Optimal sizing of passive components in power converters using discrete methods

Résumé : L’innovation dans sa définition la plus générale est un moyen pour les industriels de préserver et créer de la valeur par rapport aux concurrents. Principalement technologique, l’innovation est également présente dans l’usage. Une nouvelle façon d’utiliser un produit ou un service pour répondre aux besoins du marché. Cette thèse est une innovation dans le domaine du design assisté par ordinateur des composants passifs pour l’électronique de puissance.Le domaine de l’électronique de puissance est sujet aux mêmes objectifs que toutes les recherches actuelles, c.à.d. augmenter l’efficacité énergétique des systèmes en réduisant leurs coûts et leurs temps de développement. Parmi les multitudes de solutions proposées ces dernières années, les structures multi-niveaux et multi-bras, les composants grands gaps SiC ou GaN ou les stratégies de régulation, le choix est cornélien pour le designer. Le besoin d’assistance au choix est donc clairement formulé dans le milieu industriel.Pour répondre à cette problématique, ces travaux proposent la mise en œuvre de dimensionnement par optimisation des composants passifs simulés par des modèles précis et discrets basés sur la réalité industrielle. C’est-à-dire un dimensionnement s’appuyant sur les catalogues de fournisseurs pour les dimensions et les matériaux, mais également un dimensionnement contraint par la faisabilité industrielle des solutions trouvées.Dans un premier temps le manuscrit de thèse introduit les principaux algorithmes d’optimisation ainsi que les stratégies associées. L’expérience du G2Elab ainsi que celle de Schneider Electric nous ont conduit au choix d’une stratégie adaptée au besoin défini par un cahier des charges. Les avantages et inconvénients de cette stratégie mais également des autres choix possibles sont présentés sur des exemples simples.Dans un second temps des modèles de composants passifs répondant aux besoins des algorithmes stochastiques choisis sont développés. Un important effort est fait sur la modélisation des inductances car leur dimensionnement est prépondérant comparé à celui des condensateurs. Ces efforts sont faits sur la modélisation des pertes et du comportement magnétique des matériaux poudreux et amorphes principalement utilisés chez Schneider Electric. L’expérience montre également qu’avec ces matériaux à faible densité de pertes, l’efficacité des inductances se gagne sur les conducteurs. Les modèles existant d’homogénéisation ne répondent pas au besoin de précision et de modélisation de nouveaux concepts. C’est pourquoi un nouveau modèle semi-analytique est proposé afin de rivaliser avec les méthodes de types intégrales ou éléments finis en termes de précision tout en les surpassant en termes de rapidité de calcul.Les modèles de composants présentés, le manuscrit se focalise ensuite sur la modélisation des filtres dans les structures de conversion AC/DC, DC/AC et DC/DC utilisées dans les Alimentations Sans Interruptions. Cette modélisation doit tenir compte de tous les modes de fonctionnement des ASI qui impactent fortement le comportement des filtres. Enfin les filtres utilisant des inductances couplées sont étudiés.Finalement des exemples d’applications développées pour Schneider Electric sont présentés. La mise en œuvre des méthodes d’optimisation discrète utilisant les modèles choisis sont employées pour fournir des outils d’aide à la décision lors du dimensionnement des convertisseurs. Les résultats sont validés par des mesures faites sur les prototypes issus des optimisations.
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Thèse
Electronics. Université Grenoble Alpes, 2016. English. 〈NNT : 2016GREAT008〉
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Contributeur : Abes Star <>
Soumis le : jeudi 10 mars 2016 - 15:39:07
Dernière modification le : jeudi 6 juillet 2017 - 09:47:51
Document(s) archivé(s) le : lundi 13 juin 2016 - 08:33:34

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Timothé Delaforge. Optimal sizing of passive components in power converters using discrete methods. Electronics. Université Grenoble Alpes, 2016. English. 〈NNT : 2016GREAT008〉. 〈tel-01286290〉

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