Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La mise en œuvre de la méthode PEEC peut être assez complexe, même si la méthode en elle-même est assez simple. Cet article présente donc un exemple d'application dans un cas industriel : un onduleur de 200 kVA. Après quelques éléments sur la mise en peuvre de la méthode, l’article décrit l’onduleur, sa modélisation et les résultats qui peuvent en être tirés. En fin d’article, des éléments complémentaires sont donnés, traitant de cas particuliers non abordés dans l’étude de l’onduleur.
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Lire l’articleAuteur(s)
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James ROUDET : Professeur à l’Université Joseph Fourier (UJF) de Grenoble
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Edith CLAVEL : Maître de conférences à l’Institut Universitaire de Technologie 1 de Grenoble
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Jean-Michel GUICHON : Maître de conférences à l’Institut Universitaire de Technologie 1 de Grenoble
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Jean-Luc SCHANEN : Professeur à l’École Nationale Supérieure d’Ingénieurs Électriciens de Grenoble
INTRODUCTION
Afin d’étayer les méthodes présentées dans l’article [D 3 071] « Modélisation PEEC des connexions dans les convertisseurs de puissance », une application concrète, un onduleur de 200 kVA, est modélisée. Lorsque l’on cherche des formes d’ondes en commutation dans ce type d’application, la modélisation des semi-conducteurs (transistors et diodes) est tout aussi importante que la modélisation du câblage. Toutefois, dans cet article, seule la modélisation du câblage est traitée et présentée. La simulation temporelle utilisera les modèles « standards » du logiciel SABER.
La méthode PEEC, même si elle est assez simple sur le plan conceptuel, est d’une mise en œuvre assez délicate. En effet, le maillage engendre un grand nombre d’éléments géométriques, dont il faut évaluer l’impédance et les couplages. Ces éléments doivent être réagencés dans un schéma électrique correspondant à la réalité du circuit.
Le but de cet article est donc d’indiquer comment appliquer la méthode PEEC à un cas industriel. Les auteurs tiennent à remercier vivement la société MGE UPS System qui a fourni l’exemple de l’onduleur triphasé 200 kVA [1]. Compte tenu du niveau de puissance, plusieurs éléments sont associés en parallèle : condensateurs, modules IGBT... Le câblage peut être déterminant quant à la répartition des courants dans ces composants en parallèle, ce qui justifie une étude approfondie. Par ailleurs, les commutations d’électronique de puissance à l’origine de variation de courant pouvant atteindre 5 000 A/µs, les inductances de câblage par les surtensions qu’elles engendrent doivent être caractérisées avec une grande précision.
L’article fournit des indications sur la mise en œuvre de la méthode, puis décrit l’onduleur, sa modélisation et les résultats qui peuvent en être tirés. En fin d’article, des éléments complémentaires sont donnés, traitant de cas particuliers non abordés dans l’étude de l’onduleur.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de mars 2021 par James ROUDET, Edith CLAVEL, Jean-Michel GUICHON, Jean-Luc SCHANEN
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Conclusion3. Cas pertinents
Ce paragraphe a pour but de répondre à un certain nombre de questions que peuvent se poser des utilisateurs de cette méthode. Par exemple, quel est le comportement de grandeurs recherchées en cas d’un sous-maillage, comment mailler tel ou tel type de géométrie, etc.
3.1 Cas du sous-maillage
Afin d’illustrer le comportement lorsque la discrétisation de la géométrie est insuffisante, un exemple simple va être traité. Son schéma électrique équivalent (R, L, M) sera évalué. Pour cela, deux conducteurs d’épaisseur faibles sont utilisés (afin que la densité de courant dépende d’une seule dimension). La figure 13 présente le dispositif simulé avec le maillage associé.
L’ensemble des subdivisions d’un même conducteur issu d’un maillage 1D est relié par une équipotentielle.
La figure 14 présente les variations en fonction de la fréquence de l’impédance (résistance et inductance) pour différents maillages arithmétiques.
La figure 14 montre que plus le dispositif est maillé plus les résultats sont précis. Toutefois, quelques remarques sont à formuler :
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la résistance d’un conducteur ne fait qu’augmenter en fonction de la fréquence. En effet, l’effet de peau conduit à faire circuler le courant sur la périphérie du conducteur en utilisant une surface de plus en plus faible. Par conséquent, il sera toujours possible de trouver une valeur de fréquence pour laquelle le maillage est insuffisant. Toutefois il est nécessaire de rappeler que le domaine de fréquence de la méthode est limité de par les hypothèses de construction des formulations présentées ;
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contrairement à la résistance, l’inductance tend vers une valeur constante en fonction de la fréquence. Par conséquent, il est possible de trouver un maillage correct quelle que soit la fréquence désirée ;
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un sous-maillage du problème conduit à sous-évaluer la résistance et à surévaluer l’inductance du câblage....
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Cas pertinents
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (C.), SCHANEN (J.L.), VERDIERE (F.), PASTERCZYK (R.) - Modélisation de l’ensemble de la connectique d’un onduleur triphasé de 200 kVA - . EPF’02, Déc. 2002, Montpellier.
-
(2) - CLAVEL (E.), SCHANEN (J.L.), ROUDET (J.) - Case impedance determination for power electronic components - . IEEE ICEAA’95, Turin, Septembre 1995, pp 121-154.
-
(3) - CLAVEL (E.), ROUDET (J.), SCHANEN (J.L.), HUBLIER (P.) - Modeling and electrical simulation of busbar - . IEEE PCIM’96, Nuremberg, Mai 1996, pp 747-752.
-
(4) - CLAVEL (E.), SCHANEN (J.L.), ROUDET (J.), FONTANET (A.) - Influence of the cabling geometry on paralleled diodes in a high power rectifier - . IEEE IAS’96, San Diego, Octobre 1996, pp 993-998.
-
(5) - GUICHON (J.M.), BESACIER (M.), SCHANEN (J.L.), CLAVEL (E.), GELET (J.L.) - Current evaluation inside a power fuse - . IEEE PES – TD, Marina Del Rey (U.S.A), Mai 2002.
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