Circuits équivalents pour transformateurs multienroulements : application à la CEM conduite d'un convertisseur

Equivalent circuits for multiwinding transformer : application to the EMC of a converter

• Auteur / Autrice : Ambroise Schellmanns
• Direction : Jean-Pierre Kéradec, Jean-Luc Schanen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble ; 1980-2006)
• Jury : Président / Présidente : Adel Razek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Perret
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Adel Razek, Bernard Davat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transformateurs électriques

Électronique de puissance

Mots clés libres

Electronique de puissance

Composants passifs

Transformateur

Compatibilité Electromagnétique

Modélisation

Simulation

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire se rapporte à la recherche de circuits équivàlents à constantes localisées pour représenter le comportement électrique des transformateurs. Il s'inscrit dans la continuité d'une longue étude, commencée en 1988 et menée en collaboration avec plusieurs industriels. Il généralise les travaux antérieurs et mène à la représentation des transformateurs multi-enroulements. Les méthodes générales de représentation et d'identification expérimentale des transformateurs multienroulements sont établies. Pour y parvenir, des repères généraux concernant le nombre d'impédances mesurables, le nombre de pôles et de zéros de ces impédances sont dégagés. Des notions nouvelles, telles que le transformateur de fuite et la modélisation progressive, sont introduites. Un modèle analytique est développé pour rendre compte des effets des courants induits (peau et proximité) dans les conducteurs. La représentation de ces effets par des constantes localisées, impossible à priori puisqu'ils mènent à des impédances proportionnelles à la racine carrée de la fréquence, est résolue. Tout ceci est validé expérimentalement et, en marge de ce travail, un banc destiné à caractériser le rayonnement magnétique des composants magnétiques est étudié et testé avec succès. L'intérêt du travail précédent est illustré par l'étude d'une alimentation à découpage industrielle. Il s'avère que les imperfections du transformateur à trois enroulements exploité par cette alimentation, bien représentées par le circuit équivalent, influent très fortement sur le dimensionnement des autres composants ainsi que sur les perturbations de mode commun du montage. Il est ainsi démontré qu'un modèle précis de transformateur est un élément clé pour concevoir des alimentations à découpage fiables et conformes aux normes de compatibilité électromagnétique en vigueur.

The work presented in this report refers to the search of equivalent circuits with lumped constants to represent the electric behavior of the transformers. It falls under the continuity of a long study, started in 1988 and undertaken in collaboration with several industrialists. It generalizes former work and leads to the representation of the multiwinding transformers. General methods of representation and experimental identification of the multiwinding transformers are established. For that purpose, from the general reference marks concerning the number of measurable impedances, the number of poles and zeros of these impedances are disengaged. New concepts, such as the leakage transformer and progressive modeling, are introduced. An analytical model is developed to take into account for the effects of the induced currents (skin and proximity) in the conductors. A solution is proposed to solve the problem of the representation of these effects by lumped constants. AlI this is validated in experiment and, in margin of this work, a bench intended to characterize the magnetic radiation of the magnetic components is studied and tested successfully. The interest of preceding work is illustrated by the study of an indus trial converter. It proves that the imperfections of the transformer using three windings, (weIl represented by the equivalent circuit) very strongly influence the dimensioning of the other components and the disturbances of common mode of the converter. It is thus shown that a precise model of transformer is a key element to design a reliable power converter and in conformity with the standards of electromagnetic compatibility.