O. RIEUX, "Convertisseur continu-continu isolé à large plage de tension d'entrée : conception d'une alimentation 36 kW pour auxiliaire ferroviaire", 8 novembre 2000, 212 pages.
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Titre : O. RIEUX, Convertisseur continu-continu isolé à large plage de tension d'entrée : conception d'une alimentation 36 kW pour auxiliaire ferroviaire, 8 novembre 2000, 212 pages.

Cité dans : [DIV189]  Recherche sur l'auteur Thierry MEYNARD, mai 2003.
Cité dans :[THESE093]

Auteur : Olivier Rieux - Ingénieur Supelec

Info : Numéro de notice : 059556544
Directeur : Philippe Ladoux, Thierry Meynard
Lieu : Université de Institut National Polytechnique Toulouse.
Date : 2000
Editeur : [S.l.] : [s.n.]
Description : XII-212 p. : ill. ; 30 cm
Thèse : Thèse doctorat : Génie Électrique : Toulouse, INPT : 2000
Notes : Bibliogr. p. 187-189
Sujets : Électronique de puissance - Commutation (électricité) - Thyristors - Haute tension - Transports ferroviaires - Inductance.
Langue : Français
Vers : Table des matières
Vers : Bibliographie
Vers : Commentaires

Président : Robert BAUSIERE
Rapporteur : James ROUDET
Co-directeur : Philippe LADOUX
Co-directeur : Thierry MEYNARD
Industriel : Philippe AUBIN
Examinateur : Yvon CHERON
Examinateur : Marc DEBRUYNE
Examinateur : Henri FOCH

Résumé :
Cette thèse relate les travaux effectués dans le cadre
d'un contrat de collaboration entre la société FAIVELEY
Transport et le Laboratoire d'Électrotechnnique et
d'Électronique Industrielle. Ces travaux et ce contrat
s'inscrivent dans une convention CIFRE. L'objet de ces
travaux est l'étude d'un convertisseur destiné à
alimenter un groupe de climatisation ferroviaire à partir
de la tension caténaire. Il s'agit d'un convertisseur
continu-continu avec une tension d'entrée variable de 2 à
5 kV et une tension de sortie de 600 V. Ce mémoire
présente la démarche de conception, qui aboutit à un
principe de conversion original. Ce principe est basé sur
une association série d'onduleurs à thyristors duaux et
sur une commande coopérative de ces onduleurs permettant,
entre autres, l'absorption des variations de tension
d'entrée. Ce mémoire détaille également le
fonctionnement et les règles de conception des
convertisseurs basés sur ce principe. Des études
corollaires sont également présentées sur des sujets tels
que la reconfiguration in situ du convertisseur pour
d'autres tensions caténaires ou la possibilité de
fonctionner en cas de défaut. Le fonctionnement d'un tel
convertisseur a été étudié en simulation, ce qui a
permis de valider aussi bien le schéma de puissance que les
modes de commande. Il a été procédé en outre à des
expérimentations permettant de valider la faisabilité d'un
composant critique de la structure : l'inductance saturable.

Mots_clefs : Electronique de puissance. Multiniveaux. Commutation douce. Isolement galvanique. Thyristor dual. Inductance saturable. Haute tension. Chemin de fer.

Abstract :
Insulated DC-to-DC Converter with Wide Input Voltage Range
This thesis presents the research that has been carried out in the context of a collaboration contract between the FAIVELEY Transport company and the Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle Laboratory.
The goal of this research is the study of a converter that feeds a railway air conditioning unit, and that is fed by the overhead line voltage. It's an insulated DC-to-DC converter, of which input voltage varies from 2 to 5 kV, and output voltage is 600 V.
This document introduces and justifies an original energy conversion principle. This principle is based on a series association of ZVS inverters, and a co-ordinated control that takes up the input voltage variations. This document also exposes detailed operation, and design rules applicable to converters based on this principle. Related studies are presented too, on such subjects as in situ reconnection of inverters for adapting to other overhead line types, or fault tolerance.
Operation of a such converter has been studied by simulation, thus validating both the topology and the control modes. Experiments have also been carried out to check feasibility of a critical component of the structure: the saturable inductor.

Keywords : Power electronics. Multilevel. Soft switching. Galvanic insulation. Dual thyristor. Saturable inductor. High voltage. Railway

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Table des matières

TOP

Nomenclature 1
Introduction 3
Vers : I Etude globale 5
Vers : II Etude détaillée 51
Vers : III Mise en oeuvre 141
Vers : IV Bilan et perspectives 175

I Etude globale 5

TOP

1 Demande Industrielle 7 i
1.1 Contexte 7
1.2 Cahier des charges principal 7
1.3 Fonctionnement Ii1ultitension et marche dégradée 9
1.4 Répartition des rôles entre filtre d'entrée et électronique 11

2 Fixons quelques caractéristiques 15
2.1 Mise en série 15
2.2 Usage de l'alternatif 18
2.3 Onduleur de tension ou commutateur de courant. 19
2.4 Commutation douce 20
2.5 Point sur l'onduleur 24
2.6 Généralités sur l'onduleur de tension a thyristor dual. 25
2.7 Pont complet ou demi-pont 26
2.8 Structure directe ou indirecte 27
2.9 Redresseur commande ou a diodes. 29
2.10 Bilan 30

3 Construction du convertisseur c 31
3.1 Point de départ 31
3.2 Mise en série en entrée 32
3.3 Raccordement en aval ...33
3.4 Comment réguler la tension a vide et a très faible charge. 34
3.5 Comment réduire la contrainte en tension sur le(s) redresseur(s) 39
3.6 Bilan des candidats 41
3.7 Utilisation d'un hacheur de tête 41
3.8 Convertisseur résonnant série parallèle 42
3.9 Conclusion. 43
4 Principe de conversion retenu 45
4.1 Structure. 45
4.2 Fonctionnement 47
4.3 Points forts et points faibles 50


II Etude détaillée 51

TOP

1 Etude du fonctionnement mono-tension en régime permanent 53
1.1 Généralités sur les formes de tensions délivrées par les onduleurs 54
1.2 Variation de fréquence 58
1.3 Influence des transformateurs, conditions de commutation. 58

2 Motifs de commutation 73
2.1 Objectifs 73
2.2 Motifs retenus (en régime permanent) 74
2.3 Gestion des transitoires 85

3 Problèmes quantitatifs 91
3.1 Choix du couple (N; Calibre des IGBTS) 91
3.2 Tension sur le redresseur .92
3.3 Choix de la capacité snubber. 94
3.4 Choix de la fréquence de fonctionnement 94
3.5 Conditions de commutation. 95
3.6 Compromis de dimensionnement inhérent aux conditions de commutation. 102
3.7 Dimensionnement numérique. 106

4 Etude des phénomènes dynamiques 111
4.1 Régulation de la tension de sortie. 111
4.2 Prise en compte du filtre d'entrée 125
4.3 Equilibrage des tensions d'entrée d'onduleurs 126

5 Démarrage, gestion des défauts et fonctionnement en multi-tension 129
5.1 Mode de démarrage 129
5.2 Gestion des défauts d'onduleur 131
5.3 Reconfiguration ,..133


III Mise en oeuvre 141

TOP

1 Technologie 143
1.1 Réalisation de l'inductance saturable. 143
1.2 Choix du modèle des IGBTS 149
1.3 Tension appliquée sur les thyristors duaux 151
1.4 Choix du modèle des diodes du redresseur 153
1.5 Protection 153
1.6 Condensateurs non linéaires 154
1.7 Commande éloignée 155

2 Expérimentations 157
2.1 Dispositif expérimental. 157
2.2 Résultats. 163


IV Bilan et perspectives 175

TOP

1 Etat des travaux 177
1.1 Définition et connaissance qualitatives du convertisseur 177
1.2 Prise en compte des données numériques 178

2 Modifications envisageables 179
2.1 Nouveau motif de commutation. 179
2.2 Commutation dure 179
2.3 Inductance réglable 180

Conclusion générale 183
Bibliographie 187
Annexes 193
A Justification du fonctionnement 193
A.l Principe d'addition (objectif principal1) 193
A.2 Principe d'addition (objectif principal 2) 194
A.3 Périodicité des grandeurs redresseur 194
A.4 Périodicité des grandeurs onduleurs 196
A.5 Egalité des puissances onduleurs 196
A.6 Permutations circulaires 198
A.7 Conditions de commutation. 198
A.8 Utilisation du transformateur 200
A.9 Polyvalence des motifs 200
A.10 Récapitulation. 200
B Programme de commande utilise en simulation et documentation associée 203
C Schéma du boîtier de coupure 205
D Documentation du tore de l'inductance saturable 207
E Documentations des IGBTs concurrents 209
F Documentations des diodes concurrentes 211
G Norme de l'Union Internationale des Chemin de fer UIC 550-1 213

  [1] :  [DIV358]  UIC-550, Installation pour l'alimentation en énergie électrique du matériel voyageur, Norme de l'Union Internationale des Chemin de fer, 9e édition, 1er janvier 1994.


Bibliographie

TOP

Références : 37
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  [2] :  [PAP158]  -------
  [3] :  [PAP158]  -------
  [4] :  [PAP158]  -------
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 [10] :  [PAP158]  -------
 [11] :  [PAP158]  -------
 [12] :  [PAP158]  -------
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 [16] :  [PAP510]  W. MELHEM, F. FOREST, S. CAZABAT, J. GONZALES, J. COURAULT, H. POULIQUEN, Convertisseur à IGBTs de forte puissance (1000 V - 1000 A) à commutations quasi-résonnantes. EPF, 1996, pp. 199-204.
 [17] :  [PAP158]  -------
 [18] :  [PAP158]  -------
 [19] :  [PAP158]  -------
 [20] :  [PAP158]  -------
 [21] :  [PAP158]  -------
 [22] :  [PAP158]  -------
 [23] :  [PAP158]  -------
 [24] :  [PAP158]  -------
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 [36] : [99ART124] J.-L. SANCHEZ, M. BREIL, J.-P. LAUR, P. AUSTIN, J. JALADE, F. ROSSEL, H. FOCH, Functional Integration for New Power Switches Design: Example of the Thyristor Dual Function, EPE'99, papier 530, 13 pages, 7-9 septembre 1999.
 [37] :  [PAP158]  -------


Commentaires

TOP

Voir l'annexe norme UC 550
Voir la présentation globale, chapitre 1, page 7 à 11 : ligne de train
Tensions caténaires EUROPE :
1500 VDC - 3000 VDC - 15 kV 16 2/3 Hz - 25 kV 50 Hz
Lignes de train normalisées :
1000 V 16 2/3 Hz - 1000 V 50 Hz - 1500 V 50 Hz - 1500 VDC - 3000 VDC
Il manque la page 14 !
Définition ZVS et ZVC pahe 20 : commutation au 0 de la tension en mode ZVS.
Partie II - Chpitre 4 - page 111 : Mmodélisation dynamique du convertisseur (voir la chute de tension inductive).
Simulation, pour Is variable, de la chute de tension résultante totale en boucle ouverte.
Modélisation en conduction discontinue.
Question : schémas et valeurs des composants d'un filtre UIC ???
[27] : schéma de la commande EPE 1999


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