Conception par optimisation de convertisseurs statiques pour applications mono-convertisseur multi-machines séquentielles ; contribution à l'optimisation du placement-routage.

par Christophe Ledoux

Thèse de doctorat en Energie (SPI)

Sous la direction de Jean-Luc Thomas.

Soutenue le 11-12-2012

à Supélec , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Supélec Sciences des Systèmes - EA4454 / E3S (laboratoire) .

Le président du jury était Hervé Morel.

Le jury était composé de Jean-Luc Schanen, François Forest, Eric Labouré, Chérif Larouci, Pierre Lefranc, Jean-Claude Vannier.

Les rapporteurs étaient Jean-Luc Schanen, Yvan Lefèvre.


  • Résumé

    Les systèmes électriques sont de plus en plus présents dans les applications embarquées. Ils remplacent les systèmes mécaniques ou hydrauliques. Dans le cas du remplacement d'un système hydraulique par un système électrique, le gain de masse n'est pas significatif mais peut devenir plus important en mutualisant l'onduleur. L'objectif des travaux de thèse qui s'intègre dans le cadre du projet CISACS est de développer une méthodologie de pré-dimensionnement de l'étage de puissance en considérant des contraintes multi-physiques et en intégrant le choix technologiques des composants. Le premier chapitre, à travers le contexte et les objectifs du projet CISACS, introduit la problématique de conception de convertisseurs statiques à embarquer au sein de futurs avions plus électrique. Dans le deuxième chapitre, une analyse fonctionnelle et dysfonctionnelle de certaines architectures adaptées à une application de type CISACS est effectuée. Trois architectures sont considérées : structure classique à N convertisseurs, une architecture mono-convertisseur-aiguilleur et une structure d'un convertisseur matriciel. Dans le troisième chapitre, nous proposons une méthodologie de pré-dimensionnement progressif de convertisseurs statiques par optimisation sous contraintes multi-physiques. Grâce à cette méthodologie, le choix des composants actifs et passifs est automatisé. Afin d'affiner le pré-dimensionnement de la structure de puissance retenue, nous proposons dans le dernier chapitre une méthodologie de placement-routage des semi-conducteurs de puissance sur dissipateur plan. La modélisation mise en oeuvre fait intervenir les aspects électrique-thermique-géométrique du système.

  • Titre traduit

    Conception by optimization of static converters for applications mono-converter sequential multi-machines; contribution to the optimization of the placement-layout


  • Résumé

    Electric systems are more and more present in embedded applications. They replace mechanic or hydraulic systems. Regarding the replacement of a hydraulic system by an electric one, the mass profit is not significant but can be more considerable by mutualizing the inverters. The aim of that thesis’ work, which fit in as part of CISACS projects, is to develop a pre-sizing methodology of the power floor by considering multi-physics torsions and including the technical choices of components. The first chapter, through the context and the objectives of CISACS project, introduces the problematic of the conception of the static converters to load within future more electrified airplanes. In the second chapter, a functional and dysfunctional analysis of some sort of adjusted architecture to an application such as CISACS is done. Three architectures are considered: the first one, a classic structure with N converters, the second one a mono-points converters and the last one a structure of a matrix converters. In the third chapter, a progressive pre-sizing methodology of static converters by optimization under multi-physical constraints is proposed. Thanks to this methodology, the choice of the active and passive components is automated. In order to refine the sizing of the structure of retained power, we suggest in the last chapter a methodology of placement-layout of the semiconductors of power on sink plan. The implementation of the modelling calls on the electric-thermic-geometric aspects of the system.


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