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Methodologie De Simulation Multiphysique Du Court Circuit Dans Les Modules De Puissance Mosfet Sic Composant La Chaine De Traction Ferroviaire
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Book Synopsis Méthodologie de simulation multiphysique du court-circuit dans les modules de puissance MOSFET SiC composant la chaîne de traction ferroviaire by : Yannick Dumollard
Download or read book Méthodologie de simulation multiphysique du court-circuit dans les modules de puissance MOSFET SiC composant la chaîne de traction ferroviaire written by Yannick Dumollard and published by . This book was released on 2021 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Dans le contexte actuel, l'industrie ferroviaire tente de concevoir des systèmes de transport en commun basés sur une consommation d'énergie de plus en plus réduite et de plus en plus propre. Le déploiement des modules de puissance à base de carbure de silicium (MOSFET SiC) dans les convertisseurs permet une économie d'énergie pouvant aller jusqu'à 50% en limitant les pertes en commutation. Dans le même temps, l'industrie ferroviaire tend à développer des méthodes de validation par simulation dans les phases de conception. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie de simulation multiphysique permettant de simuler finement le comportement d'un MOSFET SiC lors d'une phase de court-circuit ainsi que ses conséquences en termes de fiabilité. Le court-circuit est un phénomène complexe qui peut être critique pour la durée de vie des modules de puissance MOSFET SiC. Par conséquent, nous avons appréhendé le phénomène en développant une méthode permettant de prévoir la répartition et la forme du courant lors d'une phase de court-circuit ainsi que le champ magnétique généré lors de cette phase. Dans un premier temps, une méthodologie de simulation de la puce MOSFET SiC basée sur un schéma comportemental et un modèle de Cauer a été développée. Les paramètres du modèle ont été remplacés par des équations thermo-dépendantes déterminées à l'aide d'un algorithme génétique ainsi que de la méthode des moindres carrés. Par conséquent, le temps de résolution du calcul est très court, ce qui a permis d'adapter cette méthodologie à un module de puissance MOSFET SiC complet et connecté à des jeux de barres. Cette méthode repose sur le couplage entre le modèle comportemental de puce et les modèles 3D issus de simulations électromagnétiques basées sur la résolution par éléments finis. Le couplage a permis de corréler les valeurs de courant de court-circuit mesurées avec celles simulées. Par la suite, une étude de sensibilité du courant de court-circuit en fonction des inductances du circuit électrique et de l'inertie thermique du composant a été réalisée pour mieux appréhender le phénomène. Les résultats ont permis de démontrer que la conception numérique permet d'optimiser l'environnement électrique des modules de puissance MOSFET SiC en vue de limiter ce courant lors de l'utilisation commerciale. Cette méthodologie peut être également utilisée comme donnée d'entrée dans un calcul de durée de vie du composant ou pour réaliser un jumeau numérique du module de puissance. Nous avons donc démontré la faisabilité d'une méthodologie de simulations multiphysiques permettant de modéliser les déformations thermomécaniques dues à des phases de court-circuit. Par la suite, à l'aide des outils de simulation numérique, nous avons développé une méthode de détection de la phase de court-circuit permettant de protéger le composant le plus rapidement possible. Le tore de Rogowski développé avec cette méthode a permis de diviser par deux le niveau de courant généré lors de la phase de court-circuit.
Book Synopsis Conception Tridimensionnelle optimisée d'un convertisseur de traction ferroviaire à base de carbure de silicium (Sic) by : Andressa Nakahata medrado
Download or read book Conception Tridimensionnelle optimisée d'un convertisseur de traction ferroviaire à base de carbure de silicium (Sic) written by Andressa Nakahata medrado and published by . This book was released on 2020 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'industrie ferroviaire se concentre sur les avantages de l'utilisation des dispositifs à grand gap dans les applications de traction. Dans le cadre du projet européen « Shift2rail », les avantages potentiels de l'utilisation des composants à base de carbure de silicium (MOSFET SiC) dans les futurs convertisseurs sont étudiés ainsi que les impacts potentiels sur la conception des modules. Les outils informatiques de simulation multi physique ont beaucoup progressé et permettent aujourd'hui une véritable chaîne de CAO, allant de la conception mécanique jusqu'à la simulation électrique complète, et en mettant en valeur l'intérêt d'une approche résolument orientée vers la simulation et l'optimisation. Cependant le désir est maintenant d'aller plus loin que la simple validation d'une solution via la simulation. L'enjeu est d'effectuer la conception via une méthodologie se basant sur des stratégies d'optimisation utilisant ces outils. En effet les implantations tridimensionnelles des composants pour réaliser les structures de conversion ont déjà mis en évidence certains défauts structurels comme des problèmes d'équilibrage des courants en dynamiques lors des commutations, qui conduisent à devoir surdimensionner ces composants : ces phénomènes seront clairement amplifiés avec l'usage de semiconducteurs aussi rapides que les MOSFETs SiC. Par ailleurs, des règles de dimensionnement usuelles issues de dizaines d'années d'expériences peuvent se retrouver inefficaces voire contre-productives face à cette rupture technologique que constitue l'emploi de semiconducteurs à grand gap.L'analyse des phénomènes au sein d'un convertisseur complexe de moyenne puissance (comme ceux utilisés dans les trains régionaux) n'est pas évidente vu le nombre des composants et la manière comme ils sont assemblés. Modéliser l'ensemble des connectiques (bus bars DC, bus bar de phase, bus bars de liaisons) et composants (condensateurs de filtrage, semi-conducteurs, condensateurs de découplage) en prenant en compte leur impact lors de la commutation des semi-conducteurs, notamment dû aux impédances parasites, est essentiel lors de l'analyse et de l'optimisation d'un système complexe. Cette thèse propose une méthodologie de conception basée sur la technologie actuelle (IGBT Si) du système de traction. Le but de ce travail est d'avoir des méthodes qui permettront alors de s'adapter plus facilement aux nouvelles contraintes imposées par des vitesse de commutations bien plus rapides. Une étude détaillée de la cellule de commutation est présentée, afin d'analyser comment dimensionner de manière optimale le condensateur de découplage à intégrer au plus près de la cellule de commutation. A partir d'analyses fréquentielles et temporelles, nous montreront comment améliorer le choix de ce composant clé du circuit de puissance, souvent dimensionné empiriquement et à l'aide de retour d'expérience.L'équilibrage dynamique des courants lors de la mise en parallèle des semi-conducteurs est aussi abordé dans cette thèse. L'origine de ces déséquilibres est à la fois due aux interconnexions de puissance, mais également aux interactions entre le circuit de puissance et la commande ("driver"). Cette étude nous amènera à mettre en œuvre une optimisation pour rendre la répartition des courants la plus équilibrée possible en modifiant la géométrie des circuits de grilles et d'émetteurs. Cependant l'approche générique proposée s'appliquerait tout à fait à une intégration plus large où des degrés de liberté seraient laissés sur la conception du module de puissance, en intégrant par exemple les capacités de découplage.
Book Synopsis Étude et mise en œuvre de modules de puissance MOSFET SiC pour leurs futures utilisations dans des convertisseurs ferroviaires by : Joseph Fabre
Download or read book Étude et mise en œuvre de modules de puissance MOSFET SiC pour leurs futures utilisations dans des convertisseurs ferroviaires written by Joseph Fabre and published by . This book was released on 2013 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le Carbure de Silicium (SiC) va permettre de repousser les limites des convertisseurs dans trois directions : tenue en tension élevée, haute température de fonctionnement et forte vitesse de commutation. Aujourd'hui, les premiers modules MOSFET SiC sont disponibles sur le marché et semblent prometteurs. L'objectif de ces travaux de thèse consiste plus particulièrement à mettre en œuvre des montages permettant de caractériser ces premiers modules de puissance MOSFET SiC en vue de les utiliser dans les convertisseurs ferroviaires. Le premier chapitre est consacré à l'état de l'art d'une chaîne de traction de Tramway. C'est ce type de chaîne de traction sur lequel se concentrent les études des premières implantations de composants en SiC. Le deuxième chapitre présente un état de l'art des composants semi-conducteurs de puissance en SiC. Il rappelle tout d'abord les propriétés du matériau et détaille ensuite différentes structures de composants en SiC. Le troisième chapitre concerne les modélisations et les simulations de modules de puissance MOSFET SiC au sein d'une cellule de commutation. Les phases de commutation de ces composants sont étudiées en détail, les influences de différents paramètres sont mises en évidence et des simulations multi-physiques permettent de concevoir les bancs d'essais nécessaires à la caractérisation. Le quatrième chapitre présente les résultats des caractérisations statiques et dynamiques de modules de puissance MOSFET SiC. Ces résultats d'essai sont comparés à des modules IGBT Si de même calibre. Le cinquième chapitre est consacré à la mise en œuvre d'un banc d'essai utilisant la « méthode d'opposition ». Celui-ci permet de comparer les modules IGBT Si et les MOSFET SiC en fonctionnement onduleur grâce à des mesures électriques et calorimétriques. Le sixième et dernier chapitre présente des conclusions et donne des perspectives d'utilisation des composants MOSFET SiC dans les convertisseurs ferroviaires. Différents projets visant à utiliser des MOSFET SiC sur des applications ferroviaires y sont présentés.
Book Synopsis Caractérisation et mise en œuvre de composants SiC Haute Tension pour l'application transformateur moyenne fréquence en traction ferroviaire by : Jérémy Casarin
Download or read book Caractérisation et mise en œuvre de composants SiC Haute Tension pour l'application transformateur moyenne fréquence en traction ferroviaire written by Jérémy Casarin and published by . This book was released on 2012 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'objectif du projet CONCIGI-HT (CONvertisseur alternatif-continu Compact à Isolement Galvanique Intégré Haute Tension) est d'augmenter le rendement des chaînes de traction tout en réduisant la masse et le volume de la fonction de conversion Alternatif/Continu. Pour cela, l'ensemble transformateur basse fréquence - redresseur est remplacé par une structure multi-convertisseurs, directement connectée à la caténaire haute tension et intégrant des transformateurs fonctionnant en moyenne fréquence (plusieurs kHz). Cette thèse concerne plus particulièrement la caractérisation et la mise en œuvre de composants semi-conducteurs haute tension dans des structures de conversion statiques à étage intermédiaire moyenne fréquence. L'étude est effectuée sur la base d'une chaîne de traction de 2 MW fonctionnant sur un réseau 25 kV/50 Hz. Le premier chapitre présente l'état de l'art de l'Automotrice à Grande Vitesse (AGV) récemment produite par ALSTOM. C'est la chaîne de traction de cet engin qui sert de référence pour l'étude des nouvelles topologies à transformateur moyenne fréquence. Le deuxième chapitre décrit tout d'abord la structure d'une chaîne de traction classique et présente ensuite deux topologies multicellulaires à transformateur moyenne fréquence applicables en traction électrique ferroviaire (la structure indirecte à redresseur de courant MLI et convertisseur DC/DC à résonance ainsi que la topologie directe associant des convertisseurs duaux). Les avantages et inconvénients de ces topologies sont mis en évidence. Le troisième chapitre concerne la mise en œuvre et la caractérisation en commutation douce de composants Silicium 6,5 kV dans les deux topologies présentées précédemment. Deux bancs de test, représentant un étage élémentaire de conversion, ainsi que des allumeurs spécifiques dédiés à la commutation douce, ont été réalisés. Ils permettent l'étude des semi-conducteurs en régime permanent dans des conditions nominales de fonctionnement (3,6 kV / 100 A). Le quatrième chapitre présente la mise en œuvre et la caractérisation de composants en carbure de silicium (SiC). Pour cela des modules de puissance à base de puces 10 kV (MOSFET et Diodes) ont été réalisés. Les résultats expérimentaux, obtenus sur les bancs de test réalisés au chapitre précédent, mettent en évidence une réduction significative des pertes et démontrent la viabilité de la topologie à convertisseurs duaux pour une application en 25 kV/50 Hz. La conclusion présente un premier design d'un bloc élémentaire et les gains en masse et volume ainsi que les économies d'énergies qui pourront être obtenus par rapport à une structure classique.
Book Synopsis Modern Power Devices by : B. Jayant Baliga
Download or read book Modern Power Devices written by B. Jayant Baliga and published by Wiley-Interscience. This book was released on 1987-03-10 with total page 504 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Written in a tutorial form, the text supplies in-depth the physics, design, and fabrication technology for power devices. Each chapter includes a discussion of the basic concepts of device operation and their electrical characteristics, a detailed analysis of the device physics, and the technology of fabrication. Extensive analytical solutions are used to enable the reader to obtain an understanding of the physics.
Book Synopsis The Action of Light on Selenium by : Willoughby Smith
Download or read book The Action of Light on Selenium written by Willoughby Smith and published by . This book was released on 1876 with total page 12 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:
Book Synopsis Foundations of Electronics by : J. R. Cogdell
Download or read book Foundations of Electronics written by J. R. Cogdell and published by . This book was released on 1999 with total page 440 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Extracted from the highly successful Foundations of Electrical Engineering by the same author, this book surveys the fundamental concepts of electronics for non-majors. The first chapter reviews circuit analysis techniques as related to the analysis of electronic circuits, and the remainder of the book covers electronic devices, digital circuits, analog circuits, instrumentation systems, communication systems, and linear system theory based on complex frequency techniques. The presentation assumes knowledge of basic physics and calculus and is ideal for a one-semester survey of electronics for students knowing circuit theory. Used with Foundations of Electric Circuits, this book is ideal for a one-semester course in circuits and electronics for physics, engineering, or computer science students. FEATURES/BENEFITS Emphasis is placed on clear definitions of concepts and vocabulary. Problems are offered at three levels: "What if" problems extending examples in the text, with answers; "Check our understanding" problems after each major section, with answers, and extensive end-of-chapter problems identified with chapter sections, with answers for odd problems. Full pedagogical tools: chapter objectives, marginal aids, chapter summaries, chapter glossaries tied to context, and a complete index.
