Presentation Master SEGE

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Presentation Master SEGE

  1. 1. MODÉLISATION DES PERTES DANS LES CONVERTISSEURS STATIQUES POUR LA COMMANDE DES MACHINES RAPIDES Khaled ALMAKSOUR Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes Atlantique Saint-Nazaire Encadrants: Nicolas BERNARD Jean-Cristophe Olivier
  2. 2. Le plan  Introduction  Interrupteur idéal et réel  Les pertes dans l’interrupteur  Modèle des pertes en commutation et en conduction  L’évolution des pertes et l’écart relatif  L’effet de la fréquence de découpage  Influence de l’ondulation  Influence de la variation de tension de bus DC  L’effet de temps morts  La planification future 2
  3. 3. Contexte  Optimisation de la commande des machines rapides Problématique  Trouver un modèle analytique simple et assez précis pour calculer les pertes dans les convertisseurs statiques 3
  4. 4. Un bras de pont  La commande est réalisée par MLI Udc K1 K2 + - Ich Vt Comparateur Vcde Vch 1 4
  5. 5. Interrupteur idéal et réel  Dans l’interrupteur idéal la commutation est instantané( produit tension-courant est nul)  La chute de tension est nulle aux bornes du transistor pendant la conduction  Dans l’interrupteur réel les pertes existe car la commutation n’est pas instantanée  La chute de tension est existe pendant la conduction vk ik t ik vk temps temps 5
  6. 6. Formes d’ondes simplifiée Phase 1 Phase 3 t t VT1 on Irrm it1 Phase 2 Irrm - Udc Udc Ich id2 vce 1 VD2 on Ich ik1 vk1 ik2 vk2 Phase 4 vd2 6
  7. 7. Plan des pertes pertes Transistor Commutation Ouverture Fermeture Conduction État bloqué Diode État bloqué Conduction Commutation Ouverture Fermeture 7
  8. 8. Des approximations considérées  Les pertes été calculées avec les approximations suivantes: L’ondulation du courant de charge est nulle (Δi=0) La tension de bus continue est constante L’effet de temps morts est négligeable 8
  9. 9. Calcule des pertes  Les pertes dans une période de découpage suit la règle suivante: 9  Les pertes à la fermeture du transistor tr Udc Irrm ic t Ich ic , vce vce  Pertes en commutation
  10. 10.  Pertes en conduction Vce= rf Ic + vce0  Les pertes en conduction du transistor : 10
  11. 11. L’évolution des pertes et l’écart relatif  L’écart relative mois de 14% 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 ε% Ich (A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 lespertes(watt) Ich (A) pertes calculées pour fd=20 kHz pertes mesurées pour fd=20 kHz 11
  12. 12. La répartition des pertes  dans le transistor pour fd=20 kHz  Les pertes en conduction sont plus importante pour des valeurs faibles de courant et de la fréquence de découpage Ich A PT conduction (W) PT fermeture (W) PT ouverture (W) 1.82 78% 5% 17% 4.65 85% 6% 9% 7.45 85.5% 7% 7.5% 10.3 86% 7% 7% 12
  13. 13. L’effet de la fréquence de découpage  Pour les basse fréquences et les courants faibles (10A) les pertes en commutation restent faibles  Pour les hautes fréquences et les courants forts (50A) les pertes en commutation deviennent plus importantes 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 pertes% fd (kHz) pertes en conduction % pertes en commutation % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 pertes% fd (kHz) 13
  14. 14. Influence de l’ondulation  l’écart relative des pertes reste faible pour des valeurs faibles de l’inductance de charge (Lch=3mH , Lch=6mH) -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 ∆P% ρ 14
  15. 15. Influence de la variation de tension de bus DC  Chute de tension existe à cause de l’impédance interne de la source de la tension continue 86 88 90 92 94 96 98 100 102 0 5 10 15 Udc(v) Ich (A) 0 5 10 15 20 25 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 ε% ρ 15
  16. 16. L’effet de temps morts  Le rapport cyclique réel est de (ρ - ρm) au lieu de ρ ρ.Td (1-ρ).Td 1 0 t t Udc -Udc Vch ρ.Td (1-ρ).Td Commande sans temps morts 1 t 1 0 (ρ- ρm)Td (1-ρ+ ρm)Td ρm.Td t Udc -Udc t Vch Commande avec temps morts Vch Udc T1 Ich D1 T2 D2 16
  17. 17. L’erreur à cause de temps mort  Les temps morts dans notre montage est égale 1.5 µs 17 fd kHz 3.45 10 20 40 ρm .Td 0.5% 1.5% 3% 6%  Pour fd = 3.45 kHz ρthéorique 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1 ρréel 0.1 0.3 0.5 0.69 0.89 1  Pour fd = 40 kHz ρthéorique 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1 ρréel 0.17 0.36 0.49 0.65 0.85 0.95
  18. 18. La planification future  Validation pratique du modèle pour des courants forts 18

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