Simulation des systèmes électroniques de puissance : une approche mécatronique

Sommaire

Résumé 9
1. Les différents types de modélisation des convertisseurs électroniques de puissance13
1.1. Qu'est-ce qu'un convertisseur électronique de puissance ? 14
1.1.1. Objectifs poursuivis par l'utilisation de convertisseurs électroniques de puissance 14
1.1.2. Moyens d'atteindre les objectifs 15
1.2. Analyse des convertisseurs électroniques de puissance 19
1.2.1. Echelle de temps utilisées dans l'analyse d'un convertisseur électronique de puissance 20
1.2.2. Modélisation à l'échelle de temps liée aux commutations 22
1.2.3. Modélisation à l'échelle de temps liée au fonctionnement du convertisseur 23
1.2.4. Modélisation à l'échelle de temps liée à la charge 24
1.3. Comparaison des différents types 30
1.4. Objet du présent travail 31

2. Simulation des convertisseurs électroniques de puissance à l'échelle de temps liée à la période de fonctionnement du convertisseur 35
2.1. Modèles binaires d'interrupteurs 37
2.1.1. Méthodes à topologie fixe. Modèles idéalisés d'interrupteur 39
2.1.3. Modèles idéaux d'interrupteur. Simulateurs à topologie variable 43
2.2. Comparaison des méthodes à topologie fixe et variable 47
2.3. Analogie mécanique - électricité 49

3. Algorithme de résolution de circuits par la méthode de la topologie pseudo-variable 57
3.1. Mise en équations 59
3.1.1. Forme des équations 59
3.1.2. Description topologique du circuit 61
3.1.3. Equations de Kirchhoff 69
3.1.4. Equations constitutives 73
3.2. Résolution des équations. Cas où la matrice A0 est régulière 78
3.3. Traitement des commutations 79
3.3.1. Détection des commutations 79
3.3.2. Calcul précis de l'instant de commutation 80
3.4. Résolution des équations. Cas où la matrice A0 est irrégulière 83
3.4.1. Recherche des variables d'état dépendantes 85
3.4.2. Elimination des variables d'état indépendantes 86
3.5. Commutations liées 89
3.5.1. Continuité des variables d'état 89
3.5.2. Tests avant la reprise de l'intégration 94
3.6. Configurations particulières 95
3.6.1. Première approche : distribution asymétrique des courants et tensions dans les interrupteurs concernés 97
3.6.2. Deuxième approche : distribution symétrique des courants et tensions dans les interrupteurs concernés 102
3.6.3. Conséquences sur les instants des commutations 104
3.7. Conclusions 110

4. Application dans le cas d'une alimentation d'une caténaire TGV 113
4.1. Problématique 115
4.2. Description du montage 116
4.2.1. Onduleur de courant et sa charge 116
4.2.2. Redresseur de tête 120
4.2.3. Note sur le dimensionnement du système 121
4.3. Modèle continu équivalent 122
4.3.1. Modèle de l'onduleur et de sa charge 122
4.3.2. Modèle continu équivalent du redresseur et du circuit intermédiaire à courant continu 125
4.3.3. Modèle continu équivalent du système entier 126
4.4. Commande non linéaire par retour d'état 129
4.4.1. Contrôle de la valeur efficace de la tension de sortie 131
4.4.2. Contrôle de la condition de commutation 132
4.4.3. Structure complète de la commande 132
4.5. Simulation de la solution proposée 134
4.6. Conclusion 138

5. Système de timing à transistor 139
5.1. Problématique 140
5.1.1. Manières d'agir sur le di/dt 142
5.2. Description du montage 144
5.3. Calcul analytique des pertes dans le transistor 145
5.4. Simulation numérique de la solution retenue 148
5.4.1. Modèle de l'interrupteur 148
5.4.2. Simulations 149
5.5. Dimensionnement thermique 151
5.5.1. Choix du transistor 151
5.5.2. Validation expérimentale 153
5.6. Conclusions 153

Conclusions 157
Références bibliographiques 167