Présentation

Article

1 - MESURES À ENTREPRENDRE

  • 1.1 - Caractérisation d’un système linéaire passif à entrées multiples
  • 1.2 - Intérêt des mesures à vide et en court-circuit

2 - CHOIX DU MATÉRIEL ET PRÉCAUTIONS EXPÉRIMENTALES

3 - IDENTIFICATION EXPÉRIMENTALE DE LA PARTIE INDUCTIVE

4 - IDENTIFICATION EXPÉRIMENTALE DE LA PARTIE CAPACITIVE

5 - IDENTIFICATION COMPLÈTE D'UN TRANSFORMATEUR PLANAR À 3 ENROULEMENTS

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D3059 v1

Conclusion
Transformateurs HF à  enroulements - Identification expérimentale

Auteur(s) : Jean-Pierre KÉRADEC

Date de publication : 10 févr. 2009

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Cet article vise principalement les transformateurs à n enroulements transmettant de 1 W à 10 kW et fonctionnant entre 10 kHz et 10 MHz. Des méthodes permettant d'identifier tous les éléments de ces circuits sont décrites. Elles s'appuient exclusivement sur des mesures d'impédances ne nécessitant aucun démontage du composant.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

This article focuses on n-winding transformers producing between 1 to 10 KW and operating between 10 kHz to 10 MHz. It also describes methods which allow for the identification of each component of these circuits. They are exclusively based upon impedance measures which do not require the dismantling of the component

Auteur(s)

  • Jean-Pierre KÉRADEC : Professeur à l'Université Joseph Fourier de Grenoble - Chercheur au Laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2 Elab/UMR 5269 INPG UJF-CNRS)

INTRODUCTION

Ce dossier est la suite du dossier . Tous deux visent, principalement, les transformateurs à n enroulements transmettant de 1 W à 10 kW et fonctionnant entre 10 kHz et 10 MHz. Le dossier  présente des circuits équivalents à constantes localisées, exploitables par les logiciels de simulation électronique, qui traduisent le comportement électrique de ces composants. Dans le présent dossier , des méthodes permettant d’identifier tous les éléments de ces circuits sont décrites. Elles s’appuient exclusivement sur des mesures d’impédances ne necessitant aucun démontage du composant.

Les transformateurs sont présents dans de très nombreux domaines de l’électricité et de l’électronique. Ces composants passifs permettent d’adapter, avec un fort rendement énergétique, les niveaux de tension et de courants aux besoins de l’utilisation et, qui plus est, ils procurent une isolation galvanique entre leur entrée et leur sortie. Ces deux propriétés, jointes au fait qu’il peuvent temporairement stocker de l’énergie, en font des composants clés de l'électronique de puissance. Dans le dossier , nous avons appris à décrire le comportement électrique de ces composants, dans toutes les conditions rencontrées en électronique, par des circuits équivalents à constantes localisées. Bien que ces circuits concernent essentiellement les transformateurs utilisés dans les convertisseurs de l’électronique de puissance, la généralité des approches adoptées est telle qu’ils ont déjà été appliqués avec succès à des domaines très éloignés de celui des convertisseurs comme la réponse d’un transformateur de 1 MVA aux ondes de foudre ou la réponse fréquentielle d’une tête de lecture submillimétrique de disque dur.

La représentation obtenue ne constitue pas une modélisation complète du composant. Elle permet ni de savoir comment il rayonne, ni quelle température atteignent les enroulements ni comment se répartit le courant entre les brins d’un fil de Litz. En revanche, ce circuit constitue une représentation synthétique et précise du comportement électrique du composant au sein d’un montage, bien utile dans de nombreuses circonstances. Il présente notamment l’avantage d’être compatible avec l’utilisation de tous les logiciels de simulation électronique comme PSpice, Simplorer, Portunus,..., (cf. ). Avec lui, on peut étudier le comportement temporel du composant au sein de n’importe quel montage électronique.

Dans ce dossier, nous allons montrer comment on identifie les éléments de ces circuits équivalents, en partant de mesures d’impédances relevées sans démonter le composant. Tous les aspects pratiques de cette identification sont abordés : quels paramètres mesurer, quel matériel de mesure choisir, comment s’assurer de la qualité des mesures, quelle précision espérer dans le meilleur des cas. Toutes ces questions sont abordées. Pour illustrer la démarche, deux transformateurs sont identifiés. Un transformateur à deux enroulements, présentant des impédances faciles à mesurer, illustre l’identification de la partie magnétique. Cet exemple montre aussi comment on peut tenir compte de la variation fréquentielle d’une inductance.

Pour conclure ce dossier, nous procédons à l’identification complète (incluant celle du couplage capacitif) d’un transformateur à trois enroulements, dont les impédances sont difficiles à mesurer. Cette étude met l’accent sur les limites expérimentales, sur les précautions permettant de les repousser aussi loin que possible et sur la précision obtenue. Une très bonne précision est obtenue, du continu jusqu’à 30 MHz, avec un circuit défini par seulement 29 paramètres. Toutefois, lorsque l'exigence de précision est moins pressante ou que le domaine fréquenciel à couvrir est moins large, l'identification présentée peut-être arrêtée avant la fin. Le circuit obtenu se caractérise alors par moins de paramètres.

Afin d’éviter ou de limiter la construction de prototypes, on peut envisager d’étudier un transformateur en le simulant à l’aide d’un logiciel à éléments finis ou en résolvant des équations de façon analytique. Dans les deux cas, il faut savoir comment conclure une telle étude. Pour parvenir à des conclusions pratiques, connaître un champ ou une énergie ne suffit pas. En revanche, déduire de ces études les valeurs des éléments du circuit équivalent ouvre la possibilité d’exploiter ce circuit dans une simulation électronique pour prévoir le comportement du composant dans les conditions où il est utilisé. Le circuit équivalent apparaît ainsi comme le maillon irremplaçable par lequel les études électromagnétiques communiquent efficacement avec la simulation électronique. Plus précisément, les diagrammes de Bode d’impédances (que nous relevons expérimentalement dans ce dossier) peuvent être déduits d’études (informatiques ou analytiques) d’électromagnétisme. Les méthodes d’identification expérimentale exposées ici, qui s’appuient sur ces diagrammes, peuvent être utilisées pour conclure les calculs d’électromagnétisme par les valeurs des éléments du circuit équivalent .

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3059


Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

6. Conclusion

La méthode d'élaboration des circuits équivalents présentée dans le dossier  repose, concernant les couplages inductifs et capacitifs, sur des bases physiques solides et très générales. Les modèles qui en découlent ne seront pas remis en cause rapidement, même pour représenter des dispositifs présentant des couplages faibles. En revanche, la façon d'introduire les pertes dans ces circuits a été justifiée par des arguments multiples, adaptés à chaque type de pertes : une approche générale reste à construire. Une telle approche permettrait de répondre, par exemple, à la question toujours ouverte aujourd'hui : en présence de très fortes pertes par courants induits, les rapports de couplage restent-ils indépendants de la fréquence ? Il faut cependant ramener cette réserve à sa juste place : un transformateur est en général conçu pour offrir un fort rendement énergétique, ses faibles pertes ne remettent pas en cause la représentation des couplages réactifs et, dans ces conditions, nos modèles montrent un comportement très proche de celui observé expérimentalement.

Une méthode pratique d'évaluation des éléments du circuit équivalent d'un transformateur à n enroulements a été présentée dans ce dossier. Elle est basée uniquement sur des mesures d'impédances large bande, réalisées sans démonter le composant. Le modèle à constantes localisées obtenu rend compte de nombreux phénomènes physiques, incluant même les variations fréquentielles lentes de différents éléments (inductances et, parfois, capacités). La modélisation d'un composant LCT (composant qui intègre inductance, capacité et transformateur), avec prise en compte des pertes capacitives, est traitée dans . Le modèle obtenu est fiable jusqu'à au moins une décade au-dessus de la fréquence maximale de travail et, souvent, bien plus loin. En pratique, nous n'avons jamais été contraints de renoncer à une représentation à constantes localisées pour atteindre cette limite fréquentielle de validité. En revanche, il est difficile de chiffrer, avant la mesure, la fréquence maximale de travail. Tout au plus, on peut dire qu'elle s'abaisse lorsque la puissance nominale du composant croît ou que ses rapports de transformation sortent de l'intervalle [1/50 ; 50].

Les circuits équivalents, introduits dans le dossier  et identifiés...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Conclusion
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Impedance Measurement Handbook  -  Agilent, ref. 5950-3000 (17 Dec. 2003).

  • (2) -   8 Hints for Successful Impedance Measurements  -  Agilent, Application Note 346-4 06/00.

  • (3) - MARGUERON (X.) -   Elaboration, sans prototypage, du circuit équivalent d'un transformateur planar  -  Thèse de l'Université Joseph Fourier, G2ELab, Grenoble (31 Octobre 2006).

  • (4) - MARGUERON (X.), KERADEC (J.P.) -   Identifying the magnetic part of the equivalent circuit of n-winding transformer  -  IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements, vol. 56, n° 1, pp. 146-152 (Feb. 2007).

  • (5) - AYANT (Y.), BORG (M.) -   Fonctions spéciales à l'usage des étudiants en Physique  -  Dunod Université, Paris 1971.

  • (6) - LAOUAMRI (K.), KERADEC (J.P.), FERRIEUX (J.P.), BARBAROUX (J.) -   Design and identification of an...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS