Modélisation électronique et électromagnétique d'un transformateur haute fréquence à circuit magnétique en fonte
Résumé
This report begins by a digest concerning the représentation by équivalent circuits and the expérimental characterization of wound electronic components. Then, focus is on low power efliciency and/or weak coupling transformer : équivalent circuits and expérimental characterization are adapted to such components. As a second step, équivalent circuit of the component under test is experimentally established. Thanks to PSPICE software, the simuiated behavior of the electronic circuit in which this component is used, is compared to measurements. The benefit that results from the use of an appropriate model for each wound component is highlighted. Subsequently, we pay attention to the calculation of the transformer équivalent circuit éléments from technological data. First, focus is on stray capacitances. Thanks to both an analytical study and an electrostatic simulation, carried out with FLUX2D software, the way the winding mode influences stray capacitance values is carefully analyzed. Practical winding rules, intended to decrease thèse capacitances, are justified and successfully applied to industrial prototypes. Magnetic core simulation is worked out, thanks to FLUX2D software. Loss calculation require the introduction of a complex penneabiiity. Then, some validity limits of standard characterization methods are discussed. Finally, an original expérimental method, intended to measure, at each frequency, resistivity and complex permeability of a Hnear conductive magnetic material, is proposed and validated. This method is then extended to composite materials (ferrite).
Ce mémoire commence par une présentation de l'état de l'art en matière de circuits équivalents et de caractérisation expérimentale des composants bobinés. Il précise ensuite les modifications à apporter au circuit équivalent initial, pour des transformateurs à faible rendement et/ou faible couplage, ainsi que les méthodes de caractérisation expérimentale applicables à de tels composants. Les éléments du circuit équivalent du composant faisant l'objet de cette étude sont ensuite " évalués expérimentalement. La simulation, à l'aide du logiciel PSPICE, du comportement d'un circuit électronique intégrant ce composant est confrontée à l'expérience. Le gain en précision résultant de l'emploi d'un modèle adéquat pour chaque composant bobiné est ainsi mis en évidence. La suite de l'étude porte sur le calcul des éléments du circuit équivalent du transformateur à partir des données technologiques. Dans un premier temps, l'accent est mis sur les capacités parasites. En menant en parallèle une étude analytique et une modélisation électrostatique grâce au logiciel FLUX2D, l'incidence du mode de bobinage sur la valeur des capacités est analysée en détail. Des règles pratiques de bobinage, visant à diminuer ces capacités parasites, sont justifiées et appliquées à des prototypes industriels, avec succès. Le calcul des grandeurs magnétiques et des pertes à l'aide du logiciel FLUX2D, nécessite l'introduction d'une perméabilité complexe. Nous discutons alors de certaines limites de validité des méthodes classiques de caractérisation des matériaux magnétiques. Enfin, une méthode expérimentale originale, destinée à mesurer, à chaque fréquence, la résistivité et la perméabilité complexe d'un matériau magnétique conducteur linéaire est proposée et validée. Cette méthode est ensuite étendue au cas des matériaux composites (ferrites).