunov, la méthode des moments, la géométrie algébrique et le filtrage direct. Nous proposons des approches novatrices pour commander et observer ces systèmes commutés. Nous introduisons notamment la notion de moments de relaxation pour les systèmes commutés. Ces représentations permettent d’obtenir des modèles permettant d'établir une cartographie de l’entrée de commutations dans l'espace des moments. Cette carte supprime la non-linéarité associée à l'entrée de commutation et fournit un modèle plus approprié pour effectuer les calculs numériques de la commande. C'est l'idée fondamentale de la méthode de commande à variation de paramètres proposée. Après avoir calculé un signal de commande pour le modèle relaxé, le signal d'entrée pour le système commuté peut alors être déduit. Cette approche a montré de bonnes performances en termes de suivi de référence et de stabilité. Une approche reposant sur les données pour l'observation des systèmes commutés est proposée. Cette méthode implique la synthèse d'un filtre direct qui calcule les limites du cas le plus défavorable sur l'erreur d'estimation. Cette méthode est appliquée au cas des convertisseurs de puissance fonctionnant en mode continu et discontinu. Une mise en oeuvre pratique est effectuée et ses performances sont comparées à d’autres méthodes d’estimation<br>Current trends in global energy production indicate that renewables will continue to increase their market share due to continuous efficiency improvements and cost reductions. Power converters constitute the interfaces that enable energy transfers in microgrids between sources, storage and loads, playing a fundamental role in their operation. These devices are required to meet particular efficiency, robustness and stability requirements to guarantee a proper operation. The present work is focused on two particular problems present in the operation of power converters: control and observation. These problems are hard to solve because of the nonlinearities and complex behaviors present in power converters. The mathematical model used to represent power converters is the switched system. Based on this model we take elements from subjects like Lyapunov stability, the method of moments, algebraic geometry and direct filtering, and propose novel approaches to control and observation of switched systems. We introduce moment relaxations of switched systems. These representations allow to obtain models where the switching input is mapped to a moment space. This map removes the nonlinearity associated to the switching input and yields a model which is more suitable for performing numerical computations. This is the fundamental idea in the proposed parameter-varying control method. After computing a control signal for the relaxed model, the control signal for the switched system can be recovered. This approach has shown good performance with respect to reference tracking and stability. A data-driven approach for the observation of switched systems is proposed. This method involves the design of a direct filter that computes worst-case bounds on the estimation error. This method is applied to the case of power converters operating in continuous and discontinuous modes. A practical implementation is described, and its performance is compared with other estimation approaches
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Morand, Julien. "Convertisseur bidirectionnel à haut rendement pour récupérateur d'énergie sur réseaux de transport urbain." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10105.
Full textAbstract:
L'augmentation associée de l'activité et des déplacements dans les villes incite les habitants à repenser leurs modes de transport. Depuis quelques années, il s'opère un transfert des usagers de véhicules individuels vers les transports en commun. Pour accompagner cette transformation, les exploitants augmentent régulièrement les cadences et le nombre de lignes composées principalement de véhicules électriques alimentés par une ligne de contact. L'objectif de ces travaux de thèse est de concevoir un ensemble de convertisseurs adapté à la récupération de freinage des véhicules de transport en commun en milieu urbain. En se référant aux exigences habituelles du domaine ferroviaire combinées aux besoins spécifiques de la récupération d'énergie, une méthode de conception a été développée et mise en œuvre pour parvenir une configuration optimale incluant une topologie innovante. Cette topologie a ensuite fait l'objet d'une étude détaillée de son fonctionnement. Deux modes de commandes compatibles l'un avec l'autre ont été proposés pour étendre les performances du convertisseur dans notre application. Une évaluation des pertes dans les semi-conducteurs découle également de cette étude. Enfin, les implications de la structure sur les composants magnétiques qu'elle comporte ont été abordées. La mise en place de simulations a permis de valider les choix initiaux sur les matériaux et la conception des composants<br>The increasing growth of activity and traffic in city obligates users to reconsider their urban trips. In the past few years, we could notice a trend of shifting from polluted private vehicles to sustainable public transportation. In order to assist this transition, network operator extends consistently their lines and increase vehicles flow rate. Most of the newly added lines are dedicated for electric vehicle fed by an overhead catenary. This thesis work consists in designing a power converter tailor-made for energy recovery of electric urban traffic vehicles. A design process is proposed and applied on basis of the standard requirements in railway area and the specific needs of the application. As a result, an optimal layout using an innovating topology is obtained from our method. Then, this new topology is deeply study and two new modulation principles are presented. These control modes are compatibles each other and extended the capabilities of the converter. By gathering all the equation of the previous study, an assessment of the semiconductor losses is made and the overall efficiency is verified. At last, the applied waveforms on the magnetic components are examined. The initial selection of materials is finally verified with help of simulation
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Noullet, Jean-Louis. "Analyse et réalisation des filtres à capacités commutées à réponse impulsionnelle finie." Toulouse, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAT0016.
Full textAbstract:
Les filtres integres a capacites commutees a reponse impulsionnelle finie sont etudies, avec l'accent sur une classe originale: les filtres multiphases bases sur la ligne a retard analogique a entrees multiples. Le calcul des coefficients, la classification des architectures possibles, les effets parasites, la realisation de prototypes integres monolithiques et leur test sont traites. L'etude demontre la faisabilite de tels filtres
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Yan, Feng. "Contribution à la modélisation automatique sans à priori de commande des convertisseurs statiques." Paris, CNAM, 1993. http://www.theses.fr/1993CNAM0168.
Full textAbstract:
Dans le cadre de l'analyse automatique des convertisseurs statiques de puissance par ordinateur, ce travail propose une méthode systématique de modélisation sans à priori de commande par réseaux de pétri. Cette démarche basée sur l’hypothèse de composants idéalisés s'appuie d'abord sur le dénombrement des différentes configurations induites par les états binaires des interrupteurs en respectant les contraintes de commutation. Elle passe ensuite par l’écriture des réceptivités décrivant toutes les conditions de franchissement des transitions d'un graphe parallèle et enfin par la mise en équations des configurations réalisables en tenant compte des particularités topologiques de chacune d'elles. Le logiciel ainsi conçu, entièrement graphique, permet d’éditer facilement le schéma d'un convertisseur et d’établir son modèle de manière automatique. L'application présentée sur une alimentation à découpage en demi-pont comprenant les circuits d'aide a la commutation des transistors montre l’efficacité de la méthode et le logiciel développé
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Gruson, François. "Modulation naturelle généralisée des convertisseurs matriciels pour la variation de vitesse." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2010. http://www.theses.fr/2010ECLI0027/document.
Full textAbstract:
La variation de vitesse des machines électriques est une application très porteuse de l’électronique de puissance. La solution de conversion la plus répandue consiste à connecter en cascade deux convertisseurs statiques et d’effectuer une double conversion (AC/DC/AC). Une autre solution, faiblement répandue dans l’industrie, effectue une conversion directe AC/AC. Ce mémoire effectue une synthèse sur les solutions de conversion directe ainsi que sur les stratégies de modulation des convertisseurs matriciels et matriciels « double étage » dans le but de piloter des machines électriques triphasées à partir d’un réseau alternatif triphasé. Cette synthèse a permis de développer une modulation scalaire généralisée, associée à un modulateur par porteuse, équivalente à la modulation vectorielle et applicable aux différents convertisseurs matriciels. Les modulations, à nombre de commutation réduit par période de découpage, ont été approfondies. Cette généralisation a permis de mettre en évidence une solution réduisant les pertes et améliorant le comportement électromagnétique du dispositif comparativement aux modulations traditionnellement utilisées. La présentation des contraintes réelles (commande rapprochée des interrupteurs, Les protections ainsi que le filtrage) est abordée et a été utilisée pour développer une maquette laboratoire. Les stratégies de modulation ont été implantées expérimentalement et valident l’étude théorique. Enfin, un fonctionnement direct à la fréquence réseau, sans modulation donc à faibles pertes, est proposé. Un fonctionnement particulier est introduit, permettant d’effectuer le transitoire du mode modulé classique au fonctionnement direct non modulé<br>In the power electronics field, the adjustable speed drives is a growing application for electric motors control. The most common conversion solution is to connect in series two static converters and perform a double conversion (AC/DC/AC). Another solution, hardly proposed by industry, uses a direct AC/AC conversion. This thesis aims to make a direct conversion solutions and matrix converters and ‘‘two stage’’ matrix converters modulation strategies synthesis for the purpose to control three-phase electric motor with a three phase input network. This synthesis has developed a generalized scalar modulation, combined with a carrier wave modulator, equivalent to the space vector modulation and applied to matrix converters and the ‘‘two stage’’ matrix converters. Some attention has been done to reduced the switching number during the modulation period. The generalization allows to propose a modified modulation which reduces the losses and improves the electromagnetic performance compared to the traditional modulations used for these kind of converters. The practical constraint (switches control, protection system and filtering) are discussed and has been used to develop a laboratory prototype. The modulations strategies have been implemented experimentally and validate the theoretical study. Finally, a direct function mode with an equal frequency between the input and output network is proposed, without modulation and therefore low losses. In the last part, a particular operation mode is then introduced, permitting the transient operation between the modulated conventional mode to the direct mode without modulation
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Berthou, Maxime. "Implementation of high voltage Silicon Carbide rectifiers and switches." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770661.
Full textAbstract:
In this document, we present ou study about the conception and realization of VMOS and Schottky and JBS Diodes on Silicon Carbide. This work allowed us optimize and fabricate diodes using Tungsten as Schottky barrier on both Schottky and JBS diodes of different blocking capability between 1.2kV and 9kV. Moreover, our study of the VMOS, by considering the overall fabrication process, has permitted to identify the totality of the problems we are facing. Thusly we could ameliorate the devices and try new designs as the VIEMOS or the monolithic integration of temperature and current sensors.
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Perrin, Rémi. "Characterization and design of high-switching speed capability of GaN power devices in a 3-phase inverter." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI001/document.
Full textAbstract:
Le projet industriel français MEGaN vise le développement de module de puissance à base de compostant HEMT en GaN. Une des application industrielle concerne l’aéronautique avec une forte contrainte en isolation galvanique (>100 kV/s) et en température ambiante (200°C). Le travail de thèse a été concentré sur une brique module de puissance (bras d’onduleur 650 V 30 A). L’objectif est d’atteindre un prototype de facteur de forme peu épais, 30 cm2 et embarquant l’ensemble des fonctions driver, alimentation de driver, la capacité de bus et capteur de courant phase. Cet objectif implique un fort rendement énergétique, et le respect de l’isolation galvanique alors que la contrainte en surface est forte. Le manuscrit, outre l’état de l’art relatif au module de puissance et notamment celui à base de transistor GaN HEMT, aborde une solution d’isolation de signaux de commande à base de micro-transformateur. Des prototypes de micro-transformateur ont été caractérisés et vieillis pendant 3000 H pour évaluer la robustesse de la solution. Les travaux ont contribué à la caractérisation de plusieurs composants GaN afin de mûrir des modèles pour la simulation circuit de topologie de convertisseur. Au sein du travail collaboratif MEGaN, notre contribution ne concernait pas la conception du circuit intégré (driver de grille), tout en ayant participé à la validation des spécifications, mais une stratégie d’alimentation du driver de grille. Une première proposition d’alimentation isolée pour le driver de grille a privilégié l’utilisation de composants GaN basse-tension. La topologie Flyback résonante avec clamp permet de tirer le meilleur parti de ces composants GaN mais pose la contrainte du transformateur de puissance. Plusieurs technologies pour la réalisation du transformateur ont été validées expérimentalement et notamment une proposition originale enfouissement du composant magnétique au sein d’un substrat polymère haute-température. En particulier, un procédé de fabrication peu onéreux permet d’obtenir un dispositif fiable (1000 H de cyclage entre - 55 ; + 200°C), avec un rendement intrinsèque de 88 % pour 2 W transférés. La capacité parasite d’isolation est réduite par rapport aux prototypes précédent. Deux prototypes d’alimentations à forte intégration utilisent soit les transistors GaN basse tension (2.4 MHz, 2 W, 74 %, 6 cm2), soit un circuit intégré dédié en technologie CMOS SOI, conçu pour l’application (1.2 MHz, 2 W, 77 %, 8.5 cm2). Le manuscrit propose par la suite une solution intégrable de mesure de courant de phase du bras de pont, basé sur une magnétorésistance. La comparaison expérimentale vis à vis d’une solution à résistance de shunt. Enfin, deux prototypes de convertisseur sont décrits, dont une a pu faire l’objet d’une validation expérimentale démontrant des pertes en commutation réduites<br>The french industrial project MEGaN targets the development of power module based on GaN HEMT transistors. One of the industrial applications is the aeronautics field with a high-constraint on the galvanic isolation (>100 kV/s) and ambient temperature (200°C). The intent of this work is the power module block (3 phases inverter 650 V 30 A). The goal is to obtain a small footprint module, 30 cm2, with necessary functions such as gate driver, gate driver power supply, bulk capacitor and current phase sensor. This goal implies high efficiency as well as respect of the constraint of galvanic isolation with an optimized volume. This dissertation, besides the state of the art of power modules and especially the GaN HEMT ones, addressed a control signal isolation solution based on coreless transformers. Different prototypes based on coreless transformers were characterized and verified over 3000 hours in order to evaluate their robustness. The different studies realized the characterization of the different market available GaN HEMTs in order to mature a circuit simulation model for various converter topologies. In the collaborative work of the project, our contribution did not focus on the gate driver chip design even if experimental evaluation work was made, but a gate driver power supply strategy. The first gate driver isolated power supply design proposition focused on the low-voltage GaN HEMT conversion. The active-clamp Flyback topology allows to have the best trade-off between the GaN transistors and the isolation constraint of the transformer. Different transformer topolgies were experimentally performed and a novel PCB embedded transformer process was proposed with high-temperature capability. A lamination process was proposed for its cost-efficiency and for the reliability of the prototype (1000 H cycling test between - 55; + 200°C), with 88 % intrinsic efficiency. However, the transformer isolation capacitance was drastically reduced compared to the previous prototypes. 2 high-integrated gate driver power supply prototypes were designed with: GaN transistors (2.4 MHz, 2 W, 74 %, 6 cm2), and with a CMOS SOI dedicated chip (1.2 MHz, 2 W, 77 %, 8.5 cm2). In the last chapter, this dissertation presents an easily integrated solution for a phase current sensor based on the magnetoresistance component. The comparison between shunt resistor and magnetoresistance is experimentally performed. Finally, two inverter prototypes are presented, with one multi-level gate driver dedicated for GaN HEMT showing small switching loss performance
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Beye, Mamadou Lamine. "Etude et contribution à l’optimisation de la commande des HEMTs GaN." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI102.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans un contexte de développement durable où les enjeux énergétiques consistent à concevoir des convertisseurs de puissance plus disséminés, donc avec une Spécification ambitieuse en termes de densités massique et volumique. Les composants à semiconducteur dit à grand Gap permettent l’augmentation de la fréquence de commutation et permettent un fonctionnement à plus haute température locale. Les commutations à front raides et à haute fréquence des transistors rendent le système plus sensible aux éléments parasites. Ceci perturbe en retour la commutation des transistors et génère des pertes joules supplémentaires. Dans ce contexte les travaux ont été effectués dans le cadre d’une cotutelle entre les laboratoires Ampère (INSA Lyon) et LN2 (Université de Sherbrooke), le but étant d’apporter des contributions à l’optimisation de la commutation des HEMTs GaN. Le premier axe des travaux consiste à mettre en place des stratégies de contrôle de vitesses de commutation en tension et en courant, par la grille, dans le but d’améliorer la signature CEM. Les circuits de contrôle proposés sont développés dans un premier temps en boucle ouverte puis dans un second temps en boucle fermée afin de compenser des non-linéarités (température, courant de charge et tension de fonctionnement). Les prototypes de contrôle de grille ont été testés à partir de composants discrets du marché. Des limites apparaissent, que l’intégration monolithique GaN doit corriger à terme, en particulier en atténuant fortement le problème des inductances parasites. Les analyses en simulation ont reposé sur l’adoption d’un modèle comportemental de HEMT GaN identifiable. Le deuxième axe des travaux consiste à vérifier de manière systémique différentes stratégies de contrôle de grille notamment pour la gestion du compromis entre pertes joule pendant les temps morts au sein d’un à bras d’onduleur et la performance fréquentielle des commutations. Aux termes de ces travaux, les systèmes de contrôles développés en boucle ouverte ont permis de ralentir les vitesses de commutation d’au moins 30 %, occasionnant une augmentation des pertes de commutation, dans un ordre de grandeur inférieur à 50 %. Due à la rapidité de commutation des HEMT GaN et aux limites des composants discrets du marché, le taux de réduction des vitesses de commutation obtenu avec la boucle fermée (taux de réduction inférieur à 20 %) est moins intéressant qu’avec la boucle ouverte. L’utilisation d’un circuit monolithique peut être une alternative pour augmenter le taux de réduction des vitesses de commutation en boucle fermée. Des résultats de simulation sous SPICE en vue du circuit monolithique sont à la base de cette hypothèse. Concernant le deuxième axe, l’application de commande multiniveaux de grille des transistors du bras d’onduleur a permis de réduire les pertes de conduction inverse et les pertes dues aux phénomènes de Cross Talk d’au moins 30 %<br>This thesis is part of the sustainable development context where the energy challenges rely on designing numerous and lumped power converters with good power density and high efficiency. New power semiconductor devices, namely wide band semiconductors (GaN, SiC) are used in designing the converters. The high frequency control of these converters makes the system more sensitive to parasitic elements. The latter elements disrupt the switching behavior of the transistors and generate additional losses. In this context this work was carried out in a cotutelle partnership between Ampère Laboratory in Villeurbanne and LN2 laboratory at the University of Sherbrooke; the aim being to make a contribution in optimizing the switching conditions of GaN HEMTs. The first work axis consists in managing the voltage and current switching speed through gate control strategies in order to improve the conducted EMI. Firstly, most of the proposed control circuits are developed in open-loop and then secondly in closed-loop in order to compensate the effects of non-linearities (with respect to temperature, load current and operating voltage). Concerning the development of control systems, it can be done first by the use of available discrete components, then by the alternative of the monolithic GaN integration which is considered in order to bring more speed and efficiency. Monolithic integration would also solve the problem of parasitic inductances. To facilitate the design of integrated circuits and control systems, the development of a behavioral model of HEMT GaN will serve as a modeling tool. The second axis of the work consists in experimentally validating well-adapted control system for the gate of the power transistor in order to master the transient behaviors of the power transistors. Namely it is necessary to allow a satisfying management of losses during dead time in a half bridge converter. At the end of this work, the control systems developed in open loop made it possible to slow the switching speeds by at least 30 % but causing an increase in switching losses up to 50% in some cases. Due to the fast switching speed of HEMT GaNs and the limitations of discrete components on the market, the reduction rate of switching speeds obtained with the closed loop (reduction rate less than 20%) is less attractive than that of the open loop. Using a monolithic circuit can be an alternative to increase the rate of reduction of closed loop switching speeds. SPICE simulation toward monolithic circuit are the basis of this hypothesis. Concerning the second axis, the application of multilevel gate voltage control of the transistors of half bridge made it possible to reduce the losses of reverse conduction and the losses due to the phenomena of Cross Talk by at least by 30 %
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El, Oualkadi Ahmed. "Analyse comportementale des filtres à capacités commutées pour les radiocommunications : Conception d'une nouvelle architecture en technologie BiCMOS 0,35 μm". Phd thesis, Université de Poitiers, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00948226.
Full textAbstract:
Le travail de recherche présenté dans ce mémoire s'inscrit dans l'objectif général d'étudier la faisabilité de filtres monolithiques radiofréquences (RF) à capacités commutées pour la radiocommunication mobile, et de pouvoir procéder à l'analyse et à la conception de ces filtres en technologie standard BiCMOS 0,35 μm. L'analyse comportementale de ces filtres a nécessité la mise au point d'un algorithme original basé sur le formalisme des matrices de conversion, dont le principe général consiste à effectuer une linéarisation des éléments non-linéaires autour du point de fonctionnement grand signal. Cette méthode d'analyse, spécialement utilisée pour l'analyse du bruit de phase des oscillateurs, semble à ce jour parmi les plus rigoureuses et les plus efficaces en terme de temps de calcul pour l'analyse de ce type de filtres. Traditionnellement, à basse fréquence la commande de ces filtres est réalisée à l'aide d'un registre à décalage. Cependant, cette technique n'est pas envisageable en RF. Une solution originale qui consiste à commander le filtre à partir d'un oscillateur en anneau contrôlé en tension et de portes logiques " ou exclusif " a été proposée. Grâce à cette solution, il a été montré que l'association d'un tel circuit de commande appliqué à ce type de filtre présente des avantages importants et par conséquent devrait le rendre beaucoup plus attractif pour les concepteurs. Pour répondre aux spécifications de la radiocommunication mobile, la structure classique du filtre a été optimisée pour réduire le facteur du bruit et augmenter la dynamique, ainsi une nouvelle architecture (filtre LC à capacités commutées) a été proposée. Des simulations ont été réalisées sur l'ensemble du circuit afin de prévoir les dégradations éventuelles qui peuvent être générées par ces circuits lors d'une transmission numérique (ex. p/4-DQPSK) et d'étudier ainsi l'impact du bruit de phase (gigue temporelle) généré par le circuit de commande sur le comportement du filtre. Parallèlement, un prototype composé d'un filtre LC à capacités commutées et de son circuit de commande a été fabriqué en technologie standard BiCMOS 0,35 mm, sur une puce de taille de 1,1 x 1,75 mm². Ce premier circuit a permis de prouver la faisabilité de cette architecture dans le domaine des RF. Les résultats expérimentaux confirment les simulations et sont susceptibles de rendre cette architecture originale attractive pour des applications radiofréquences.
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Aubard, Laurent. "Modélisation des Transistors MOS de puissance pour l'électronique de commutation." Phd thesis, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763815.
Full textAbstract:
Le rendement théorique unitaire des convertisseurs à découpage rend ceux-ci attrayants dès qu'il s'agit de traiter l'énergie électrique. Mais les èontraintes de coût et d'encombrement imposent des fréquences de commutation toujours plus élevées (ce qui entraîne des contraintes CEM) et l'utilisation de supports modernes permettant la miniaturisation (SMI, Hybride, Silicium). Dans ce contexte, la simulation est devenue une étape indispensable à la conception de convertisseurs et la modélisation fine des éléments qui les constitue (dont les transistors MOS de puissance font souvent partie à faible tension) une nécessité. Ce travail traite de la modélisation du transistor VDMOS et se partage en trois parties. La première aborde le cas de son comportement statique en intégrant la particularité de son canal réalisé par double diffusion. Le modèle simplifié qui en découle se limite à 5 paramètres dont les méthodes d'extraction utilisées sont décrites. La seconde partie de ce travail est une étude fine du comportement dynamique du VDMOS dans sa cellule de commutation. Elle complète le modèle statique et permet un modèle fiable rendant Gompte de l'influence du niveau de courant sur les commutations moyelmant 6 paramètres supplémentaires. Les différentes méthodes de mesure pelmettant de déterminer les valeurs de ces paramètres sont détaillées. Enfin, la troisième et dernière partie valide le modèle à l'aide de l'outil de simulation Pspice. Une comparaison est faite avec d'autres modèles proposés dans la littérature.
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Akhbari, Mahdi. "Modèle de Cellule de Commutation pour les Etudes de Pertes et de Performances CEM." Phd thesis, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00688480.
Full textAbstract:
Dans le contexte de la prédétermination des pertes ,par commutation et des perforrnanc CEM (Comptabilité ElectroMagnétique) des convertisseurs statiques d'Electronique de Puissance lors de la phase de conception technologique, cette thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle précis de la cellule de commutation MOSFET-Diode pin. Dans ce~e étude trois aspects ayant d'importantes influences sur les formes d'ondes temporelles des commutations aussi biencle la partie puissance que celle de cornritande sont traitées: 1 i) Les interconnexions et des éléments parasites li~es à rimplantation géométrique et au choix de la technologie de réalisation des convertisseurs statiques ii) La dynamique des charges dans la base large des composants bipolaires semiconducteurs (ici la diode pin) qui est de nature distribuée Hi) Les capacités non-linéaires parasites de MOSFET et en particulier la capacité d'entrée et Miller intervenant lors de commutation Le modèle de cellule de commutation est validé en comparant les simulations effectuées avec les mesures sur le prototype réalisé à cette fin. Il a été montré que le domaine de validité du modèle est beaucoup plus large par rapport aux modèles existants:. le modèle est relativement robuste devant les changements des conditions de circuit environnant des composants semiconducteurs et les variations du point de fonctionnement. Des applications réelles présentées au dernier chapitre ont pour but de montrer d'une part l'importance de l'environnement parasite des semiconducteurs dans la modélisation, fme des convertisseurs statiques et d'autre part la possibilité de rendre compatible le modèle aux cas plus complexes (plusieurs interrupteurs en parallèle).
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Lembeye, Yves. "Métrologie de la Commutation de Puissance Rapide. Contribution à la Caractérisation et à la Recherche d'un Modèle d'I.G.B.T." Phd thesis, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00907407.
Full textAbstract:
Aujourd'hui l'outil le plus utilisé par les spécialistes d'électronique de puissance est l'oscilloscope numérique. Tant que ces appareils sont utilisés pour vérifier le fonctionnement de circuits, leur précision est, généralement, suffisante. En revanche lorsqu'ils sont utilisés pour caractériser des interrupteurs de puissance, la précision nécessaire ne peut pas être atteinte directement. Les modes opératoires doivent être optimisés et les mesures doivent être corrigées pour obtenir une précision satisfaisante. La mise en place de ces corrections demande du temps et nécessite, souvent, l'utilisation d'un ordinateur. Il est bon, avant de les développer, de s'assurer de leur opportunité. Une première partie de ce travail est consacrée à l'étude des causes d'erreurs et à leur influence sur les résultats de mesure. Nous partons de mesures effectuées, avec les plus grands soins, sur un I.G.B.T. et nous simulons, une à une, les sources d'erreur. Cette étude permet de tirer des critères de choix de matériel de mesure et de juger de la nécessité de certaines corrections. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la modélisation de l'I.G.B.T. et, plus généralement, des quadripôles électrostatiques non-linéaires. Par comparaison avec les mesures effectuées sur l'I.G.B.T. nous montrons l'influence de la modélisation des capacités non-linéaires de l'I.G.B.T. sur les résultats de simulation.
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Laouamer, Rachid. "Chargeur de Batteries à Couplage Inductif pour Véhicule Electrique." Phd thesis, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00656604.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse concernent les chargeurs à couplage inductif développés pour les flottes de véhicule électriques en libre service tel qu'envisagé dans l'opération PRAXITELE de EDF. L'objectif général était la définition de l'ensemble convertisseur-coupleur magnétique adapté à ce type de recharge. Les outils et les méthodes développés dans ce mémoire ont fait progresser la compréhension du couplage par induction, et éclairé le choix de la structure adaptée. L'étude méthodique des différentes structures à trois et à quatre éléments de stockage a fait ressortir quelques montages dignes d'intérêt. Les avantages et les inconvénients de chacun de ces montages ont été soulignés et une méthode de dimensionnement a été proposée. La structure choisie permet d'exploiter au mieux le transformateur à faible couplage que constitue le coupleur magnétique, d'alléger la partie embarquée et d'améliorer les caractéristiques de sortie du chargeur. Elle s'avère également être celle qui conduit au meilleur rendement énergétique de l'ensemble convertisseur-coupleur. Le schéma équivalent du coupleur, développé au laboratoire, nous a permis de simuler le comportement de l'ensemble convertisseur-coupleur, en prenant en compte tous les aspects utiles de son comportement. Cela a mené, en particulier, à l'évaluation des pertes de ce composant. Une vérification expérimentale soigneuse a confirmé cette évaluation avec une précision honorable.
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Teulings, Wim. "Prise en Compte du Câblage dans la Conception et la Simulation des Convertisseurs de Puissance: Performances CEM." Phd thesis, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00912486.
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Un des défis de l'Electronique de Puissance moderne est la Compatibilité Electromagnétique (CEM). Devant l'accroissement de la rapidité de commutation, le câblage devient un composant à part entière. Il doit donc être modélisé. L'objectif de ce travail est de montrer qu'il est possible à l'heure actuelle de simuler entièrement un convertisseur moderne, en tenant compte des imperfections dues au câblage (simulation fine). Les formes d'ondes en commutation obtenues sont suffisamment précises pour prédire les performances vis-à-vis de la CEM. Cependant, ce type de simulation est relativement long, et cette approche doit être réservée à la vérification de l'implantation technologique [male. Elle ne peut servir d'aide au concepteur. C'est pourquoi des modèles analytiques plus simples sont développés à partir de l'analyse des résultats de simulation fine. Ces modèles, d'une bonne précision, font intervenir des paramètres technologiques, et peuvent servir d'aide à la conception. Les deux approches ont été appliquées à un convertisseur réalisé sur Circuit Imprimé et en technologie Substrat Métallique Isolé (SMI). L'influence d'une capacité de découplage sur le niveau des perturbations conduites a également été examinée dans les deux cas.