Les pertes dans les condensateurs bobines utilisées en électronique de puissance : mesure calorimétrique et modélisation

par Bruno Seguin

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Jean-Pierre Gosse.

Soutenue en 1997

à Grenoble INPG , en partenariat avec Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble) (laboratoire) et de Laboratoire d'Electrostatique et des matériaux diélectriques, LEMD (laboratoire) .


  • Résumé

    Les pertes dans les condensateurs bobinés utilisés en électronique de puissance : Mesure calorimétrique et modélisation L'échauffement des condensateurs utilisés en électronique de puissance, est dû aux pertes électriques. Que l'on représente généralement par une résistance série équivalente ESR. La faiblesse du rapport P/Q (=tan5, facteur de dissipation) entre la puissance dissipée et la puissance réactive mise en jeu par le composant (HT* à 10':), rend difficile la mesure de ESR par des méthodes classiques. Pour mener à bien cette mesure, un dispositif calorimétrique a été conçu. D permet de caractériser avec précision des condensateurs à très faibles pertes (tanS < 5. 10"4) comme les condensateurs bobinés à films de polypropylène. Les condensateurs peuvent être testés en régime sinusoïdal sous tension nominale, dans la gamme de fréquence 1 kHz-1 MHz, et pour des températures comprises entre -50°C et +100°C. Différents condensateurs bobinés utilisant comme matériau diélectrique Je polypropylène, le polycarbonate et le polyéthylène théréphtalate, ont ainsi été caractérisés. Les pertes dans le matériau diélectrique et les pertes dans les parties métalliques des composants ont été séparées, ce qui nous a permis d'étudier les variations du facteur de dissipation tan5 de ces polymères avec la température, pour différentes fréquences. A partir de ces résultats expérimentaux, un circuit équivalent, composé d'éléments passifs R, L et C, a été proposé pour modéliser les variations de ESR avec la fréquence, pour différentes températures. Cette modélisation a été validée pour les régimes non sinusoïdaux de l'électronique de puissance, en comparant les résultats de mesures calorimétriques de pertes sur des condensateurs en fonctionnement dans des convertisseurs statiques, avec les évaluations de ces pertes par simulation utilisant le circuit équivalent proposé

  • Titre traduit

    Losses in wound capacitors used in power electronic : calorimetric measurement and modelling


  • Résumé

    Losses in wound capacitors used in power electronic : calorimetric measurement and modelling The heating of capacitors used in power electronic, is a conséquence of the electrical losses, which are usualy represented by an Equivalent Séries Résistance ESR. The ratio P/Q (=tan5, dissipation factor), berween the dissipated power P and Oie reactive power Q, is so weak (10"1 to I0"2) thaï the measurement of ESR by classical means becoraes very difficult. An expérimental device based on calorimetry hâve been built in order to carry oui this measurement. It allows a characterizarion of very low-loss capacitors (tan5 < 5. 10"4), such as wound PP capacitors. The capacitors can be tested under rated voltage, from IfcHz to 1MHz, while the test température is kept berween -50°C and +100°C. Various wound capacitors made with différent dielectric materials : PP. PC and PET hâve been characterized. Losses in the dielectric material and those in metalic parts of thé components hâve been separated. Which allowed us to study the dissipation factor tanS of thèse polymers as a fonction of température, for few frequencies. According to thèse results, an équivalent circuit composed of R, L and C éléments, hâve been pioposed in order to modelize the ESR variations with frequency. This mode! bave been validatcd for non sinusoïdal voltages, such as those existing in power electronic, by comparison between a calorimetric measurement of the losses in capacitors, and their évaluation by simulation using the équivalent circuits

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Informations

  • Détails : 1 vol. (193 p.)
  • Annexes : 80 REF.

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