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Université Joseph-Fourier - Grenoble I (23/10/2006), Jean-Pierre Keradec (Dir.)
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THESE_X-Margueron.pdf(5.1 MB)
Elaboration sans prototypage du circuit équivalent de transformateurs de type planar
Xavier Margueron1

La technologie planar est très intéressante pour les transformateurs utilisés dans les équipements aéronautiques car elle mène à des composants minces et utilisables dans des espaces confinés. Malheureusement, le dimensionnement des transformateurs de ce type, lorsqu'ils fonctionnent au-delà de 100 kHz, est un travail aléatoire car les règles et les outils de conception ne sont pas les mêmes que pour un transformateur bobiné classique.
Au long de ce mémoire, on apprend à représenter ces composants par un circuit équivalent et à identifier ce circuit équivalent par des mesures d'impédances. Compte tenu du grand nombre de paramètres ajustables, l'optimisation d'un tel transformateur serait compromise s'il fallait compter sur des simulations à éléments finis pour déduire les éléments du circuit équivalent. C'est pourquoi nous essayons de déduire, par des moyens analytiques, les éléments de ce circuit en partant des caractéristiques physiques et géométriques du composant. Le but est atteint pour tous les éléments du transformateur de fuites obtenus à l'aide d'un calcul original exploitant les formules de la méthode PEEC.
Nous étudions ensuite les problèmes posés par la mise en parallèle de spires, inévitable lorsqu'on veut faire circuler des centaines d'Ampères. Une approche analytique simple s'avère alors très efficace et, grâce à elle, la meilleure disposition des spires peut être recherchée à l'aide d'un logiciel de simulation de circuits de type PSpice.
Enfin, diverses solutions sont envisagées et testées par simulation fem pour réduire les pertes par courants induits dans les transformateurs et dans les conducteurs méplats. Le développement multipolaire du champ magnétique est largement mis à contribution pour mener ces études.
1:  LEG - Laboratoire d'électrotechnique de Grenoble
Electronique de puissance – composants passifs – transformateurs – modélisation – schémas équivalents – caractérisation – mesures d'impédances – formulation analytique – optimisation – simulations par éléments finis

Prototyping-less conception of planar transformer equivalent circuit
Planar technology is very interesting for transformer used in aeronautical equipment because components are very thin so they can be used into small space. Unfortunately, dimensioning such transformers, when they work at frequencies upper than 100 KHz, is a difficult work because rules and tools conception are not the same as in standard winding transformers.
In this thesis, transformers are represented by equivalent circuits and they are identified by impedance measurements. Due to the high number of circuit parameters, optimization of such component will be compromised if parameters computations were based on fem simulations. That is why we have focused this work on analytical computation. The goal is to deduce equivalent circuit parameters with analytical calculation based on physic and geometric caracterisitics. For example, each element of the static leakeage transformer can be deduced using PEEC formulas.
Then, problems due to parallel windings, which always appear when transformer current are close to hundred Amperes, are studied. A simple analytical calculation based on one dimensional propagation enable to realize equivalent circuit and Pspice simulations in order to find quickly the best arrangement of windings conductors.
In the last part, copper losses in transformers and also in rectangular conductors are studied. Solutions are tested by fem simulations in order to reduce eddy current losses. Multipolar development is finally used for optimizing these losses.
Power electronic – passive components – transformers – modelisation – equivalent circuits – caracterization – impedances measurement – analytical formulation – optimisation – fem simulations

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