Modélisation des perturbations électromagnétiques dans les convertisseurs statiques pour des applications aéronautiques

par Clément Marlier

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Nadir Idir et de Arnaud Videt.


  • Résumé

    Depuis les années 1990, l’énergie électrique a tendance à supplanter les autres énergies de servitude à bord des avions. Ceci offre des gains notables en termes de poids, volume et coûts de maintenance. L'énergie électrique remplit des fonctions de plus en plus variées grâce à la généralisation de l'utilisation de convertisseurs statiques. Ces convertisseurs sont basés sur l'utilisation de composants semiconducteurs en commutation qui génèrent des variations rapides de tension et de courant. Ce qui engendre des perturbations à haute fréquence qu'il faut limiter afin d'être conforme aux normes de compatibilité électromagnétiques (CEM). La conformité aux normes est souvent obtenue en ajoutant un filtre lourd et volumineux au système, ce qui réduit les gains apportés par la transition vers le plus électrique. Afin d'optimiser le filtre à ajouter, il est intéressant de prendre en compte la contrainte de CEM dès la phase de conception, pour cela, il faut disposer d'outil de simulation prédictive. Dans cette thèse nous proposons une méthode de modélisation des perturbations conduites émises par un système valable jusque 50MHz. Pour cela, notre travail se divise en deux parties. D'une part, nous proposons une méthode de modélisation des chemins de propagation des perturbations, incluant notamment les câbles d'énergie. D'autre part, nous proposons une méthode de modélisation des sources de perturbation en domaine fréquentiel. Cette méthode est basée sur l'utilisation de plusieurs topologies de générateurs équivalents et permet de représenter le comportement non-linéaire des convertisseurs. Cette méthode est validée expérimentalement sur un hacheur série et sur un onduleur monophasé.

  • Titre traduit

    Electromagnetic interferences modeling in power converters for aerospace applications


  • Résumé

    Since the 1990’s, electricital energy tends to replace pneumatic and hydraulic energy aboard aircrafts. This allows to reduce weight, volume and maintenance costs of the actuators. Electrical energy is used for more and more variated functions thanks to the generalization of the power converters. These power converters are based on the use of semiconductor devices in switching mode which generates sharp voltage and current variations. This leads to electromagnetic (EMC) issues. In order to obtain the compliance to EMC standards, a heavy and bulky filter is often added to the system, which lower the gain allowed by the transition to electrical energy. In order to optimize the filter added, it is interesting to take into account the EMC at the design step. Thus it is necessary to have a predictive modeling tool. In this thesis, a modeling method of the conducted electromagnetic interference (EMI) emitted valid up to 50MHz by a system is proposed. Thus our work is devided into two parts. First, we propose a modeling method of the propagation paths including power cable. Then, we propose a modeling method of the EMI sources in frequency domain. This method is based on the use of multiple equivalent generators topologies and allows to retranscript the non-linear behaviour of the converters. This method is experimentally validated on a buck-converter and a single phased inverter.


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