Extrait
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1. 33 IL Le Hot rayonnant din te 33 IL 1 2 Boucle topologique daen iieis stana riedade ie iie 33 IL 1 3 Boucle quivalente 35 II 2 Formulation math matique et repr sentation spatiale du champ magn tique 35 IL2 1 Equations lectromagn tiques 2899799996 1 2 2 Application la boucle l mentaire IL2 2 1 Formulation math matique 1 2 2 2 Repr sentations spatiales I1 2 3 Application la boucle rectangulaire 12 3 1 Formulation math matique 12 3 2 Repr sentations spatiales 2 1 2 4 Domaine de validit de 1 6 81 816 boucle r elle boucle l mentaire 54 2 4 1 Premi re tude comparaison directe 02 4 2 Deuxi me tude variation de la taille de la boucle carr e 1 2 4 3 Troisi me tude variation des dimensions surface fix e 11244 Quatri me tude 4 Foncature 2 221220 Mine AT ER aa der ne mn a 02 5 Limite de validit des quations simplifi es dans l hypoth se du champ proche 66 I1 2 5 1 Pr sentation du param tre fr 66 IL 2 5 2 Influence de Br sur l volution temporelle du champ 1 2 5 3 Calcul du champ avec et sans simplification 112 6 Influence d un plan de masse ventuel 12 7 Etude simplifi e de l mission conjugu e de deux boucles 73 Chapitr2. Approche simplifi e par le concept d s lots rayonnants J L COCQUERELLE C PASQUIER Pr face de J SAILLARD EDP Ext SGEN D ication Rayonnement lectromagn tique des convertisseurs d coupage Approche simplifi e par le concept des lots rayonnants Jean Louis Cocquerelle Christophe Pasquier Docteur s Sciences Physiques Docteur de l universit de Nantes Professeur des universit s Laboratoire de recherches en lectronique de puissance et C E M EPUN cole Polytechnique de l universit de Nantes EDP SCIENCES 17 avenue du Hoggar Parc d Activit de Courtab uf BP 112 91944 Les Ulis Cedex A France ISBN 2 86883 560 0 Tous droits de traduction d adaptation et de reproduction par tous proc d s r serv s pour tous pays La loi du 11 mars 1957 n autorisant aux termes des alin as 2 et 3 de l article 41 d une part que les copies ou reproductions strictement r serv es l usage priv du copiste et non destin es une utilisation collective et d autre part que les analyses et les courtes citations dans un but d exemple et d illustration toute repr sentation int grale ou partielle faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite alin a 17 de l article 40 Cette repr sentation ou reproduction par quelque proc d que ce soit constituerait donc une contrefa on sanctionn e par les articles 425 et suivants du code p
3. g n ration L 2 3 Convertisseurs fr quence lev e 30 kHz 100 kHz L utilisation de fr quences de fonctionnement lev es permet de s affranchir des bruits acoustiques de diminuer la taille des condensateurs des inductances des transformateurs et de faciliter le filtrage Cependant les composants capables de fonctionner ces fr quences admettent des limites en courant et tension restreintes Ces convertisseurs sont donc principalement utilis s en moyenne et petite puissance Les alimentations d coupage constituent l essentiel de cette famille elles assurent principalement la conversion continu continu et alternatif continu ajout d un pont redresseur en t te Techniquement ces structures du type hacheur relient des sources de nature diff rente hacheur sans accumulation ou identique hacheur stockage interm diaire Les composants les plus employ s sont les transistors MOS de puissance les transistors bipolaires et les IGBT rapides Les vitesses de commutation sont impos es soit par le composant soit par le CALC En r gle g n rale les temps de commutation sont r duits au maximum pour conserver au convertisseur la meilleure dynamique possible et de ce fait le rayonnement lectromagn tique peut tre important Sa r duction est possible dans les cas particuliers des alimentations quasir sonnantes ou r sonnantes 1 2 4 Caract ristiques des SC de puissance associ s aux convertiss
4. la fermeture Les commutations g n rent alors des gradients de courant et de tension importants dans les diff rentes connexions du convertisseur Les composants utilis s en tr s forte puissance sont des thyristors avec circuit de soufflage ou des GTO thyristors blocables par la commande En moyenne puissance le transistor IGBT est pr f r Les perturbations conduites couvrent un spectre plus tendu que pr c demment puisque les fr quences de d coupage choisies peuvent atteindre 16 kHz dans un souci de r duction des bruits acoustiques Les vitesses de commutation sont encore peu lev es car toujours limit es par la nature des sources et les caract ristiques des composants Les champs proches du fait des amplitudes lev es des tensions et des courants seront importants et avec un spectre un peu plus tendu en fr quence pouvant atteindre quelques MHz que pour les convertisseurs pr c dents 1 2 2 2 Les onduleurs Les onduleurs ont une structure en pont ou demi pont et peuvent tre regroup s selon trois familles les onduleurs de tension les onduleurs de courant et les onduleurs r sonance r sonance s rie ou r sonance parall le Les deux premi res familles utilisent une commande modulation de largeur d impulsion 4 1 1 unipolaire ou bipolaire ou g n rent des niveaux discr dit s marches d escalier Chaque commande a pour objectif la r duction des harmoniques de tension ou de courant aux
5. lev es des surtensions et des surintensit s aux bornes de l interrupteur de rapides variations de tension et courant dv dt et di dt de fortes oscillations en particulier pour le d coupage haute fr quence Pour limiter ces effets on peut associer aux semi conducteurs des circuits d aide la commutation CALC dont le r le essentiel est de r duire les pertes correspondantes et de limiter les surtensions et ou surintensit s 1 1 3 Commutation douce En commutation naturelle ou douce les interrupteurs pr sentent une commutation command e et une commutation spontan e Il est possible de regrouper ces convertisseurs en deux familles la premi re correspond des commutations pilot es par les grandeurs d tat de nature lectrique Il s agit par exemple de certains convertisseurs reli s au r seau alternatif C est galement le cas des convertisseurs quasir sonnants qui utilisent un couple de composants passifs L C pour provoquer l annulation du courant ou de la tension 18 seconde est relative aux structures pour lesquelles les commutations spontan es des interrupteurs sont obtenues cons cutivement la commutation d autres interrupteurs c est le cas pour les hacheurs de puissance un thyristor principal dont l extinction est assur e par un circuit auxiliaire de nature oscillante comprenant un deuxi me thyristor dit de soufflage 1 1 4 Commutation adoucie La commutation est adoucie par l
6. lots rayonnants qui correspondent sur une carte lectronique des zones mettrices de champ magn tique contribution pr pond rante Un support informatique est joint au livre il contient un grand nombre de repr sentations graphiques tr s pertinentes permettant la meilleure compr hension possible au lecteur Je tenais en pr fa ant cet ouvrage souligner l effort que ces deux chercheurs de l universit de Nantes ont entrepris pour assurer le transfert vers la p dagogie de travaux de recherche dans un domaine dict et soutenu par l volution des technologies en lectronique Joseph SAILLARD Vice Pr sident du Conseil Scientifique de l Universit de Nantes Charg de la Recherche Extrait de la publication Note des auteurs L volution des technologies en lectronique permet de r aliser des convertisseurs de puissance fr quence de d coupage de plus en plus lev e L tude des champs mis par de telles structures devient donc une obligation pour le concepteur soucieux d viter la pollution lectromagn tique de l environnement proche et lointain Cet ouvrage r sulte de travaux de recherche th orique et appliqu e que nous avons conduits dans cette perspective au laboratoire d lectronique de puissance et de compatibilit lectromagn tique LEPCEM de l cole polytechnique de l Universit de Nantes La repr sentation des champs dans un livre simplement r alis en monoc
7. n ral 258a aaa in 113 Bibliographies ora 115 INTRODUCTION Cet ouvrage s inscrit dans les activit s de compatibilit lectromagn tique CEM du g nie lectrique Il concerne principalement les convertisseurs de puissance fr quence de d coupage lev e que l on trouve par exemple dans les alimentations des micro ordinateurs celles des mat riels audio vid o modernes et tous les dispositifs lectroniques de mani re g n rale Ces structures sont intrins quement g n ratrices de perturbations conduites et rayonn es ces derni res pouvant alt rer le fonctionnement de circuits sensibles proches dont parfois la carte de commande de la structure elle m me autoperturbation Les tudes en CEM concernent g n ralement le rayonnement une distance suffisante pour obtenir une onde plane et ne retenir alors que le champ lectrique Plusieurs d entre elles s int ressent plus particuli rement aux convertisseurs de puissance et la pr diction de leur rayonnement Les m thodes num riques employ es m thode des moments des l ments finis ont souvent pour objectif la mod lisation d ensemble du convertisseur autorisant l obtention principalement du champ lectrique global mis Ces tudes sont complexes et s adressent un public averti Certains logiciels de CEM
8. nal EDP Sciences 2002 Pr face Le rayonnement lectromagn tique des dispositifs lectroniques modernes est une pr occupation majeure des concepteurs et utilisateurs soucieux de respecter les r gles de la compatibilit lectromagn tique Les mesures directes bien que parfois d licates ne pr sentent pas de probl mes insurmontables pour les laboratoires comp tents au sens de la directive CEM La difficult concerne en r alit les tudes de nature pr dictive qu il conviendrait de conduire par simulation avant m me le routage des cartes Les circuits analogiques utilis s en traitement de signal seraient alors examin s principalement dans le contexte de l immunit ou de 18 vuln rabilit alors que les cartes num riques et 165 cartes de puissance d coupage H F le seraient principalement sur le plan de l mission respectivement en champ lectrique et magn tique Ces tudes sont difficiles et ne sont actuellement d velopp es que par quelques laboratoires de recherche Elles n cessitent des moyens informatiques puissants et un investissement de temps consid rable J L Cocquerelle et C Pasquier dans le cadre du pr sent ouvrage pr sentent une version didactique donc accessible sur le plan p dagogique des r sultats de travaux de recherche autorisant une approche simplifi e du rayonnement des cartes de puissance d coupage Ils ont en effet cr dans ce but un concept original celui des
9. 1 2 1 Convertisseurs la fr quence r seau I 2 2 Convertisseurs fr quence industrielle lt 16 kHz 1 2 2 1 Les hacheurs de puissance 171141 111 1 2 3 Convertisseurs fr quence lev e 30k Hz 100 kHz 1 2 4 Caract ristiques des SC de puissance associ s aux convertisseurs 24 1 Le thyristor on SCR iesise nn nes rent ner Re 1 2 4 2 Le thyristor GTO 1 2 4 3 Le MCT 1 2 4 4 L IGBT 0nnana 1 2 4 5 Le transistor MOS de puissance 2 4 6 Le transistor bipolaire de puissance 1 2 4 7 Le triac 1 2 5 Comparatif et bilan L3 Formes d ondes des courants et mod les simplifi s correspondants 18 3 1 Impulsions tr s br ves de courant d un pont sortie 3 niveaux 18 1 3 2 Oscillations de courant en amont ou aval d un hacheur rapide 21 1 3 3 Ondes de base dans les domaines temporel et fr quentiel 22 1 3 3 1 Onde rectangulaire 1 3 3 2 Onde trap zo dale sym trique 1 3 3 3 Onde trap zo dale asym trique 1 3 4 Prise en compte des oscillations de commutation Chapitre II Pr sentation simplifi e du rayonnement des cartes de puissance 33 IL 1 lot rayonnant boucle topologique et boucle quivalente 6
10. commercialis s essentiellement destin s aux cartes num riques permettent d obtenir en 2D et parfois en 3D la cartographie du champ lectrique r sultant Ces logiciels sont sp cifiques et on reux les moins co teux d entre eux proc dent parfois des simplifications extr mes bas es sur l estimation dans le pire des cas au sens des normes en CEM Si l on se pr occupe du rayonnement lectromagn tique dans l environnement imm diat d une carte lectronique num rique on sait que le champ lectrique sera pr pond rant car les circuits utilis s fonctionnent avec des temps de commutation tr s courts quelques ns et les gradients de tension correspondants dv dt peuvent exc der 10 Vis alors que les courants tant tr s faibles unit courante le uA le champ magn tique proche est tr s r duit S il s agit en revanche d une carte lectronique de puissance d coupage les temps de commutation sont rarement inf rieurs 100 ns mais d s lors que les courants mis en jeu se chiffrent en amp res le champ magn tique devient important et son valuation est n cessaire Dans cette perspective les auteurs de cet ouvrage ont mis profit l exp rience pratique qu ils ont acquise en laboratoire de tests en CEM concernant diverses cartes lectroniques embarqu es dans des convertisseurs de puissance d coupage Cela leur a inspir une d marche simplifi e particuli re En effet au voisinage
11. imm diat de telles cartes le champ magn tique mesurable avec une sonde adapt e est pr pond rant et se situe en des endroits particuliers qu ils consid rent comme des lots rayonnants Ces flots sont souvent rep rables sur la s rigraphie du circuit imprim correspondant Les auteurs ont alors tudi la possibilit d assimiler ces lots au demeurant peu nombreux sur une carte standard de simples boucles quivalentes Cette d marche apporte une simplification vidente accentu e par l utilisation de calculs associ s all g s elle peut sembler manquer de pr cision mais appara tra plus pragmatique la plupart des industriels concepteurs qui connaissent par exp rience les points chauds de leur carte Les auteurs ont donc conduit avec pr caution une tude sp cifique sur le rayonnement magn tique des boucles de puissance devant permettre d obtenir un outil d valuation et de repr sentation du champ magn tique accessible tous D s lors que le champ est connu en tout point de l espace il est possible de rechercher la force lectromotrice qui pourrait tre induite dans une boucle sensible de l environnement imm diat du convertisseur En g n ral le concepteur ne souhaite pas mettre en place de blindage ni d cran et dispose le plus souvent d un coffret non m tallique Un apport qui a sembl original aux auteurs de ce livre dans ces conditions concerne la d termi
12. S EEA 99 4 et 5 novembre 1999 universit Montpellier II Ed C padu s Toulouse p 265 268 ISBN 2 85428 515 8 C Pasquier J L Cocquerelle Rayonnement en champ proche des boucles topologiques des convertisseurs de l lectronique de puissance colloque lectronique de puissance du futur EPF 2000 29 et 30 Novembre et ler D cembre 2000 Lille P Levron C Pasquier P Lambert J L Cocquerelle Aspect de la pollution des r seaux en continu des navires de plaisance par les convertisseurs de puissance Choix de la structure la moins polluante Troisi me symposium international sur le navire tout lectrique civil ou militaire AES 2000 Electric ship Paris 26 et 27 octobre 2000 115
13. basses fr quences Les onduleurs r sonance sont sur charge r active ils utilisent un l ment dual en s rie ou parall le pour cr er ainsi une source r ceptrice oscillante dont les passages z ro des grandeurs lectriques autoriseront les commutations naturelles Les courants et tensions obtenus sont d allures sinuso dales Les fr quences de fonctionnement doivent tre proches de la fr quence d oscillation du dip le LC pour limiter leurs harmoniques Chapitre I Aspects essentiels de l lectronique de puissance Les onduleurs n cessitent g n ralement des interrupteurs bidirectionnels en tension ou en courant enti rement command s GTO IGBT ou transistors MOS associ s une diode Les commutations peuvent avoir lieu plusieurs fois par p riode et tre irr guli rement r parties commande 4 1 1 C est alors une s quence qui se r p te la fr quence de fonctionnement Il est ainsi difficile de parler de fr quence de commutation pour ces composants On peut toutefois introduire la notion de motif Les perturbations conduites sont observables sur l entr e continue et sont directement li es aux d coupage des ondes r alisant la sortie alternative Le rayonnement proximit d pendra de la puissance mais aussi du type des composants puisque leur vitesse de commutation peut tre comme nous le verrons ensuite nettement sup rieure dans le cas des MOS ou de certains IGBT de derni re
14. convertisseur consid r diff rents types de commutations sont consid rer concernant l interrupteur la commutation est le m canisme physique d ouverture ou de fermeture des semi conducteurs constituant l interrupteur Elle est soit command e c est dire provoqu e par l application d un signal directement sur la commande du composant soit naturelle ou spontan e 51 elle a lieu sans intervention ext rieure Dans ce dernier cas elle r sulte uniquement du passage par z ro de la tension appliqu e au composant ou du courant qui le traverse pour un convertisseur le mot commutation est relatif aux v nements concernant les l ments de la structure directement associ s aux interrupteurs qui peuvent tre consid r s non plus individuellement mais assembl s dans des sous ensembles appel s cellules de commutation C est au niveau de celles ci que l on introduit les notions de commutation dure et de commutations douce et adoucie Chapitre I Aspects essentiels de l lectronique de puissance 1 1 2 Commutation dure La commutation dure galement appel e commutation forc e r sulte de l emploi d un composant command louverture et la fermeture Les contraintes importantes qui sont alors impos es celui ci d pendent fortement des inductances de connexion et de c blage et de diverses capacit s parasites ce qui entra ne des pertes
15. dissipatif Pour les petites puissances des CALC plus labor s peuvent tre mis en uvre Ils se composent g n ralement de condensateurs d inductances et d un autre interrupteur La commande de ce dernier permet de r aliser une oscillation locale qui provoque la commutation du composant principal au z ro de tension ou z ro de courant Ce sont les techniques ZVS et ZCS voqu es pr c demment En conclusion les CALC am liorent les commutations puisque les surtensions et surintensit s sont r duites au niveau de l interrupteur qui ne supporte plus seul les diff rents traumatismes Cependant on ne supprime pas les variations rapides de courant et de tension di dt et dv dt qui sont en fait report es sur les composants r actifs des CALC ce qui peut augmenter les probabilit s de rayonnement ind sirable en particulier en champ magn tique par les l ments bobin s Il faut encore souligner que le renvoi ventuel la source de l nergie de commutation ainsi que celle des oscillations parasites peut r duire la qualit du signal en amont 1 2 Convertisseurs et composants associ s Ce paragraphe est une pr sentation sommaire des diff rents convertisseurs qui a pour objectif principal de rappeler quels sont les semi conducteurs associ s et les perturbations essentielles qui les caract risent 1 2 1 Convertisseurs la fr quence r seau Il s agit essentiellement des redresseurs command s des gradateu
16. e III F e m induite dans une boucle sensible et immunit 79 III Recherche et estimation de la f e m induite 80 HE 1 1 Organigramme de la recherche de e t IH 1 2 Blocs de calcul 111 1 2 1 Bloc de Calcul g n ral 431112480500 te tt 1 1 1 2 2 Bloc de calcul avec l hypoth se du champ uniforme 1 1 2 3 Bloc de calcul avec les hypoth ses du champ uniforme et du flux recueilli maximum IIL 1 2 4 Bloc de calcul avec le maximum de simplification 5 4 4 4 4 49 9 IIL 1 2 5 Bloc de calcul bas sur la notion d enveloppe 1 1 3 Application des hypoth ses et des m thodes 1 1 3 1 Calcul g n ral 1 3 2 Hypoth se du champ uniforme EL1 3 3 Hypoth se du flux recueilli maximum IIE 1 3 4 Hypoth se de la boucle quivalente IIL 1 3 5 M thode de l enveloppe 1 1 4 Comparaison des r sultats obtenus 101 2 Cartographie en situations tYPIQues 99 012 1 Cas des boucles parall les IIL2 1 1 Premi re position B est dans un plan parall le au dessus de Bp JIL 2 1 2 Deuxi me position vues suivant une coupe parall le au plan YZ 02 1 3 Equipotentielles de la f e m induite dans l espace autour de Bp 192 2 Cas des boucles perpendiculaires 113 Optimisation du positionnement de la boucle sensible 107 Conclusion g
17. emploi de CALC associ s aux composants dont les deux m canismes essentiels consistent ralentir la mont e en courant la fermeture par adjonction en s rie d une inductance avec l interrupteur ralentir la croissance de sa tension aux bornes par mise en parall le d un condensateur Avec un CALC le composant est m me de commuter la totalit du courant alors que 18 tension ses bornes reste encore faible ou par dualit supporter la totalit de la tension le courant tant annul A noter pour les puristes qu on ne peut th oriquement pas parler de commutation z ro de courant ZCS ou z ro de tension ZVS car ces grandeurs ne font qu voluer diff remment tout au long de 18 commutation et ne sont jamais totalement nulles Chapitre I Aspects essentiels de l lectronique de puissance L association de ces l ments passifs 8 bien entendu ses revers comme 16 risque de surtension due l inductance l ouverture et de surintensit due au condensateur ja fermeture ou encore celui de la g n ration d oscillations ind sirables Un CALC est en cons quence un circuit plus complexe incluant d autres l ments comme par exemple une r sistance pour dissiper l nergie li e aux oscillations ainsi que des diodes pour assurer les connexions unidirectionnelles indispensables La figure 1 1 pr sente un CALC dissipatif op rationnel l ouverture et 18 fermeture Ep Figure 1 1 CALC
18. eurs Dans cet ouvrage nous nous limitons aux semi conducteurs SC destin s aux petites et moyennes puissances et cherchons essentiellement les caract ristiques concernant leurs commutations et plus particuli rement celles qui d terminent les variations rapides du courant Les caract ristiques fournies par les constructeurs sont vari es elles donnent g n ralement un aper u des performances optimales du composant Les tests sont en effet r alis s avec des circuits particuliers qui sont pour la plupart exempts des l ments parasites que l on peut trouver sur des cartes industrielles inductances de ligne capacit s entres pistes l ments parasites d autres composants Chapitre I Aspects essentiels de l lectronique de puissance Compte tenu de cela certaines valeurs relevables sur des montages industriels pourraient tre beaucoup plus importantes que les niveaux propos s Les caract ristiques pr sent es ci apr s pour les diff rents composants signal s pr c demment ont t prelev es dans diff rents recueils de constructeurs connus Nous y avons s lectionn des semi conducteurs classiquement utilis s et pour chaque famille des caract ristiques types moyenn es en vue d tablir terme une forme d onde de r f rence du courant commut 1 2 4 1 Le thyristor ou SCR Le thyristor Silicon Controlled Rectifier est un composant relativement lent bien adapt pour des fonctionnements aux ba
19. hrome est forc ment r ductrice en qualit graphique Nous avons donc con u un support informatique permettant de visualiser en couleurs et avec une meilleure d finition la majorit des illustrations du livre ainsi que de nombreuses autres venant en compl ment Le mode d emploi est tr s simple L ic ne 8 port e droite d une illustration du livre indique que celle ci est reprise sur le support informatique la page x de celui ci e L ic ne ECDXx y port e gauche dans le texte suivant une illustration du livre indique que des repr sentations compl mentaires sont disponibles sur le support informatique de la page x la page y L ic ne E Page x port e en bas et droite d une illustration du support informatique indique que celle ci est pr sente ou annonc e dans le livre la page x Extrait de la publication Table des mati res Introduction 1 Chapitre I Aspects essentiels de l lectronique de puissance 5 1 1 La commutation en lectronique de puissance 5 L 1 1 Principes fondamentaux ss 5 191182 Commutation d re sne ne et ne ARR 6 1 3 Commutation doUCE n ssiri riaa EI A 6 T 1 4 Comm tation adoucies ne rr a N A NE RGR 6 I 2 Convertisseurs et composants associ s
20. nation de l orientation optimale de cette boucle sensible pour minimiser directement l amplitude de la f e m induite Cela se traduit pour le concepteur de la fa on suivante s il se fixe un point de l espace environnant il disposera rapidement apr s simple rep rage et sp cification des lots des donn es de positionnement et d orientation d une carte sensible ventuelle La perturbation sera alors minimis e s il dispose de plusieurs emplacements disponibles l int rieur du coffret pour y fixer la carte sensible qu il veut ajouter il pourra obtenir une information sur les zones retenir en priorit que nous appellerons par la suite zones tranquilles Dans ces conditions la f e m induite dans une boucle victime sera d j r duite le choix d une orientation optimale pouvant conduire jusqu pratiquement l annulation Le but de cet ouvrage est donc double proposer au lecteur une approche simple concernant l analyse des ph nom nes lectromagn tiques et les calculs associ s et le sensibiliser aux implications industrielles pouvant en d couler CHAPITRE I ASPECTS ESSENTIELS DE L LECTRONIQUE DE PUISSANCE Extrait de la publication Ce chapitre a pour but de pr senter et de caract riser dans une d marche CEM les semi conducteurs utilis s classiquement dans les convertisseurs de l lectronique de puissance L objectif final est de d terminer les formes d o
21. ndes types des courants qui pourront tre l origine du rayonnement magn tique au sein d un montage Avant tout il est donc n cessaire de rappeler l essentiel sur la commutation 1 1 La commutation en lectronique de puissance Le fonctionnement des interrupteurs est d terminant au regard de l importance des champs qui vont r sulter de leur insertion dans un montage 1 1 1 Principes fondamentaux Les convertisseurs de l lectronique de puissance sont pr sents dans la quasi totalit des appareils et syst mes utilisant l nergie lectrique Leur r le est de modifier la source lectrique c est dire le r seau distribu soit alternatif soit continu pour satisfaire aux exigences dict es par la nature et les caract ristiques du r cepteur Les modifications peuvent concerner la nature m me de la source courant ou tension ainsi qu un ou plusieurs de ses param tres dont essentiellement l amplitude la fr quence le r gime de mise la terre le d bit maximum Le principe fondamental de l lectronique de puissance est de proc der l adaptation des sources uniquement par d coupage temporel des tensions et courants donc sans pertes appr ciables d nergie Les composants qui assurent les d coupages pr sentent alors deux phases de fonctionnement importantes au regard de la CEM les commutations l ouverture et la fermeture Suivant les semi conducteurs utilis s et la structure du
22. ouhaitons pouvoir comparer les diff rents semi conducteurs dans une plage de puissance commune temps de commutation la fermeture 0 1 us quelques ps di dt 30 A us 170 A us 200 1 000 en non r p titif 2 42 Le thyristor GTO Le GTO Gate Turn Off est tr s utilis dans le domaine des fortes puissances figure 1 4 La fermeture et l ouverture sont command es K ir A Figure 1 4 GTO Quelques caract ristiques s lectionn es de thyristors GTO sont donn es dans le tableau I 2 11 BIBLIOGRAPHIE J L Cocquerelle CEM et lectronique de puissance Ed Technip collection Sciences et Technologies Paris 1999 ISBN 2 7108 0764 5 ISSN 1243 0226 C Pasquier P Levron J L Cocquerelle Fields radiation of an elementary power electronic converter 8th European Conference on Power Electronics and Applications EPE 99 Lausanne Switzerland 7 9 Sep 99 CDROM dit C Pasquier P Levron J L Cocquerelle Simplified model of 8 2D power converter topological loop elaborated in order to take into account geometrical design and skin effect Sth International Symposium on Electric and Magnetic Fields EMF 2000 Gand 17 19 May 2000 C Pasquier P Levron J L Cocquerelle Fast calculation method of the near field radiated by a power converter loop in order to optimise the position of the associated sensitive card International Conference on Power Conver
23. rs et des cyclo convertisseurs Ces structures traditionnelles sont r alis es dans une tr s large plage de puissance elles utilisent essentiellement des thyristors command s par la phase Les commutations l ouverture des composants sont spontan es Les vitesses de commutation sont peu lev es car limit es par la nature des sources et les caract ristiques des composants Chapitre I Aspects essentiels de l lectronique de puissance Les principales perturbations observ es concernent essentiellement les harmoniques et sous harmoniques des courants pr lev s au r seau Le rayonnement proximit imm diate de ces structures peut tre lev compte tenu des amplitudes tr s fortes des tensions et courants mis en jeu mais la fr quence de d coupage tant tr s basse les champs d croissent tr s vite avec l loignement On s int ressera alors en CEM essentiellement aux champs dits proches 1 2 2 Convertisseurs fr quence industrielle lt 16 kHz Il s agit essentiellement des hacheurs de puissance utilis s par exemple dans les variateurs de vitesse pour moteurs courant continu et des onduleurs destin s aux moteurs alternatifs ou encore aux alimentations statiques de secours 2 2 1 Les hacheurs de puissance Les sources amont et aval sont de nature continue ce qui n autorise pas bien s r la commutation spontan e des interrupteurs employ s Ceux ci sont donc command s louverture et
24. sion Intelligent Motion Power Quality PCIM 2000 Nuremberg June 6 8 2000 Power Conversion proceedings pp 41 46 P Levron C Pasquier G Perpera J L Cocquerelle EMI RFI Mains Filters Modelling and Simulation in order to estimate the probability of trouble due to the realistic impedances of mains and load 6th International Conference ELECTRIMACS 99 14 16 Sep 99 Vol 3 pp HI 189 111 193 P Levron C Pasquier J L Cocquerelle Difficult s de mesures d missions conduites selon la CISPR 25 IV congr s sur la compatibilit lectromagn tique CEM Expo 99 Paris 13 et 14 Oct 1999 C Pasquier P Levron J L Cocquerelle Reduction of the self disturbance of a power converter due to magnetic field effects Research of the optimal control card orientation Sth International Symposium on Electric and Magnetic Fieids EMF 2000 Gand 17 19 May 2000 J L Cocquerelle C Pasquier CEM et lectronique de puissance Journ es Technologiques Strat gies de d pollution harmonique des r seaux lectriques 27 28 avril 2000 Saint Nazaire D partement G nie Electrique de l Ecole Polytechnique de l Universit de Nantes p 215 222 C Pasquier M Ameziani J L Cocquerelle Compatibilit lectromagn tique CEM en lectronique de puissance colloque sur l enseignement des technologies et des sciences de l information et des syst mes en lectronique lectrotechnique et automatique CETSI
25. sses fr quences en forte puissance C est un composant unidirectionnel en courant et bidirectionnel en tension dont la fermeture est command e alors que l ouverture est spontan e au z ro de courant figure 1 2 K IT G T 4 VT VT Figure 1 2 Thyristor Le tableau 1 ci dessous accompagn de sa l gende figure I 3 pr sente quelques caract ristiques s lectionn es de thyristors de diff rentes gammes 0 1 max V us 400 1 400 wo a 1 300 25 800 1 200 25 69 800 1 400 Tableau I I Caract ristiques s lectionn es de quelques thyristors 10 Chapitre 1 Aspects essentiels de l lectronique de puissance L gende Figure 1 3 Ondes du thyristor t min temps minimum estim pour atteindre le niveau 3 Irms max di dt vitesse maximale de croissance et de d croissance du courant t temps de blocage du thyristor C est le temps minimum entre le passage z ro du courant dans le sens direct et la mont e de la tension directe sans remise en conduction du thyristor dv dt vitesse maximale de croissance de 18 tension directe du thyristor Au del de cette valeur il y a risque d amor age intempestif du thyristor Nous proposons de retenir des ordres de grandeur qui permettront par la suite de d finir l onde type de courant A noter que la puissance commut e n atteint pas le maximum possible pour le thyristor du fait que nous s
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