Etude d'un convertisseur DC-AC-AC à commutation douce découplé par un transformateur haute fréquence : modélisation, conception et application à la propulsion électrique
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this thesis is the study and design of a soft switching high power converter for transport applications and especially heavy vehicles. First part is dedicated to the choice of the converter structure and a detailed behavioural study. Parameters of this converter has been identified and quantified such as 18 kW as nominal power, 400 V as output voltage and 67 V as input voltage from a DC fixed source. Switching output frequency has been fixed to 40 kHz. Second chapter will present the study of a high frequency transformer integrated into the this converter. A behavioural model of the transformer has been defined in order to perform simulations by means of SABER software. Two technologies of transformers are used for this case : as a first classical one, a wounded transformer is used and for the second one planar technology is tested. The author validates these models by simulation and experimental results. In the third chapter, the command strategy of this converter is detailed with the driving of the 16 electronic switches and also constraints on the signals in order to perform a good behaviour in soft switching techniques. The fourth part presents various models developed in order to simulate this converter by SABER software. Linear switching semiconductor MOSFET and IGBT models have been defined. A study and a proposal of a brushless DC motor model with trapezoidal back emf are detailed. The model is then written using MAST programming language. Finally various command blocks have been described. In the fifth chapter, the author presents experimental test results which has been performed on an test bench but for electrical powers up to9 kW with passive loads (RL) and active load (brushless DC motor). Various tests have been proposed to validate this structure with special attention to efficiency and losses under different load conditions. As a conclusion the author shows the interesting case when more than one motor is used and the electrical energy will be fed to the motors by means of AC high frequency energy distribution.
Abstract FR:
Ce mémoire traite de la problématique du convertisseur pour une application embarquée dans un véhicule lourd avec un convertisseur de forte puissance fonctionnant en commutation douce. Le premier chapitre est consacré au choix de la structure du convertisseur avec une présentation détaillée de celui-ci. Une quantification des différents paramètres de ce convertisseur est réalisée pour une puissance de 18 kW, une tension de sortie de 400V et une source d'entrée continue fixée en basse tension à 67V. La fréquence de découpage est alors de 40 kHz. Le second chapitre est consacré à l'étude du transformateur haute fréquence intégré dans le convertisseur. Un modèle de transformateur pour les simulations à l'aide du logiciel SABER a été déterminé. Deux technologies de transformateurs sont alors utilisées pour cette étude : une première classique avec un transformateur bobiné, une seconde qui utilise la technologie planar. L'auteur présente ensuite une validation de ces différents modèles par des résultats de simulation et des résultats expérimentaux. Dans le troisième chapitre, la stratégie de commande de ce convertisseur est abordée avec le pilotage des 16 interrupteurs et les différentes contraintes sur les signaux de commandes pour un bon fonctionnement en commutation douce. La quatrième partie présente les différents modèles développés pour la simulation de ce convertisseur avec le logiciel SABER. Des modèles linéaires de commutations des semi-conducteurs MOSFET et IGBT ont été utilisés. Une étude ainsi que la présentation d'un modèle de moteur synchrone brushless à fem trapézoi͏̈dale sont proposées. Le modèles est alors développé an langage de programmation MAST. Finalement les différents blocs de commande sont décrits. Dans le cinquième chapitre, l'auteur présente les essais effectués sur la maquette expérimentale pour des puissances de l'ordre de 9 kW sur charge passive (RL) et sur charge active (moteur). Différents essais avec notamment des mesures du rendement pour différentes configurations et une estimation des pertes permettent de valider cette structure. L'auteur termine en montrant l'intérêt de cette structure dans le cas de l'alimentation de plusieurs machines à partir de la répartition des énergies par l'étage alternatif haute fréquence.