Article

1 - MÉTHODOLOGIE DE MODÉLISATION

2 - APPLICATIONS EN SIMULATION TEMPORELLE

3 - ANALYSE, DIMENSIONNEMENT ET OPTIMISATION DES INTERCONNEXIONS

4 - CONSEILS D’USAGE ET QUESTIONS FRÉQUENTES SUR LA MÉTHODE PEEC

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : D3072 v2

Apports et conseils sur l’usage de la méthode PEEC en électronique de puissance

Auteur(s) : James ROUDET, Edith CLAVEL, Jean-Michel GUICHON, Jean-Luc SCHANEN

Date de publication : 10 mars 2021

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NOTE DE L'ÉDITEUR

Cet article est la version actualisée de l’article [D 3 072] intitulé « Application de la méthode PEEC au câblage d’un onduleur triphasé » rédigé par James ROUDET, Edith CLAVEL, Jean-Michel GUICHON et Jean-Luc SCHANEN en 2004

26/02/2021

RÉSUMÉ

Cet article présente l'application de la méthode PEEC pour traiter des cas industriels. Un onduleur de 200 kVA servira de fil conducteur à l'illustration, même si d'autres exemples sont également cités pour montrer l'ensemble des bénéfices qui peuvent être tirés de cette méthode. Celle-ci peut être utilisée pour analyser et concevoir des interconnexions d’électronique de puissance ou d’électrotechnique sur des critères d'impédances, de répartition optimale du courant, ou pour servir à générer un schéma électrique équivalent en vue d'une simulation temporelle. En fin d’article, des éléments complémentaires sont donnés, pour faciliter la mise en œuvre de la méthode, soit au niveau du maillage, soit pour pouvoir décrire la géométrie en blocs indépendants.

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ABSTRACT

Advantages of PEEC method in power electronics- useful tips

This article introduces how to use the PEEC method in industrial study cases. À 200 kVA inverter will be used as the main illustration, even if other examples will be provided, in order to show all possible results which can be brought by the method. The user can perform an analysis or a design of interconnections with respect to impedance criterion or optimal current density. It is also possible to export an electrical equivalent circuit, which can be simulated in the time domain, using the other devices models. At the end of the paper, more content is provided in order to facilitate the use of PEEC method, in terms of smart meshing, or description of the geometry using separated blocks.

Auteur(s)

  • James ROUDET : Professeur à l’Université Grenoble Alpes Université Grenoble Alpes CNRS G2ELab, Grenoble France

  • Edith CLAVEL : Maître de conférences à l’Université Grenoble Alpes Université Grenoble Alpes CNRS G2ELab, Grenoble France

  • Jean-Michel GUICHON : Maître de conférences à l’Université Grenoble Alpes Université Grenoble Alpes CNRS G2ELab, Grenoble France

  • Jean-Luc SCHANEN : Professeur à Grenoble-INP, Institut d’Ingénierie de l’Université Grenoble Alpes Université Grenoble Alpes CNRS G2ELab, Grenoble France

INTRODUCTION

Afin d’étayer les méthodes présentées dans l’article [D 3 071] « Modélisation PEEC des connexions dans les convertisseurs de puissance », nous allons présenter des cas d’applications concrets permettant d’illustrer précisément les résultats que l’on est en droit d’attendre de la méthode.

La première partie de cet article présente les différentes étapes de la modélisation, de manière assez générique quel que soit l’outil informatique utilisé.

La deuxième partie montre plusieurs applications de la méthode. L’analyse la plus fréquente consiste à obtenir les formes d’ondes précises en commutation, afin de vérifier des points aussi capitaux que les surtensions aux bornes des semi-conducteurs, les répartitions dynamiques du courant entre différents éléments en parallèle, les pertes dans les divers composants du convertisseur... Tous ces aspects sont déterminés non seulement par le comportement des composants mais aussi par celui du câblage qui est parfois primordial, et ce d’autant plus que les vitesses de commutation ne cessent d’augmenter avec les semi-conducteurs actuels. Il est donc capital de disposer des modèles de chacun des acteurs. Dans cet article, nous montrerons des exemples tirés de cas industriels, et utiliserons pour les composants des modèles « standards » des logiciels de simulation du commerce. Nous focaliserons notre attention sur la manière de représenter le câblage. En effet le maillage utilisé dans la méthode PEEC engendre un grand nombre d’éléments géométriques, dont il faut évaluer l’impédance et les couplages : il n’est pas envisageable d’utiliser ces éléments tels quels dans une simulation temporelle, qui deviendrait beaucoup trop lourde à gérer, combinée aux modèles de composants. Les éléments issus du maillage doivent donc être ré-agencés dans un schéma électrique correspondant à la réalité du circuit.

Une autre utilisation de la méthode PEEC peut consister à étudier des éléments de câblage spécifiques, pour analyser par exemple la valeur de leur impédance, vérifier des conditions de symétrie ou étudier la densité de courant pour optimiser sa répartition et donc le bon usage du conducteur. Enfin, il est également possible d’obtenir par la méthode PEEC une cartographie du champ magnétique généré par une structure tridimensionnelle complexe.

Dans une dernière partie, l’article donnera quelques conseils pour utiliser judicieusement la méthode PEEC. Nous montrerons notamment comment utiliser la connaissance du trajet du courant pour mailler avec pertinence, nous expliquerons à quelle fréquence générer les schémas électriques équivalents, et comment aborder la modélisation d’un système industriel complet en séparant la géométrie en plusieurs parties distinctes, en déterminant celles qui sont peu couplées.

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KEYWORDS

power electronics   |   stray inductance   |   cabling   |   busbar

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-d3072


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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, Montpellier, décembre 2002.

  • (2) - SCHANEN (J.L.), GUICHON (J.M.), ROUDET (J.), DOMENECH (C.), MEYSENC (L.) -   Impact of the physical layout of high current rectifiers on current division and magnetic field using PEEC method.  -  IEEE trans on IAS, vol. 46, n° 2, p. 8792-8900, mars-avril 2010.

  • (3) - GUICHON (J.M.) -   Modélisation, caractérisation, dimensionnement de jeux de barres.  -  Thèse de doctorat Université Grenoble Alpes, 19 novembre 2001.

  • (4) - MARTIN (C.), GUICHON (J.M.), SCHANEN (J.L.), PASTERCZYK (R.) -   Planar busbar optimization regarding current sharing and stray inductance minimization.  -  EPE’05, Dresden, septembre 2005.

  • (5) - SCHANEN (J.L.), JEANNIN (P.O.) -   Integration solutions for clean and safe switching of high speed devices.  -  IEEE CIPS 2018, Stuttgart,...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Outils informatiques implémentant cette méthode (liste non exhaustive)

Flux PEEC : cet outil (anciennement InCa 3D) est co-développé entre le G2ELab et la société Altair https://www.altair.com/resource/conductor-impedance-and-near-field-simulation-using-altair-flux

Fasthenry : cet outil existe en version libre. Il a été développé au MIT dans les années 1990 https://www.fastfieldsolvers.com/fasthenry2.htm

Ansys Q3D Extractor

Outil intégré dans la suite Ansoft https://www.ansys.com/fr-fr/products/electronics/ansys-q3d-extractor

3D PEEC Solver – EMCoS https://www.emcos.com/?products=emcos-studio/solvers-and-numerical-methods/3d-peec-solution

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