Dissertations / Theses on the topic 'Structures de convertisseurs statiques'

Ce travail de thèse propose d'utiliser Fanalyse fonctionnelle dans le processus de conception des structures de convertisseurs statiques. L'analyse fonctionnelle permet d'obtenir un niveau de raisonnement relativement détaché d'une technologie de réalisation. Ainsi, elle permet de guider le concepteur vers l'obtention de plusieurs structures à partir d'un même cahier des charges. L'approche présentée ici est restreinte aux convertisseurs statiques mais peut être étendue aux entraînements électriques. Un modèle est proposé pour représenter les fonctions et les agencer sous forme de graphes fonctionnels. En complément, une analyse de cohérence de ces derniers a été élaborée afin d'aider le concepteur tout au long de sa démarche de conception, en lui signalant des problèmes éventuels de construction des graphes et en lui proposant même parfois des éléments de solution. A partir de là, nous avons mis en œuvre un prototype informatique afin de valider tous ces concepts. Cet outil ne réalise que la vérification de la cohérence et laisse à la charge du concepteur le choix des fonctions et le passage fonction-structure.

L'électronique de puissance d'aujourd'hui s'inscrit dans un contexte environnemental où l'économie d'énergie est au centre des préoccupations. La traduction technologique d'une telle problématique sera, pour l'électronicien, la recherche de structures de conversion optimisant à la fois le rendement, la fiabilité et la qualité de l'énergie absorbée ou produite. Cet effort d'optimisation énergétique ne saurait être satisfaisant sans une recherche d'adaptation matérielle aux applications industrielles ou domestiques visées (avion tout électrique, éclairage...). C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, visant à chercher des solutions innovantes en terme de package de convertisseurs statiques satisfaisant les exigences de ces nouveaux secteurs d'exploitation, dans lesquels la miniaturisation, la fiabilité ou encore l'immunité aux perturbations CEM sont déterminants.

Ce travail de thèse propose d'utiliser Fanalyse fonctionnelle dans le processus de conception des structures de convertisseurs statiques. L'analyse fonctionnelle permet d'obtenir un niveau de raisonnement relativement détaché d'une technologie de réalisation. Ainsi, elle permet de guider le concepteur vers l'obtention de plusieurs structures à partir d'un même cahier des charges. L'approche présentée ici est restreinte aux convertisseurs statiques mais peut être étendue aux entraînements électriques. Un modèle est proposé pour représenter les fonctions et les agencer sous forme de graphes fonctionnels. En complément, une analyse de cohérence de ces derniers a été élaborée afin d'aider le concepteur tout au long de sa démarche de conception, en lui signalant des problèmes éventuels de construction des graphes et en lui proposant même parfois des éléments de solution. A partir de là, nous avons mis en œuvre un prototype informatique afin de valider tous ces concepts. Cet outil ne réalise que la vérification de la cohérence et laisse à la charge du concepteur le choix des fonctions et le passage fonction-structure<br>This work proposes to use a functional analysis in the design process of static converter structures. Such an analysis is detached from a given technology and aids the designer to obtain several solutions from the same spécifications. The approach presented hère is restrained to the design of static converters but it can be extended to the study of complète electric drives. In this way, a model is proposed for the functions in order to define and handle them. Add to this, a cohérence analysis of the functional graphs is carried out in order to aid the designer during a functional graph building. It may indicate some working problems and even it may propose several solutions to solve Uiem. A software has been made to test thèse concepts. This tool carries out only the cohérence checking and asks the designer to choose the functions and their corresponding structures

Certaines applications de l'électronique de puissance nécessitent des convertisseurs statiques possédant de bonnes performances dynamiques. C'est pourquoi ce travail de thèse consiste à évaluer de manière systématique ces performances dynamiques, pour ensuite les optimiser. Dans un premier temps, nous posons plusieurs critères destinés à évaluer les performances dynamiques des convertisseurs statiques commandés en boucle ouverte, en modulation de largeur d'impulsion. Puis nous utilisons ces critères pour comparer les performances obtenues avec deux stratégies différentes de MLI associées à un onduleur 4 niveaux. Une stratégie optimisée de MLI est alors envisagée et simulée. Le deuxième volet de cette thèse est consacré à la mise au point d'une nouvelle commande en mode courant des convertisseurs multicellulaires, à fréquence de découpage imposée. Les performances dynamiques obtenues avec cette commande sont évaluées, puis la réalisation expérimentale de cette commande est détaillée.

L'objectif de nos travaux de thèse est de réaliser une démarche d'optimisation des convertisseurs statiques la plus générale possible en s'appuyant sur des modèles analytiques et un environnement d'optimisation adéquat. Pour ce faire, nous avons choisi une structure flyback en absorption sinusoi͏̈dale comme un support significatif d'étude car elle regroupe la plupart des aspects qui intéressent le concepteur des convertisseurs statiques actuels (volume, pertes, compatibilité électromagnétique CEM, thermiques. . . ). Ce processus d'optimisation réclame la mise au point de modèles capables de réaliser le compromis indispensable précision-rapidité de calcul. Ainsi, des modèles analytiques et des outils dédiés à l'optimisation ont été développés et intégrés dans une démarche d'optimisation sous contraintes. Les résultats de mesure viennent valider cette procédure d'optimisation.

Un convertisseur statique de puissance constitue généralement l'articulation de deux axes, l'un comprenant les sources et les charges, l'autre l'ensemble des organes de commande disposes selon une hiérarchie fonctionnelle. Les travaux rassembles dans ce mémoire concernent une méthode de conception systématique de l'axe de commande. Des concepts de modélisation déjà établis par ailleurs sont enrichis dans un objectif de généralisation d'une part, de formalisation d'autre part. L'inversion du modèle de connaissance ainsi obtenu conduit à déterminer la fonction devant être remplie par l'automate de commande rapprochée: asservissement des grandeurs électriques rapides, modulation, génération des connexions. Cette dernière fonctionnalité fait l'objet de propositions originales dans l'art et la manière de synthétiser une séquence optimisée de commande des interrupteurs. Les ordres de fermeture et d'ouverture sont à définir selon la nature de la conversion à réaliser ; la méthode proposée, d'abord appliquée a une structure monophasée est ensuite présentée dans le cadre des structures triphasées/monophasées usuelles. Une technique particulière de modulation est nécessaire pour la réalisation d'optimisations: le modulateur de largeur et de position d'impulsions. L'étage hiérarchique supérieur est désigné micro calculateur de processus. Il est charge d'élaborer les consignes des grandeurs électriques internes au convertisseur. Les algorithmes requis sont parfois différents selon le niveau de puissance ou la multiplicité des fonctionnements du convertisseur concerne. Dans ces conditions, un étage de supervision du système, l'automate de contrôle des modes de marche, en assure la coordination par l'introduction d'une cohérence dans les objectifs issus du cahier des charges. Cette ressource décisionnelle est indispensable à l'optimisation des performances lors des transitions entre algorithmes. A cette fin, l'auteur propose des solutions originales, par interpolation et par réseaux de neurones. Des validations expérimentales, mettant alors en œuvre une architecture matérielle reposant sur un processeur de signal illustrent quelques-unes des solutions exposées et prouvent le bien-fondé du formalisme de synthèse.

L’objet de cette thèse est l'étude des problèmes de modélisation en vue de la simulation et de la commande d'ensembles convertisseurs statiques machines synchrones de forte puissance. Concernant la simulation numérique, l'accent a été mis sur l'amélioration des modèles de machines synchrones, en général, et de machines synchrones à double étoile, en particulier, en prenant en considération la saturation magnétique. Dans cette optique, un modèle de type circuit, basé sur la représentation de Park, a été élaboré. La modélisation adoptée tient compte de l'effet croisé de saturation à partir de la seule connaissance de la caractéristique à vide et des paramètres usuels des machines. Une étude comparative entre ce modèle et le modèle classique, où la saturation est négligée a montré l'inadéquation de l'hypothèse de linéarité de la caractéristique magnétique dans l'étude de la simulation des ensembles convertisseurs statiques machines synchrones de forte puissance. Concernant l'aspect commande, le problème de la modélisation des machines électriques associées aux convertisseurs statiques, en vue de la synthèse des régulateurs de courant, a été contourné par l'introduction de techniques de contrôle non-linéaires et robustes, à savoir la commande à structure variable, en particulier le réglage par mode de glissement. Des résultats obtenus par simulation numérique ont montré la puissance de ce type de commande dans le contrôle des courants de phase dans les machines synchrones en général, particulièrement les machines synchrones polyphasées qui constituent des systèmes multivariables à ordre élevé

Ce travail de thèse s'inscrit dans la démarche engagée depuis quelques années et concernant l'intégration monolithique en électronique de puissance avec pour objectif de faire émerger une nouvelle structure de bras d'onduleur plus compacte, plus fiable et plus performante. En s'appuyant sur des technologies à base de transistors " complémentaires " sur substrat N et P, la nouvelle structure étudiée présente de nombreux avantages vis-à-vis de la CEM conduite, de la simplification de commande rapprochée et de la mis en œuvre. Ces aspects sont abordés et validés de manières "théoriques" et expérimentales. Le point pénalisant concernant le rendement de la structure par l'introduction du transistor sur substrat P est également analysé et de nouvelles topologies sont proposées afin d'améliorer cette limitation. Des techniques d'alimentation pour la commande bipolaire offrant un niveau maximal intégration sont ainsi développées.

Les travaux de cette thèse portent sur l'analyse des comportements chaotiques dans les convertisseurs multicellulaires séries. Ces systèmes à commutationpeuvent présenter une variété de phénomènes complexes liés à des bifurcationset au chaos. Sachant qu'un convertisseur de puissance qui a une charge purementdissipative, ne peut générer un comportement chaotique, nous avons dans la première partie de cette thèse, connecté un hacheur à deux cellules à une charge non linéaire non strictement dissipative et nous avons analysé ses comportements à l'aide des propriétés dynamiques de base et présenté les routes vers le chaos. La fin de cette partie a été consacrée à l'étude du hacheur à cinq cellules qui est une généralisation du hacheur à deux cellules. Afin de supprimer le comportement chaotique, la deuxième partie du travail a été consacrée à la synthèse d'une loi de commande hybride basé sur la modélisation par réseaux de Petri pour la régulation des tensions des condensateurs flottants et du courant de charge<br>This thesis deals with the analysis of chaotic behaviors in serial multicellularconverters. These switching systems can have a variety of complex phenomenaassociated with bifurcations and chaos. Knowing that a power converter that has a purely dissipative load cannot generate chaotic behavior, we've in the first part of this thesis, we connected a two-cell chopper to a nonlinear load not strictly dissipative and we've analyzed its behaviors by using some basic dynamic properties and thus presented the routes to chaos. The end of this part was devoted to the study of the 5-cell chopper which is a generalization of the two-cell chopper. In order to eliminate the chaotic behavior, the second part was devoted to the synthesis of a controlled law based on hybrid modeling of Petri nets for the regulation of capacitor voltages and current load

Les structures de conversion multiniveaux permettent de convertir en moyenne tension et forte puissance. Celles-ci sont construites à partir de cellules de commutations et permettent d'augmenter le courant et la tension en entrée ou en sortie. Ces structures sont appelées multiniveaux car les formes d'ondes des tensions en sortie permettent d'avoir plus de deux niveaux de tension différents. Les différentes structures peuvent être classées dans différentes catégories tel que la mise en série de pont en H, les convertisseurs multicellulaires série ou parallèle ou encore les structures utilisant le fractionnement du bus continu. Toutes ces structures ont des propriétés et applications différentes, même si certaines structures ont des propriétés communes. Il est aussi possible de créer de nouvelles structures en mixant les différentes structures de bases des différentes familles de convertisseurs multiniveaux ou en assemblant les structures de base de la conversion statique. Même si l'utilisation de structure de conversion multiniveaux permet de convertir à forte puissance, celle-ci n'est pas toujours aisée. En effet l'augmentation du nombre de niveaux ou de la tension d'entrée implique également une augmentation du nombre de composants semi-conducteurs. Ceci peut être un frein à l'utilisation de convertisseur multiniveaux. Pour cela une nouvelle structure utilisant des composants partagés entre les différentes phases est proposée afin de limiter leur nombre. Un autre problème important lié aux convertisseurs multiniveaux est l'équilibrage des tensions des condensateurs du bus continu si celui-ci est composé de plus de deux condensateurs mis en série. Pour cela plusieurs solutions sont possibles : soit en utilisant une commande spécifique utilisant la modulation vectorielle, soit en utilisant des structures auxiliaires qui ont pour but d'équilibrer les différentes tensions des condensateurs. Dans une dernière partie ont été proposées de nouvelles structures qui permettent à la fois d'augmenter le courant de sortie et la tension en entrée en utilisant les principes des structures de base des convertisseurs multicellulaires série et parallèle. De plus, ces structures ont des propriétés intéressantes sur les formes d'ondes de sortie. De ces structures a été conçu un prototype permettant de valider les résultats de simulation. Une commande numérique implantée sur FPGA a été réalisée et a permis d'avoir des résultats expérimentaux intéressants.

Ce travail de thèse propose une méthodologie de dimensionnement s'adaptant à un grand nombre de structures de convertisseurs statiques. Elle intègre différents outils préexistants, et s'appuie sur la formulation automatique, avec des techniques de calcul symbolique, d'un modèle de dimensionnement. Celui-ci prend en charge, à un même niveau, l'aspect physique du fonctionnement et l'aspect conception qui s'exprime en termes de respect d'un cahier des charges. La connaissance fondamentale pour mettre en œuvre cette démarche se veut minimale, et comprend les équations des nœuds du circuit et les spécifications du cahier des charges. L'intervention de l'utilisateur dans la méthodologie est réduite au maximum et simplifiée. Sur ces principes, cette approche de CAO cherche à fournir au concepteur, via l'ordinateur, en plus de logiciels d'analyse, un véritable outil d'aide au dimensionnement intégrable dans une méthodologie globale de conception des convertisseurs statiques<br>This work defines and carries out a methodology for the sizing of static converter structures. It intégrâtes several pre-existing tools, and is based on the automatic formulation with symbolical calculation techniques of a sizing model. This one takes into account - at the same level - the physical aspect of the operating and the design aspect in terms of the spécification board requirements. The basic knowledge to complète the approach is minimal, it is made of the node équations of the circuit and the spécification board. In the methodology, the user actions are reduced and simplified as much as possible. From those principles, added to the analysis packages, a sizing aided tool is given to the designer, This whole set of tools can be integrated in a global approach for the CAD of static converters

L' @évolution de la technologie et des structures des convertisseurs statiques a permis d'augmenter les fréquences de commutation ainsi que les performances électriques. Cependant, leurs niveaux de perturbations tant rayonnées que conduites se sont fortement accrus, posant des problèmes technico-économiques d'insertion dans un environnement électrique. Cette étude évalue les perturbations conduites dans trois structures de convertisseur mono interrupteurs non isoles, haute fréquence (100khz-1kw). Ils mettent en ouvre les trois principaux modes de commutation: commutation forcée assistée, a zéro de tension et a zéro de courant. L'évaluation permet de déterminer l'évolution des courants parasites en fonction des paramètres électriques et de commande de chaque structure, afin d'en déduire les modes de pollution caractéristiques pour chaque mode de commutation. L'étude a mis en évidence l'importance des composants parasites associes aux composants du convertisseur, ils ont fait l'objet d'une étude détaillée. Les mécanismes d'apparition et de couplage des parasites sont abordes au travers d'une étude analytique, corroborée par simulation numérique. Cette démarche a permis la constitution de modèles électriques a constantes localisées. Ils fournissent un outil pour aborder l'étude de structures plus complexes. Enfin, une partie du travail est consacrée aux moyens de réduire les niveaux de perturbations: réduction des couplages et compensation des parasites

L’objectif de cette étude est d’améliorer les performances des transformateurs piézoélectriques en terme de courant de sortie et de puissance pour des applications d’alimentation DC/DC, grâce à la gestion de l’échauffement. Le courant de sortie des transformateurs piézoélectriques, et donc la puissance transmise, sont directement liés à la vitesse de vibration qui pour des valeurs élevées engendre des pertes et une forte élévation de température. Cette élévation excessive de la température a comme conséquence le changement des caractéristiques du transformateur et plus particulièrement la diminution du facteur de qualité Q. Ainsi cela entraine une limite structurelle de la puissance transmise du transformateur. Une solution pour augmenter le courant de sortie est l’utilisation d’un redresseur doubleur de courant, qui grâce à 2 inductances permet, à courant de charge donné, de diminuer la vitesse de vibration du transformateur, mais ne permet pas de régler le problème d’échauffement du transformateur. Dans cette thèse nous proposons des moyens d’évacuation de la chaleur ainsi que le choix de l’environnement dans lequel le transformateur devra fonctionner. L’influence de différents systèmes de refroidissement d’un convertisseur DC/DC à base transformateur piézoélectrique est étudiée. L’étude thermique du transformateur piézoélectrique multicouche polarisé en épaisseur et ayant des électrodes circulaires met en évidence un comportement non linéaire. Une plaque vibrante piézoélectrique est d’abord envisagée pour créer un flux d’air qui augmente l’évacuation de chaleur par convection, puis un module de refroidissement utilisant l’effet thermoélectrique. Les mesures montrent que la première solution est plus avantageuse car elle améliore sensiblement les performances du transformateur pour un coût énergétique très faible. Une étude thermique par éléments finis complète cette étude, montrant que l’approche par schéma électrique est pertinente. La puissance que peut délivrer le transformateur sur une charge optimale est encore augmentée. Enfin, ce travail montre qu’en combinant les dispositifs de refroidissement tout en respectant la condition de température inférieure à 55°C, le rendement du convertisseur reste raisonnable (70%) et la puissance disponible peut doubler dans le meilleur des cas<br>The objective of this study was to increase the output current and power in a piezoelectric transformer (PT) based DC/DC converter by adding a cooling system. It is known that the output current of PT is limited by temperature build-up because of losses especially when driving at high vibration velocity. Excessive temperature rise will decrease the quality factor Q of piezoelectric component during the operational process. Simultaneously the vibration energy cannot be increased even if under higher excitation voltage. Although connecting different inductive circuits at the PT secondary terminal can increase the output current, the root cause of temperature build-up problem is not solved.This dissertation presents the heat transfer technology to deal with the temperature build-up problem. With the heat transfer technology, the threshold vibration velocity of PT can be increased and thus the output current and output power (almost three times).Furthermore, a comparison between heat transfer technology and current-doubler rectifier applied to the piezoelectric transformer based DC/DC converter was also studied. The advantages and disadvantages of the proposed technique were investigated. A theoretical-phenomenological model was developed to explain the relationship between the losses and the temperature rise. It will be shown that the vibration velocity as well as the heat generation increases the losses. In our design, the maximum output current capacity can increase 100% when the operating condition of PT temperature is kept below 55°C. The study comprises of a theoretical part and experimental proof-of-concept demonstration of the proposed design method

Les commutations au sein des convertisseurs statiques, base même du transfert d'énergie sont à l'origine des perturbations électromagnétiques. En effet des fronts raides engendrent des signaux en mode commun qui excitent les câblages, les structures métalliques ou encore les composants passifs. Ces éléments, de par leurs dimensions importantes jouent alors le rôle d'antennes émettrices rayonnant l'énergie perturbatrice dans l'environnement immédiat du produit et susceptible de produire des dysfonctionnements au sein d'autres équipements. L'objet de cette travail de thèse est de quantifier et de modéliser les différentes sources d'énergie en fonction de leur intensité vis-à-vis d'une gamme de fréquences donnée dans un premier temps, puis dans un second temps de montrer que des actions astucieuses et peu onéreuses notamment sur les câblages ou les routage astucieux peuvent permettre de diminuer grandement les perturbations engendrées par l'écoulement des courants de mode commun en mode conduit mais surtout en mode rayonné. L'impact des blindages est aussi étudié en tout dernier ressort quand l'effort de réduction à la base n'est pas suffisant compte tenu des contraintes technologiques.

L'apparition de convertisseurs multicellulaires parallèles entrelacés et magnétiquement couplés a conduit ces dernières années à améliorer les performances des convertisseurs (en termes de densité de puissance, d'efficacité, de dynamique,...). Le pendant de ces améliorations successives résulte en une nécessité d'équilibrage précis des courants de phase, ce qui entraîne une complexification de la commande des ces convertisseurs. Une première étape de détermination de la fonction de transfert d'une boucle d'équilibrage des courants nous permet de déterminer la nature des correcteurs d'équilibrage de ces courants. Cette étude nous permet d'appréhender des systèmes plus complexes avec différentes topologies de couplage magnétique entre les bras du convertisseur parallèle. Suite à une étude bibliographique mettant en avant le manque de précision des techniques actuelles de mesure des courants de bras, nous proposons une technique d'émulation analogique précise de ces courants ne nécessitant qu'un seul capteur. Deux prototypes ont été réalisés et permettent de valider cette technique. Enfin, face à l'intérêt grandissant que portent les industriels pour des architectures modulaires, deux innovations permettant de s'affranchir d'un circuit spécifique de supervision sont proposées. Dans un premier temps, une technique modulaire d'équilibrage des courants est proposée et validée expérimentalement : elle permet, entre autres, une mesure différentielle précise des courants de bras. Ensuite, une méthode de génération modulaire de porteuses triangulaires auto-alignées est proposée et validée grâce à la réalisation d'une maquette de test. L'association de ces deux techniques nous permet de proposer une architecture entièrement modulaire ne nécessitant plus de circuit de commande superviseur<br>Development of interleaved power converters with coupled inductors has enhanced converters performances (better power density, eciency, transient response. . .). Such improvements lead to the necessity of a precise current-sharing in the converter legs, and consequently to much more complex control strategy for those converters. First step is to determine current sharing loop transfer function in order to choose the kind of sharing corrector and calculate its parameters. State-space representation is used to consider any coupling topology. Because ux induced in coupled inductors must be controlled with accuracy, a bibliography study emphasizes the lack of precision in present current-sensing techniques. Then, a precise analogical emulation of currents in every leg, based on only one current sensor, is proposed. Two prototypes have been developed and validate this approach. Finally, because of growing interest of industrial in modular architectures, two innovations which avoid the use of central specic circuit are presented. First, a masterless and modular current sharing technique is proposed and tested : it allows a very precise dierential current measurement and regulation. Then a modular generation of self-aligned triangular carrier for interleaved converters is proposed and conrmed by test. The association of both techniques leads to a full masterless and modular approach for the control circuit of parallel converter with coupled inductors

Ce mémoire s’inscrit dans le contexte général de la continuité de service des convertisseurs multiniveaux, lors de la défaillance d’un de leurs composants de puissance. Les structures concernées sont les topologies suivantes, largement utilisées dans les applications industrielles : Neutral Point Clamped (NPC) et Neutral Point Piloted (NPP) ou T-Type. Dans un premier temps, afin de limiter le taux de pannes du convertisseur, une commande contribuant à l’accroissement de la durée de vie des composants de puissance est tout d’abord proposée. Pour se faire, nous minimiserons sur chaque période le nombre de commutations des composants commandables à l’ouverture et à la fermeture. Cette idée a pour origine le fait qu’un convertisseur multiniveaux permet de générer le même niveau de tension de sortie à partir de plusieurs séquences de commutations différentes. Le principe de la commande proposée sera développé de manière générale, puis appliqué aux cas de structures type « Pont en H » à 5 niveaux, de type NPP (ou T-Type) et NPC. Ensuite, nous étudierons la continuité de service en mode nominal d’un convertisseur « Pont en H » à 5 niveaux, de type NPP (ou T-Type), suite à la défaillance en circuit ouvert d’un composant de puissance. Nous proposerons tout d’abord un diagnostic du défaut, constitué d’une première étape de détection, suivie d’une localisation précise du composant défaillant. Une topologie originale de convertisseur à tolérance de pannes permettra de garantir la continuité de service du système, en modifiant sa commande en adéquation avec le composant défaillant localisé. Des architectures électroniques numériques reconfigurables basées sur des composants FPGA (Field Programmable Gate Array) seront dédiées au diagnostic et à la reconfiguration de la commande ; elles permettront d’atteindre des performances temporelles élevées. L’ensemble des résultats présentés dans ce mémoire sera validé par modélisation/simulation, puis expérimentalement sur un banc de test<br>This thesis deals with continuity of service of multilevel power converters, during the failure of one of their power components. The studied converter topologies are the following, widely used in industrial applications: Neutral Point Clamped (NPC) and Neutral Point Piloted (NPP) or T-Type. First, to reduce the failure rate of the converter, an advanced control is proposed ; it increases the lifetime of the power components by minimizing the number of switchings over a period. This idea is based on the fact that a multilevel converter makes possible to generate the same output voltage level from several different switching sequences. The principle of the proposed control will be developed in a general way. Then, it is applied to the cases of 5-level "H-bridge" topologies, NPP (or T-Type) and NPC. Then, the continuity of service in nominal mode is studied for a 5 level "H-brige" NPP (or T-Type) converter, when an open circuit failure occurs on a power component. We first propose a fault diagnosis, consisting in a fault detection step, followed by the location of the faulty component. Then, an original fault-tolerant converter topology will ensure the continuity of service of the system, by modifying the control according to the localized faulty component. Reconfigurable digital electronic architectures based on Field Programmable Gate Array (FPGA) components will be dedicated to the diagnosis and the reconfiguration of the control; they will perform high temporal performances. All the results presented in this paper are validated by modeling and simulation. Then, they are experimentally validated on a test bench

Dans ce memoire, l'auteur etudie des nouvelles structures de convertisseurs statiques directs de forte puissance (mw) fonctionnant en commutation douce et utilisant des interrupteurs a mecanismes de commutation duaux. Ces structures ne font appel qu'a des composants semi-conducteurs et se demarquent donc des convertisseurs a resonance qui necessitent des elements reactifs supplementaires afin d'assurer la commutation douce des interrupteurs. Ainsi, l'association de convertisseurs duaux, permet d'obtenir les conditions de commutation douce des interrupteurs pour realiser les fonctions classiques de hacheur ou d'onduleur de tension mli. Dans les commutateurs de courant fonctionnant en controle de phase, l'utilisation d'interrupteurs a mecanismes de commutation duaux permet d'ameliorer les performances externes des montages redresseurs ou cycloconvertisseurs. Chaque convertisseur est presente de maniere theorique puis dimensionne pour une puissance de 50 kva. Des simulations permettent ensuite d'en valider le fonctionnement en vue de la realisation d'une maquette d'essais

Les condensateurs electrolytiques de filtrage sont responsables de la plupart des pannes des convertisseurs statiques. Pour predire leur defaillance, une nouvelle methode de maintenance predictive a ete developpee. Elle permet de surveiller les condensateurs de filtrage en entree et en sortie pour deux types d'alimentations a decoupage. Dans un premier temps, nous avons mene des vieillissements acceleres sur les condensateurs afin de trouver un indicateur de vieillissement. La resistance equivalente serie esr evoluant en fonction du temps et de la temperature selon une loi bien determinee, nous utilisons cet accroissement pour predire la panne des condensateurs. La valeur de cette resistance est deduite de la mesure de l'ondulation de tension aux bornes des condensateurs. Comme les convertisseurs fonctionnent souvent en regime de charge variable, des fortes valeurs transitoires de l'ondulation sont engendrees lors de la variation du courant de sortie. Afin de s'affranchir de ces transitoires, nous suggerons de surveiller le fondamental de l'ondulation de tension. Cette derniere grandeur constitue une veritable signature de l'etat des condensateurs utilises dans les convertisseurs. Une interpretation correcte de cette grandeur en fonction des divers parametres de fonctionnement du convertisseur (tension d'entree, courant de sortie, temperature ambiante) nous donne le temps restant avant la panne. Des modules informatique et electroniques ont ete realises et permettent de surveiller en permanence les condensateurs et de predire leurs defaillances en affichant le temps restant avant la panne.

L’impact des stratégies Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) sur les sollicitations des condensateurs de découplage en entrée d’un onduleur triphasé est bien connu à l’heure actuelle au même titre que le comportement de la charge alimentée (facteur de puissance). On dispose à l’heure actuelle d’un large panel de techniques de modulation applicables en fonction des diverses contraintes d’environnement (stress des condensateurs mais aussi qualité des courants dans la charge ou pertes par commutation dans les semi-conducteurs). Toutefois, dans de nombreux contextes applicatifs, le bus continu peut être mutualisé entre plusieurs convertisseurs qui vont solliciter individuellement le ou les condensateurs de découplage. L’objectif de cette thèse est d'étudier la mise en œuvre des stratégies MLI coordonnées entre plusieurs onduleurs mutualisant leur bus continu. Plus précisément, une étude du cas des convertisseurs back-to-back dans le cas de MADA a été faite. De plus, cette étude vise à évaluer l'impact de stratégies MLI entrelacées sur le courant efficace traversant le condensateur de découplage associé à deux convertisseurs en parallèle. En effet, cette valeur est généralement le paramètre clé pour le dimensionnement de ce (ou ces) composant(s), bien au-delà de la capacité, notamment pour les condensateurs électrolytiques à l'aluminium. La technique d'entrelacement est appliquée selon deux stratégies différentes : - La stratégie classique SVPWM ; - La stratégie MLI à double porteuse unifié (Uni-DCPWM) qui est dédié à la réduction du courant efficace pour un seul convertisseur. Notre étude vise également à réduire le courant RMS dans le condensateur et à trouver la valeur optimale du temps d'entrelacement de manière dynamique pour tous les points de fonctionnement<br>The impact of Pulse Width Modulation (PWM) strategies on the stresse of the decoupling capacitors at the input of a three-phase converter is currently well known, as well as the behavior of the supplied load (power factor). A large panel of modulation techniques is currently available and can be applied according to the various environmental constraints (stress on the capacitors but also quality of the currents in the load or switching losses in the semiconductors). However, in many application contexts, the DC bus can be shared between several converters that will individually stress the decoupling capacitor(s). The objective of this thesis is to study the implementation of PWM strategies between several converters sharing their DC bus. More precisely, a study of the case of back-to-back converters connected on Doubly Fed Induction Machine (DFIM) has been done. The aim of this study is to evaluate the impact of interleaved PWM strategies on the RMS current flowing through the DC link capacitor associated to two back-to-back three-phase Full Bridges (FB). Indeed, this value is usually the key-parameter for the sizing of this (or these) component(s), far above the capacitance, especially for aluminum electrolytic capacitors. Interleaving technique is applied on two different strategies: - Classical (single carrier) Space-Vector PWM strategy (SVPWM) ; - Unified Double Carrier PWM (Uni-DCPWM) that is dedicated to the reduction of the RMS current for a single FB. Our study also aims to reduce the RMS current in the capacitor and find the optimal value of the interleaving time dynamically for all operating points

Les structures de conversion multiniveaux permettent de convertir en moyenne tension et forte puissance. Celles-ci sont construites à partir de cellules de commutations et permettent d’augmenter le courant et la tension en entrée ou en sortie. Ces structures sont appelées multiniveaux car les formes d’ondes des tensions en sortie permettent d’avoir plus de deux niveaux de tension différents. Les différentes structures peuvent être classées dans différentes catégories tel que la mise en série de pont en H, les convertisseurs multicellulaires série ou parallèle ou encore les structures utilisant le fractionnement du bus continu. Toutes ces structures ont des propriétés et applications différentes, même si certaines structures ont des propriétés communes. Il est aussi possible de créer de nouvelles structures en mixant les différentes structures de bases des différentes familles de convertisseurs multiniveaux ou en assemblant les structures de base de la conversion statique. Même si l’utilisation de structure de conversion multiniveaux permet de convertir à forte puissance, celle-ci n’est pas toujours aisée. En effet l’augmentation du nombre de niveaux ou de la tension d’entrée implique également une augmentation du nombre de composants semiconducteurs. Ceci peut être un frein à l’utilisation de convertisseur multiniveaux. Pour cela une nouvelle structure utilisant des composants partagés entre les différentes phases est proposée afin de limiter leur nombre. Un autre problème important lié aux convertisseurs multiniveaux est l’équilibrage des tensions des condensateurs du bus continu si celui-ci est composé de plus de deux condensateurs mis en série. Pour cela plusieurs solutions sont possibles : soit en utilisant une commande spécifique utilisant la modulation vectorielle, soit en utilisant des structures auxiliaires qui ont pour but d’équilibrer les différentes tensions des condensateurs. Dans une dernière partie ont été proposées de nouvelles structures qui permettent à la fois d’augmenter le courant de sortie et la tension en entrée en utilisant les principes des structures de base des convertisseurs multicellulaires série et parallèle. De plus, ces structures ont des propriétés intéressantes sur les formes d’ondes de sortie. De ces structures a été conçu un prototype permettant de valider les résultats de simulation. Une commande numérique implantée sur FPGA a été réalisée et a permis d’avoir des résultats expérimentaux intéressants<br>This PhD Thesis deals with the study of new multilevel structures. At the beginning of this work, a new methodology to create new multilevel structures has been conceived. To evaluate the performances of these structures, there are many possibilities: number of output voltage levels, number of components, and the quality of the converters’ output waveforms. The list of criteria is not exhaustive. One technique to obtain an output multilevel waveform is to split the DC link in several capacitors. There is a limitation since putting more than two capacitors in serial connection leads to an unbalancing of these voltage capacitors. Several solutions are possible to balance these voltages. The first one uses the control of the structure in a three phase application, using a space vector modulation and minimizing the energy stored in the DC link. The second solution consists in using auxiliary circuits, which realize an energy transfer between one capacitor to another through an inductor. The drawback of this method is the high number of components. This problem can be reduced sharing some components between the three phases of the converter. The third part of this study is related to multicell converters, structures with very interesting good properties. New converter structures mix serial and parallel multicell converters, to obtain a hybrid converter with similar performances to the two basic converters. An experimental prototype was built to validate the results of the PhD. The digital control of this hybrid structure was made with a FPGA where two DSP processors were implemented

L'objet de ce memoire est la presentation de methodes de simulation numerique des convertisseurs statiques. Ceux-ci peuvent etre de tout type et munis de boucles de controle. Les circuits des convertisseurs sont etudies dans l'espace d'etat. Une approche permettant la prise en compte des controles echantillonnes est d'abord presentee. Puis les boucles continues sont prises en compte par l'introduction de sources controlees. Ces dernieres sont mises en equation dans l'espace d'etat. Leur application a l'extension des possibilites du champ d'etude sont enfin presentees

Ce travail traite de la modélisation non linéaire en électronique de puissance. Afin de répondre aux exigences de la simulation dans ce domaine, à savoir l'efficacité et la fiabilité des méthodes, nous avons développé une modélisation linéaire par morceaux. Nous l'appliquons à tous les éléments de base (sources, résistances, condensateurs et inductances). Afin d'offrir un maximum de possibilités et pour répondre aux besoins de l'approche hiérarchique de la modélisation, nous envisageons une évolution de ces éléments aussi bien spontanée (dépendant d'une grandeur électrique) que commandée (dépendant explicitement du temps). Nous complétons cet ensemble par le transformateur et l'interrupteur généralisé qui synthétise toutes les fonctions de commutation intégrant non seulement les semi-conducteurs mais également les associations de ceux-ci. Notre modèle d'interrupteur inclut également la dégradation dont l'utilisateur peut définir les conditions. Nous appliquons également la linéarisation à la gestion de l'hystérésis magnétique en faisant appel aux théories de Duhem et de Preisach. Dans l'optique de la macromodélisation, nous proposons une méthode pour conditionner les évolutions d'un ou de plusieurs éléments à celles d'un élément-maitre. L'utilisateur a la possibilité de configurer à loisir ces interactions. Nous montrons que, par cette technique, il devient possible de concevoir des macromodèles dont la topologie évolue virtuellement en cours de simulation. Enfin, nous étayons notre exposé par des exemples concrets qui exploitent les éléments et les outils mis au point dans le cadre de ce travail.

La qualité d'un réseau électrique impose le maintien de la stabilité lors de fonctionnements perturbés. L'absorption de la puissance réactive créée par les lignes de transport, lors de creux de charge est un facteur d'instabilité, d'autant plus important que les lignes sont plus longues. Un alternateur muni d'un second enroulement décalé dans l'espace, permet d'absorber une puissance réactive importante tout en maintenant la stabilité. Des études ont montré que cette solution était viable, pour des réseaux dont les longueurs de lignes sont conséquentes, comme le réseau en Russie. Depuis le début des années 80, l'ex-Union Soviétique s'est intéressée au fonctionnement de cet alternateur dit à double excitation. Des prototypes ont été implantés à la centrale de Burchtinskaya. Une collaboration entre la Russie et la France a permis d'améliorer le mode de contrôle. Les travaux de ce mémoire sont associés à cette collaboration. L'auteur donne la description de l'implantation d'un banc d'essai à échelle réduite, d'un groupe de production d'énergie électrique utilisant un alternateur à double excitation débitant à travers une ligne dans un réseau puissant. Les circuits d'excitation sont alimentés par des convertisseurs du type hacheur à IGBT, réversible en courant et en tension pour assurer la libre circulation des courants inducteurs. Le banc d'essai est instrumenté et le contrôle géré en temps réel au moyen de Dspace associé à Matlab/Simulink. Les schémas de contrôle théoriques et réels sont présentés. Les signaux de mesures et de commande doivent être filtrés et l'auteur fait une comparaison pratique entre deux modes de pilotage des convertisseurs. Parallèlement à cette expérimentation, une étude théorique par simulation sur le logiciel Saber est faite, en vue d'étudier le comportement du système décrit précédemment et donc de simuler le comportement global y compris des ponts à IGBT. Ceci nécessite une mise en équation de l'application et la transcription compatible avec le logiciel Saber. La simulation permet une validation du fonctionnement de l'alternateur à double excitation en absorption ou fourniture de puissance réactive. Il faut noter la difficulté d'identification des paramètres transitoires de la machine. L'étude a été menée en grandeurs réduites pour permettre une généralisation. Une étude expérimentale expose dans le plan des puissances active et réactive, une évolution duy Critical Clearing Time (CCT), afin de déterminer les performances de l'alternateur associé à son mode de contrôle, suite à un défaut triphasé. Les premières conclusions montrent une amélioration très nette par rapport à une machine classique<br>The quality of an electrical supply network imposes the maintenance of stability during disturbed operations. The consumption of the reactive power created by the lines, during hollow of load is a factor of instability, all the more important that the lines are longer. A generator provided with a second inductor winding shifted in space, makes it possible to absorb an important reactive power all while maintaining stability. Studies showed that this solution was viable, for networks of which the lengths of lines are consequent, like the network in Russia. Since the beginning of the Eighties, the Soviet ex-Union was interested in operation of this generator called double excitation. Prototypes were built in the power station of Burchtinskaya. A collaboration between Russia and France, made it possible to improve the mode of control. Work of this memory is associated with this collaboration. The author gives the description of the test bench at a reduced scale, of a group of production of electrical energy using a generator with double excitation connected through a line to a powerful network. IGBT converters of chopper type, reversible in current and voltage feed the field circuits. The test bench is instrumented and controls are managed in real time by means of Dspace associated with Matlab/Simulink. The theoretical and real diagrams of control are presented. Inputs and outputs must be filtered and the author makes also a practical comparison between two modes of piloting the converters. Parallel to this experimentation, a theoretical study by simulation on the Saber software is made, in order to study the behaviour of the system described previously and thus to simulate the total test bench including bridges with IGBT. This requires a setting in equation of the application and a transcription compatible with the Saber software. Simulation allows a validation of the running of the double excitation generator in consumption or supply of reactive power. It must be noticed the difficulty of identification of the parameters of the machine. The study has been carried out in per unit values to allow a generalisation. An experimental study traduces in the active and reactive powers plan, the evolution of the Critical Clearing Time (CCT) following a three-phased short circuit, in order to determine the performances of the generator and its control. The first conclusions show a very clear improvement of stability compared to a classical synchronous machine

Depuis les années 1990, l’énergie électrique a tendance à supplanter les autres énergies de servitude à bord des avions. Ceci offre des gains notables en termes de poids, volume et coûts de maintenance. L'énergie électrique remplit des fonctions de plus en plus variées grâce à la généralisation de l'utilisation de convertisseurs statiques. Ces convertisseurs sont basés sur l'utilisation de composants semiconducteurs en commutation qui génèrent des variations rapides de tension et de courant. Ce qui engendre des perturbations à haute fréquence qu'il faut limiter afin d'être conforme aux normes de compatibilité électromagnétiques (CEM). La conformité aux normes est souvent obtenue en ajoutant un filtre lourd et volumineux au système, ce qui réduit les gains apportés par la transition vers le plus électrique. Afin d'optimiser le filtre à ajouter, il est intéressant de prendre en compte la contrainte de CEM dès la phase de conception, pour cela, il faut disposer d'outil de simulation prédictive. Dans cette thèse nous proposons une méthode de modélisation des perturbations conduites émises par un système valable jusque 50MHz. Pour cela, notre travail se divise en deux parties. D'une part, nous proposons une méthode de modélisation des chemins de propagation des perturbations, incluant notamment les câbles d'énergie. D'autre part, nous proposons une méthode de modélisation des sources de perturbation en domaine fréquentiel. Cette méthode est basée sur l'utilisation de plusieurs topologies de générateurs équivalents et permet de représenter le comportement non-linéaire des convertisseurs. Cette méthode est validée expérimentalement sur un hacheur série et sur un onduleur monophasé<br>Since the 1990’s, electricital energy tends to replace pneumatic and hydraulic energy aboard aircrafts. This allows to reduce weight, volume and maintenance costs of the actuators. Electrical energy is used for more and more variated functions thanks to the generalization of the power converters. These power converters are based on the use of semiconductor devices in switching mode which generates sharp voltage and current variations. This leads to electromagnetic (EMC) issues. In order to obtain the compliance to EMC standards, a heavy and bulky filter is often added to the system, which lower the gain allowed by the transition to electrical energy. In order to optimize the filter added, it is interesting to take into account the EMC at the design step. Thus it is necessary to have a predictive modeling tool. In this thesis, a modeling method of the conducted electromagnetic interference (EMI) emitted valid up to 50MHz by a system is proposed. Thus our work is devided into two parts. First, we propose a modeling method of the propagation paths including power cable. Then, we propose a modeling method of the EMI sources in frequency domain. This method is based on the use of multiple equivalent generators topologies and allows to retranscript the non-linear behaviour of the converters. This method is experimentally validated on a buck-converter and a single phased inverter

Les convertisseurs statiques triphasés AC/DC/AC à structure tension sont largement utilisés dans de nombreuses applications de puissance. La continuité de service de ces systèmes ainsi que leur sécurité, leur fiabilité et leurs performances sont aujourd'hui des préoccupations majeures de ce domaine lié à l'énergie. En effet, la défaillance du convertisseur peut conduire à la perte totale ou partielle du contrôle des courants de phase et peut donc provoquer de graves dysfonctionnements du système, voire son arrêt complet. Afin d'empêcher la propagation du défaut aux autres composants du système et assurer la continuité de service en toute circonstance lors d'une défaillance du convertisseur, des topologies de convertisseur "fault tolerant" associées à des méthodes efficaces et rapides de détection et de compensation de défaut doivent être mises en oeuvre. Dans ce mémoire, nous étudions la continuité de service de trois topologies de convertisseurs AC/DC/AC avec ou sans redondance, lors de la défaillance d'un de leurs interrupteurs. Deux applications sont ciblées : l'alimentation d'une charge RL triphasée et un système éolien de conversion de l'énergie basé sur une MADA. Un composant FPGA est utilisé pour la détection du défaut, afin de réduire autant que possible son temps de détection. Des variantes permettant d'optimiser la méthode de détection de défaut sont également proposées et évaluées. Les trois topologies de convertisseurs proposées, associées à leurs contrôleurs, ont été validées de la modélisation/ simulation à la validation sur banc de test expérimental, en passant par le prototypage "FPGA in the Loop" du FPGA, destiné plus spécifiquement à la détection du défaut<br>AC/DC/AC converters are widely being used in a variety of power applications. Continuity of service of these systems as well as their reliability and performances are now of the major concerns. Indeed, the failure of the converter can lead to the total or partial loss of the control of the phase currents and can cause serious system malfunction or shutdown. Thus, uncompensated faults can quickly endanger the system. Therefore, to prevent the spread of the fault to the other system components and to ensure continuity of service, fault tolerant converter topologies associated to quick and effective fault detection and compensation methods must be implemented. In this thesis, we present the continuity of service of three AC/DC/AC fault tolerant converters with or without redundancy, in the presence of a fault in one of their switches. Two types of applications are studied: the supply off a three-phase charge and a wind energy conversion system based on a DFIG. An FPGA based implementation is used for fault detection, in order to reduce the detection time as much as possible. Three optimizations in the fault detection method are also presented. During these researches, the three proposed converter topologies and their controllers are validated in simulations and also experimentally, while being validated in a "FPGA in the Loop" prototyping

L’électronique de puissance a pénétré depuis quelques décennies les applications à forte puissance dans de nombreux domaines de l’industrie électrique. Au-delà de l’apparition des technologies d’interrupteur à forte puissance commutable en moyenne tension, ces applications imposaient également des avancées dans le domaine des topologies de convertisseurs statiques : les principaux défis à affronter concernaient l’atteinte de niveaux de tension compatibles avec le domaine de puissance des applications, l’augmentation de la fréquence de commutation apparente en sortie afin d’augmenter la bande passante de la commande, de réduire la taille des éléments de filtrage et de limiter les harmoniques de courant injectés dans le réseau d’alimentation. Les topologies de convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) sont issues de cette problématique de recherche : elles permettent grâce à l’association de cellules de commutation d’atteindre des niveaux de tension exploitables en grande puissance avec les technologies d’interrupteurs existantes, de limiter les fréquences et les pertes de commutation des interrupteurs élémentaires tout en maîtrisant la distorsion harmonique totale (THD). La modularité, la redondance, les degrés de liberté et les fonctionnalités des MMC leur permettent aussi d’augmenter la tolérance aux défauts. Ils pénètrent à présent une large gamme d'applications comme le transport à courant continu en haute tension (HVDC), les systèmes d'énergie renouvelable, les entraînements à vitesse variables de grande puissance, la traction ferroviaire et maritime ainsi que des applications spécifiques très contraignantes en matière de performance dynamique comme les systèmes d’alimentation des électro-aimants dans les accélérateurs de particules. Les topologies MMC sont composées de cellules de commutation élémentaires utilisant des interrupteurs électroniques tels que le Thyristor à Commande Intégrée (IGCT) standard ou les dernières génération d’IGBT. Les convertisseurs MMC ont fait l’objet de nombreux travaux de recherche et de développement en ce qui concerne les topologies, la modélisation et le calcul du fonctionnement en régime permanent et transitoire, le calcul des pertes, le contenu harmonique des grandeurs électriques et les systèmes de commande et de régulation. Par contre le dimensionnement de ces structures est rarement abordé dans les travaux publiés. Comme la grande majorité des topologies de convertisseurs statiques, les convertisseurs MMC sont composés non seulement d’interrupteurs mais aussi d’organes de stockage d’énergie de type composants diélectriques (condensateurs) et magnétiques (inductances, coupleurs) qui sont essentiels pour assurer la conversion des grandeurs électriques en entrée et en sortie. Ces composants ont une forte influence sur la taille, le volume et le rendement des convertisseurs et le dimensionnement optimal de ces derniers résulte souvent de compromis entre la taille des composants passifs, la fréquence et la puissance commutable par les interrupteurs élémentaires. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire concerne le développement d’une méthodologie de dimensionnement optimal et global des MMC intégrant les composants actifs et passifs, respectant les contraintes des spécifications de l’application et maximisant certains objectifs de performance. Cette méthodologie est utilisée pour analyser divers compromis entre le rendement global du convertisseur et sa masse, voire son volume. Ces divers scénarios peuvent être également traduits en termes de coût si l’utilisateur dispose du prix des composants disponibles. Diverses solutions concurrentes mettant en œuvre un nombre de cellules spécifique adaptées à des interrupteurs de caractéristiques différentes en termes de calibre de tension, de courant et de pertes associés peuvent ainsi être comparées sur la base de spécifications d’entrée-sortie identiques. La méthodologie est appliquée au dimensionnement d’un convertisseur MMC utilisé comme étage d’entrée (« Active Front-end » : AFE) d’une alimentation d’électro-aimant pulsée de grande puissance. Dans une première partie, une méthode de calcul rapide, précise et générique du régime permanent du convertisseur MMC est développée. Elle présente la particularité de prendre en compte la fréquence de commutation contrairement aux approches conventionnelles utilisant la modélisation en valeurs moyennes. Cet outil se révèle très utile dans l’évaluation du contenu harmonique qui est contraint par les spécifications, il constitue le cœur de l’environnement de conception du convertisseur. Contrairement aux convertisseurs conventionnels, il existe des courants de circulation dans les convertisseurs MMC qui les rendent complexe à analyser. Les inductances de limitation incorporées dans les bras de la topologie sont généralement volumineux et pénalisants en termes de volume et de masse. Il est courant d’utiliser des inductances couplées afin de réduire l'ondulation , la THD et la masse. Dans le travail présenté, un circuit équivalent des inductances couplée tenant compte de l'effet de saturation est développé et intégré à l’environnement. L’utilisation d’inductances couplée augmente la complexité de l'analyse du fonctionnement et la précision de leur méthode de dimensionnement est critique pour l’optimisation globale du convertisseur. Un modèle analytique de dimensionnement de ces composants a été développé et intégré dans l’environnement ainsi qu’un modèle de complexité supérieure qui utilise le calcul des champs par éléments finis. La méthodologie de conception optimale et globale proposée utilise une procédure d’optimisation non linéaire avec contraintes qui pilote l’outil de calcul de régime permanent, le modèles de dimensionnements à plusieurs niveaux de complexité des composants passifs ainsi que d’autres modules permettant de quantifier les régimes de défaut. Pour pallier à la précision réduite des modèles analytiques, une approche d'optimisation hybride est également implantée dans l’environnement. Dans la boucle d'optimisation hybride, le modèle de dimensionnement des inductances peut être corrigé par le modèle de complexité supérieure qui utilise le calcul des champs. On obtient ainsi un meilleure compromis entre la précision de la solution optimale et le temps de convergence de la méthode itérative d’optimisation globale.<br>In the last decades, power electronics has penetrated high power applications in many areas of the electrical industry. After the emergence of high-voltage semiconductor switch technologies these applications also required advances in the field of static converter topologies: The main challenges were to achieve voltage levels compatible with the application power domain, to increase the apparent switching frequency at the output, to increase the control bandwidth, to reduce the size of the elements of filtering and of limiting the current harmonics injected into the supply network. The topologies of multi-level modular converters (MMC) are based on this research problem: they enable the use of switching cells to achieve high power levels that can be used with existing switch technologies, frequencies and switching losses of the elementary switches while controlling the total harmonic distortion (THD). Modularity, redundancy, degrees of freedom and MMC functionality also allow them to increase fault tolerance. They now penetrated a wide range of applications, such as high-voltage DC (HVDC), renewable energy systems, high-speed variable speed drives, rail and marine traction, and very specific applications in terms of dynamic performance such as electromagnet power systems in particle accelerators. MMC topologies are composed of elementary switching cells using electronic switches such as the standard Integrated Control Thyristor (IGCT) or the latest generation of IGBTs. MMC converters have been the subject of extensive research and development work on topologies, modeling, and calculation of steady-state and transient operation, loss calculation, the harmonic content of electrical quantities and systems control and regulation functions. On the other hand, the dimensioning methodology of these structures is rarely addressed in the published works. Like most static converter topologies, MMC converters are composed not only of switches but also passive components of energy storage devices (capacitors) and magnetic (inductors, couplers) that are essential to ensure the conversion of the input and output electrical quantities. These components have a strong influence on the size, the volume and the efficiency of the converters and the optimal dimensioning of the latter often result from a compromise between the size of the passive components, the frequency and the power switchable by the elementary switches. The research presented in this thesis concerns the development of an optimal and comprehensive design methodology for MMCs integrating active and passive components, respecting the constraints of the application specifications and maximizing certain performance objectives. This methodology is used to analyze the various trade-off between the overall efficiency of the converter and its mass, or even its volume. These various scenarios can also be translated into cost if the user has the price of the available components. Various competing solutions using a specific number of cells adapted to switches with different characteristics in terms of voltage, current, and associated losses can thus be compared on the basis of identical input-output specifications. The methodology is applied to the dimensioning of an MMC converter used as an active front-end (AFE) input of a high-power pulsed solenoid power supply. In the first part, a fast, precise and generic method for calculating the steady-state model of MMC converter is developed. It has the particularity of taking into account the switching frequency as opposed to conventional approaches using modeling in mean values. This tool is very useful in evaluating the harmonic content that is constrained by the specifications, it is the heart of the design environment of the converter. Unlike conventional converters, there are circulation currents in MMC converter structure that make it complex to analyze. The inductors which are used in the arms of the topology are generally bulky and expensive in terms of volume and mass. It is common to use coupled inductors to reduce ripple, THD, and mass. In the presented work, an equivalent circuit of coupled inductances considering the saturation effect is developed and integrated. The use of coupled inductors increases the complexity of the analysis and the precision of its sizing method is critical for the overall optimization of the converter. An analytical model for the dimensioning of these components has been developed and integrated as well as a higher complexity model which uses the finite element method calculation. The proposed optimal and global design methodology uses a nonlinear optimization procedure with constraints that drive the steady-state computing tool, multi-level design models of passive component complexity, and other modules to quantify the fault state. To compensate the low precision of the analytical models, a hybrid optimization approach is also implemented. In the hybrid optimization loop, the inductance-sizing model can be corrected by the higher complexity model that uses finite element computation. A better compromise is thus obtained between the precision of the optimal results and convergence time of the iterative global optimization method.

Les hypothèses de recherche engendrées par les présents travaux ont pour but d'étudier les phénomènes d'hybridation qui sont à l'origine des deux familles de convertisseurs statiques utilisés dans les entraînements asynchrones, à savoir les convertisseurs I et U. Les convertisseurs statiques à 2 étages qui alimentent aujourd'hui les engins - moteurs asynchrones sont l'aboutissement d'un processus complexe d'une vingtaine d'années au cours desquelles ont été progressivement combinés plusieurs développements technologiques provenant d'autres modes de traction, à l'instar des ponts redresseurs et des hacheurs, avec les onduleurs pilotés par la modulation de largeur d'impulsions. Pour autant, la densité des technologies employées dans les systèmes à double conversion ne suffit pas à expliquer la complexité des entraînements asynchrones. D'autres critères qui relèvent de l'énoncé théorique de la mécanique des solides nous aideront à comprendre pourquoi deux décennies se sont avérées nécessaires pour standardiser les systèmes de conversion et éliminer les blocages consécutifs à des préalables techniques. C'est la raison pour laquelle, l'analyse rétrospective des montages et coupes d'installation se rapportant à des applications représentatives des technologies asynchrones n'est pas dissociée des fondements théoriques qu'elle a impliqués. Médiation théorique qui souvent, fait émerger les seuls critères pertinents susceptibles d'introduire un rapport de causalité entre un choix technique et le faisceau de contraintes qui a déterminé ce choix. Dans cette optique, le travail d'analyse à entreprendre va nous conduire à investir chronologiquement le variateur de courant et ses sous-systèmes constitués de blocs redresseurs et de blocs hacheurs afin d'identifier l'influence de la tension de ligne sur les montages. Ensuite, les investigations porteront sur l'onduleur de tension et sur l'usage des lois intersectives de la modulation de largeur d'impulsions dans les fonctions de pilotage vectoriel utilisé en phase de démarrage et de pilotage scalaire au-delà de la vitesse nominale. Enfin, il conviendra d'observer les phénomènes de commutation dans la transmission du couple moteur avec un onduleur de courant<br>The purpose of the research hypotheses generated by this present work is to study the phenomena of hybridization which are at the origin of the two families of static converters used in asynchronous drives, i. E. I and U converters. The 2-stage static converters which today provide the supply to machines with asynchronous motors are the final result of a complex process which lasted a score of years, during which a number of technological developments originating from other methods of traction were progressively combined, after the fashion of rectifier bridges and choppers with inverters controlled by pulse-width modulation. And yet, the density of the technologies used in double conversion systems is not sufficient to explain the complexity of asynchronous drives. Other criteria which come within the province of the theoretical statement of solid mechanics will help us to understand why it took two decades to standardize the conversion systems and to get rid of the blockages resulting from technical prerequisites. This is why the retrospective analysis of circuits and sections of installation relating to applications representative of asynchronous technologies is not dissociated from the theoretical foundations which it entailed. A theoretical mediation which often brings out the only pertinent criteria which are able to introduce a relation of cause and effect between a technical decision and the set of constraints which determined this decision. Seen in this light, the analytical work which is to be undertaken will lead us to investigate chronologically the current variator and its sub-systems made up of rectifier blocks and chopper blocks in order to identify the influence of line voltage on the circuits. Then investigation will turn towards the voltage inverter and the use of the laws of intersection of pulse-width modulation in the functions of vector control used in the start-up phase and of scalar control beyond the nominal speed. Finally, observation should be undertaken of the phenomena of commutation in the transmission of motor torque with a current inverter

Construction d'un programme de simulation numérique base sur l'identification de la structure variable d'un convertisseur en cours de fonctionnement. On obtient un modèle simple réduisant la durée des calculs

Les convertisseurs DC-DC suscitent un intérêt considérable en raison de leur puissance élevée et de leurs bonnes performances. Ils sont particulièrement utiles dans les systèmes multisources de production d'énergie électrique. Toutefois, en raison du grand nombre de composants sensibles utilisés dans ces circuits et comprenant des semi-conducteurs de puissance, des bobines et des condensateurs, une probabilité non négligeable de défaillance des composants doit être prise en compte. Cette thèse considère l'un des convertisseurs DC-DC les plus prometteurs - le convertisseur ZVS à pont isolé de type Buck. Une approche en deux étapes est présentée pour détecter et isoler les défauts en circuit ouvert dans les semi-conducteurs de puissance des convertisseurs DC-DC. La première étape concerne la détection et la localisation des défauts dans un convertisseur donne. La seconde étape concerne sur les systèmes munis de plusieurs convertisseurs DC-DC. Les méthodes proposées sont basées sur les réseaux Bayesiens (BBN). Les signaux utilisés dans ces méthodes sont ceux des entrées de mesure du système de commande et aucune mesure supplémentaire n'est requise. Un convertisseur expérimental ZVS à pont isolé de type Buck a été conçu et construit pour valider la détection et la localisation des défauts Sur un seul convertisseur. Ces méthodes peuvent être étendues à d'autres types de convertisseurs DC-DC<br>DC-DC converters have received significant interest recently as a result of their high power capabilities and good power quality. They are of particular interest in systems with multiple sources of energy. However due to the large number of sensitive components including power semiconductor devices, coils, and capacitors used in such circuits there is a high likelihood of component failure. This thesis considers one of the most promising DC-DC converters—the ZVS full bridge isolated Buck converter. An approach with two stages is presented to detect and isolate opencircuit faults in the power semiconductor devices in systems with DC-DC converters. The first stage is the fault detection and isolation for a single DC-DC converter, while the second stage works on a system with multiple DC-DC converters. The proposed methods are based on Bayesian Belief Network (BBN). The signals used in the proposed methods are already available as measurement inputs to control system and no additional measurements are required. An experimental ZVS full bridge isolated Buck converter has been designed and built to validate the fault detection and isolation method on a single converter. The methods can be used with other DC-DC converter typologies employing similar analysis and principals

L’objet de nos travaux concerne la modélisation et l'alimentation par convertisseur statique continu-alternatif et alternatif-alternatif des moteurs asynchrones monophasés à condensateur. Dans la première partie de ce mémoire, nous décrivons un modèle de type circuit incluant les harmoniques d'espace. Afin de dégager l'influence du couplage autre que par le fondamental, nous avons calculé les paramètres de ce modèle à partir des dimensions mécaniques d'un moteur. Après avoir effectué une identification expérimentale des grandeurs correspondant au modèle réduit au fondamental, nous avons simulé le comportement de la machine en régime permanent et en régime transitoire. En vue de régler la vitesse avec de bonnes performances sur le couple, nous avons réalisé un onduleur de tension à fréquence variable. La commande des transistors de puissance constituant ce convertisseur est réalisée au moyen d'un microcontrôleur et suivant un algorithme reposant sur une loi de modulation de largeur d'impulsion à trois niveaux. Le coût étant un critère capital dans les applications à la domotique, nous avons d'abord analyse la commande en vitesse de la machine alimentée par un gradateur à triac ; la machine est trop bruyante. C’est pourquoi nous proposons une alimentation de type hacheur à interrupteur bidirectionnel qui permet d'éliminer ce défaut

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

Dans le cadre du dimensionnement des systèmes de conversion statique d’énergie implantés dans des réseaux électriques, il est important de respecter certaines normes harmoniques. Pour caractériser celles-ci, on doit utiliser des approches des modélisations fréquentielles : soit numérique, soit semi-analytique. La deuxième est préférable pour à une procédure de dimensionnement par optimisation de système, qui requiert un modèle rapide et peut accepter beaucoup de contraintes. Cependant, la difficulté principale apparaît lors de la modélisation analytique des structures d’électronique de puissance, notamment celles ayant de la commutation naturelle.Cette thèse propose une approche de modélisation semi-analytique où la résolution des équations implicites est faite par Newton-Raphson ou SQP. Cependant, cette approche pose des difficultés de convergence de la méthode utilisée du point de vue numérique et du point de vue du mode de fonctionnement du convertisseur statique. Ainsi, cette thèse propose différentes alternatives pour les résoudre.En terme d’illustrations, cette thèse s’appuie particulièrement sur des applications avec des redresseurs à diodes qui sont largement utilisés dans les sous-stations de réseaux ferroviaires ou dans les réseaux d’avion,Notamment, un canal de puissance typique d’un Airbus de « nouvelle génération » sert d’application du point de vue de dimensionnement par optimisation<br>For the design of static energy conversion systems from power grids, harmonic standards have to berespected. To characterize them, frequency modeling approaches, either numerical or semi-analytical. Thesecond one is more advisable for the sizing by optimization of systems, where a fast model is required and manyconstraints have to be carried out. However, the main difficulties happen in the analytical modeling of powerelectronics structures, especially those with soft commutations.This thesis proposes a semi-analytical modeling approach where the solving of implicit equations iscarried out by Newton-Raphson or SQP. The convergence difficulties are analyzed in two viewpoints:numerically and according the operating mode of the static converters. Then, alternatives are proposed to solvethem.To illustrate the problematic, applications with diode rectifiers (widely used in railway electrical gridsubstations or airline electrical grid) are used. Especially, the sizing of power channel of « new generation» of anAirbus, is made by optimization, using the proposed modelling approach

Etude d'un système à deux convertisseurs triphases à transistors bipolaires. Application à la commande par modulation de durée d'impulsion d'un entrainement asynchrone. Vérification sur un prototype de 3 kw

La montée en fréquence de commutation des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium (GaN) présente une avancée technologique conduisant à la réduction de la taille, du poids et du volume des systèmes de conversion de l’énergie. En effet, les propriétés physiques des transistors de type HEMT basés sur l’hétérostructure AlGaN/GaN présentent un fort potentiel pour le développement de convertisseurs statiques haute fréquence. Avec l’augmentation toujours croissante de la part de l’électronique de puissance dans les systèmes électriques actuels, cette filière technologique, associée à la filière du Carbure de Silicium (SiC), vise aujourd’hui à remplacer progressivement les composants de puissance à base de Silicium (Si) notamment pour des raisons de tension de claquage élevée, de robustesse vis-à-vis des conditions sévères de fonctionnement et d’intégration de puissance. La conception optimale des convertisseurs haute fréquence implique une connaissance précise du fonctionnement des composants de puissance au sein de ces systèmes. Ainsi, la conception de ces dispositifs repose sur des étapes d’analyse et de simulations menées à partir des modèles des semi-conducteurs de puissance et des éléments environnants. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthodologie de modélisation comportementale de transistors de puissance GaN en boitier basée exclusivement sur des méthodes de caractérisation non-intrusives. Les techniques de caractérisation électriques utilisées pour la modélisation de transistors fonctionnant en gammes radiofréquences, telles que la mesure des paramètres S ou les mesures courant/tension en régime pulsé, sont ici adaptées à la caractérisation du transistor de puissance GaN encapsulé. A partir des résultats de caractérisation, les différents éléments linéaires et non linéaires du modèle électrique du transistor sont obtenus et un modèle électrique complet rassemblant ces éléments est implémenté dans le logiciel de simulation ADS. Un banc de test Double Pulse est alors conçu afin de mettre en application le modèle électrique développé. Après modélisation de l’environnement du transistor, y compris du circuit imprimé, les résultats de simulation des formes d’onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux. Afin de tenir compte des effets de la température sur le fonctionnement du transistor, une méthodologie est proposée permettant d’obtenir le modèle thermique du composant à partir de mesures de puissance dissipée et d’une procédure d’optimisation. À partir du modèle obtenu, un convertisseur DC/DC utilisant le transistor GaN modélisé a été conçu et réalisé. Les résultats de simulation des formes d’onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux pour différentes températures de fonctionnement du transistor et une prédiction du fonctionnement en continu du convertisseur est réalisée<br>The high frequency operation of GaN power transistors is of great interest in order to reduce size, weight and volume of power converters. Indeed, GaN HEMT power transistors show very good physical properties for the development of high frequency power converters. Within the constant rise of the amount of power electronics in electrical systems, the GaN technology, associated with the Silicon Carbide (SiC) one, aims to progressively replace the Silicium (Si) power devices especially in terms of robustness in harsh conditions and of power integration. The optimal design of high frequency power converters involves an accurate knowledge of power devices operations in the systems. Therefore, before the fabrication of converters, simulations steps based on semi-conductor and surrounding elements models are required. This research work focuses on the development of a modeling methodology of packaged GaN power transistors, exclusively based on non-intrusive characterization techniques. In this work, electrical characterization techniques used for radiofrequency transistors modeling, such as S-parameters and pulsed current/voltage measurements, are adapted to characterize the packaged GaN power transistor. Based on the characterization results, linear and nonlinear elements of the transistor’s electrical equivalent circuit are determined and a complet electrical model of the device is implemented in the ADS software. A Double Pulse test bench is made in order to apply the developed electrical model. After having modeled the whole test bench, including the printed circuit board, simulation results of the switching waveforms are compared to experimental results. Considering the effects of transistor’s temperature on its operation in power converters, a methodology is proposed to extract the thermal model of the device using dissipated power measurements and an optimization procedure. The obtained thermal circuit and its influence of thermal-dependent elements are added to the previous electrical model in order to build the complete electro-thermal model of the GaN power transistor. Based on the developed model, a DC to DC converter using the studied transistor has been designed and fabricated. Then, the simulation results are compared to experimental results for several operating temperatures and a prediction of the continuous operation of the converter is achieved

Depuis plusieurs décennies, la modélisation moyenne de convertisseurs statiques a fait l'objet de nombreuses études. En effet, nous avons intérêt à transformer le système original en un système continu qui représente macroscopiquement au mieux les comportements dynamiques et statiques du circuit, notamment en vue d'une étude système. Le modèle dit « moyen » trouve un vaste champ d'applications que ce soit en commande, en simulation (rapide et système) ou encore en analyse des modes... Cependant, la modélisation moyenne peut s'avérer laborieuse dés que le nombre de semi-conducteurs du convertisseur devient important. Dans cette optique, plusieurs auteurs ont essayé d'apporter une aide automatique dans le processus de calcul de ces modèles afin d'épargner l'utilisateur de cette fastidieuse tâche de calcul faite à la main. Néanmoins, actuellement, la démarche de modélisation n'a jamais été entièrement automatisée. Dans cette perspective, les objectifs de cette thèse visent à fournir un outil d'aide à la génération automatique de modèles exacts et moyens dans le cas de la conduction continue et/ou discontinue et en partant d'un a priori sur le fonctionnement du convertisseur à étudier : la description du circuit, le mode de fonctionnement et la commande du convertisseur statique. La conception d'un tel outil repose sur trois étapes principales et qui sont l'analyse topologique du circuit, le calcul des matrices d'état pour chaque configuration du convertisseur statique et enfin une mise en équations des modèles. Les modèles générés sont sous forme symbolique ce qui permet de les réutiliser dans plusieurs logiciels.

De nos jours, la nécessité se fait de plus en plus sentir de prendre en compte les formes d'ondes réelles au sein d'un convertisseur statique. Surtensions, surcourants, à l'origine de fatigue voire de destruction des semi-conducteurs, mais aussi courants perturbateurs issus du convertisseur en peuvent plus être négligés dans la phase de conception. L'emploi de prototypes s'avère alors indispensable, ce qui entraîne une augmentation des coûts et temps de développement. Des logiciels existent permettant la modélisation des composants semi-conducteurs (PACTE développé par le CEGELY), mais ils nécessitent la connaissance parfaite de l'environnement de ceux-ci. Cet environnement électromagnétique détermine é gaiement le pouvoir perturbateur et la susceptibilité du convertisseur statique. Nous avons développé un logiciel (lnCa) permettant le calcul des inductances parasites dues aux connexions pour des géométries tridimensionnelles. Des formules de calcul de capacités parasites ont également été mises en leurre. Deux types de simulations sont présentées : l'une avec PACTE et les modèles de semi-conducteurs, l'autre en utilisant un simulateur nodal (CIRCUIT), pour s'affranchir de l'emploi de ces modèles. Les résultats obtenus sont prometteurs

Ce travail apporte une contribution a la commande des convertisseurs multicellulaires serie. Cette nouvelle structure apparue au debut des annees 90, presente des caracteristiques tres interessantes pour de nombreuses applications de conversion d'energie sous haute tension. La maitrise parfaite du fonctionnement dynamique de ces convertisseurs represente un objectif essentiel dans le developpement d'applications industrielles. La premiere partie de ce travail sera consacree a l'etude de la structure multicellulaire ou nous mettrons en evidence l'interet que peut representer son utilisation dans les systemes de conversion de puissance. Nous effectuerons alors la synthese d'un modele de representation de ces systemes en vue de leur commande a l'aide du moyennage des differentes variables d'etats. La seconde partie de ce manuscrit sera consacree a l'etude de lois de commande non lineaires classiques afin d'assurer le respect d'un certain nombre de contraintes dynamiques liees a ce type de structure. Nous presenterons ainsi deux methodes, l'une basees sur la linearisation exacte entrees/sorties d'une part et l'autre sur les fonctions de lyapunov. Nous presenterons egalement la synthese d'un observateur d'etat par une methode originale. La troisieme partie sera consacree a la commande des convertisseurs multicellulaires par l'utilisation de la logique floue. Deux methodes seront ici proposees. La premiere permettra la synthese d'une loi de commande floue classique a partir du modele moyen. La seconde methode proposee repose sur une inversion du modele harmonique en vue d'une commande par variation des dephasages des ordres de commande des interrupteurs. Les lois de commande presentees seront toutes validees par simulation sur des structures multicellulaires a trois ou quatre cellules de commutation. La plupart de ces lois de commandes seront egalement validees de facon experimentale<br>This work deals with multicells converters control. This new static power converter structure appeared at the end of the 90's and has many interesting advantages for high voltage energy conversion. But the perfect dynamic control of the internal variables is an important objective for industrials applications. The first part of this work will be devoted to the study of the multicell structure, with its high interest in energy conversion. An average state space model of the system is given. Different classical non linear control lows are presented in the second part, in order to fit some specific dynamic requirements, very particular to this type of power converter. Thus two methods based on the input / output linearization and on the Lyapunov functions are implemented and tested. Moreover, an original estimator for the different voltages is proposed. In the third part, two differents types of Fuzzy Control of multicells converter are proposed. The first one is based on the average model and leads to classical structure and performances. The second allows the control of the converter through phase shifts variations between the differents trigger signals, but requires a fuzzy inversion of the harmonic model. Simulations results are provided for all the differents control laws on 3 or 4 cells converters. Most of them were implemented and tested through experiments

L'amélioration des performances en commutation des composants semi-conducteurs et l'introduction de la résonance dans les convertisseurs statiques ont permis des fonctionnements a des fréquences élevées. Malgré les avantages lies a ce mode de fonctionnement (réduction de la taille des éléments, fréquences inaudibles), des contraintes supplémentaires sont apparues et en particulier les pertes par effet de peau et de proximité dans les éléments passifs magnétiques (inductances et transformateurs). Ces effets ont des répercussions considérables sur le rendement des convertisseurs modernes, une meilleure exploitation des composants actifs passe donc par la maitrise de ces phénomènes. Ce travail a pour but de comprendre les mécanismes physiques qui génèrent ce type de pertes, et de mettre au point des outils de calcul analytique pouvant servir de bases pour l'optimisation de ces contraintes dans les convertisseurs statiques fonctionnant a fréquence relativement élevée, de quelques centaines de HZ a quelques dizaines de KHZ, dans la gamme de plusieurs KVA a plusieurs dizaines de KVA. L’accent est mis sur les courants induits dans les conducteurs, en particulier leur répartition dans les différentes spires composant un bobinage. Ces études sont menées grâce à des modèles électromagnétiques souples, qui permettent de mettre en évidence l'influence des principaux paramètres sur les pertes supplémentaires. Elles sont ensuite confrontées à des mesures ainsi qu'a des simulations numériques par la méthode des éléments finis

Face aux enjeux énergétiques et environnementaux, l'hydrogène suscite beaucoup d'espoir. Dans divers domaines de la physique, de très nombreux travaux ont ainsi été entrepris sur la pile à combustible, maillon essentiel de la chaîne d'exploitation de l'hydrogène. En électronique de puissance, beaucoup d'études ont été menées sur la mise en œuvre d'une production décentralisée ou sur des convertisseurs statiques dédiés. Cependant, très peu de travaux ont porté sur les interactions entre les piles à combustible et les convertisseurs. L'objectif de cette thèse est d'établir le cahier des charges pour l'électronicien de puissance imposé par une pile à combustible en mettant en évidence ces interactions. Des modèles électriques ont été développés, caractérisant les différents phénomènes physico-chimiques interférant avec le fonctionnement des convertisseurs statiques. Des méthodes originales sont proposées pour identifier les paramètres de ces modèles à partir d'études expérimentales<br>The climatic and energy challenges were now clearly stated. The use of hydrogen is one of the hopeful ways. Fuel cells are an essential link in the chain of the use of hydrogen. Thus, a lot of studies have been undertaken throughout the world on fuel cells in many fields of physics. Concerning the field of power electronics, a great number of power converters designed to be connected with fuel cells have been studied. However, very few studies have been undertaken on the interactions between fuel cells and power converters. In this framework, circuit models of a PEM fuel cell stack were developed. These models describe the different physical phenomena interfering with the power converter operation. Specific methods are also proposed in order to extract the model parameters from experimental results. Interactions between fuel cells and power converters were studied experimentally and by simulation. Requirements for the power electronic engineer can follow from this work

Le but de ce travail est l'étude des comportements électrique et thermique des machines asynchrones, lorsque celles-ci sont alimentées par des convertisseurs statiques en couplant un modèle électrique avec un modèle thermique. Ce couplage permet de prévoir le déclassement éventuel de la machine et le dimensionnement du convertisseur statique

Un des enjeux importants de ces dernières années est l'optimisation des structures. Ce travail de thèse propose une méthodologie de pré-dimensionnement pour les convertisseurs statiques. Celle-ci se veut être la plus générale possible et s'appuie sur la mise au point de modèles analytiques simples sur lesquels le compromis précision-rapidité a été imposé. Une analyse des différentes méthodes de modélisation a donc été effectuée pour les différents phénomènes physiques en présence (Compatibilité électromagnétique CEM, ondulation, dynamique, thermique, volume..) ainsi qu'une validation sur une application hacheur synchrone dédiée à l'automobile. Plusieurs stratégies d'optimisation ont été évaluées, et leur influence sur les modèles utilisés a été analysée. Cette démarche permet non seulement de trouver une solution technologique viable mais permet aussi de faire un retour sur cahier des charges.

Le sujet concerne l'utilisation de techniques de traitement du signal assez classiques (filtrage de wiener) pour permettre de reconstituer les perturbations CEM conduites émises par un convertisseur d'électronique de puissance. Ce travail va dans le sens d'une meilleure compréhension des perturbations générées par ces systèmes complexes, et pourra déboucher sur une amélioration de ces convertisseurs, sur un plan des lois de commande et des modes de commutation notamment. La méthode est développée et validée sur une simple cellule de commutation (Boost), puis mise en œuvre sur un onduleur de tension commandé en PWM, PDM et finalement, utilisant la résonance