Conception de convertisseurs de puissance DC-DC isolés pour l'avion plus électrique

Design of isolated DC-DC power converters for more electric aircraft

• Auteur / Autrice : Julien Brunello
• Direction : François Forest, Jean-Jacques Huselstein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 19/11/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Forest, Jean-Jacques Huselstein, Yves Lembeye, Guillaume Gateau, Pascal Asfaux, Eric Labouré
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Lembeye, Guillaume Gateau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronautique

Équipement électrique

Avion (avion)

Optimisation globale

Mots clés libres

Optimisation

Avion plus électrique

Convertisseur DC/DC isolés

Optimisation

More electric aircraft

Isolated DC / DC converters

Résumé

L'avion plus électrique est un concept qui a le vent en poupe chez les principaux constructeurs du domaine de l'aéronautique. Dans ce domaine, comme dans d'autres, les besoins en énergie électrique sont croissants et nécessitent de mettre en place des systèmes de conversion d'énergie fiables, performants et modulaires. Ces systèmes de conversion sont souvent couplés avec des systèmes de stockage d'énergie (type batterie) permettant dans certaines situations de rendre l'avion énergétiquement autonome grâce à une source de puissance indépendante des principaux organes de production d'énergie. Cette interconnexion batterie - réseau de bord présente un rapport de tension élevé ce qui, ajouté aux fortes valeurs de courant de la basse tension, en fait un objet particulièrement complexe à réaliser.L'objectif de cette thèse est de concevoir de manière optimale un convertisseur de puissance isolé permettant l'interconnexion d'un bus basse tension 28 V (typiquement des batteries) à un bus haute tension 540 V (réseau de bord de l'avion) avec une puissance échangeable d'environ 12 kW. Elle se déroule dans le cadre d'un projet ANR (quatre partenaires universitaires, associés à l'entreprise AIRBUS) dont l'une des tâches est le développement d'outils de conception pour l'électronique de puissance. Le travail correspondant comprend une contribution à cette tâche sous forme de la construction de modèles des principaux composants intervenant dans un convertisseur, modèles destinés à être intégrés dans les routines d'optimisation. Pour cette raison, ils seront analytiques (physique, empiriques, mélange des deux). Ces modèles seront ensuite insérés dans un outil global développé dans une autre thèse du projet, à l'aide duquel différentes architectures de convertisseurs seront comparées afin d'en déduire la meilleure solution pour le cahier des charges énoncé précédemment. Un prototype du convertisseur retenu sera finalement réalisé en utilisant des technologies avancées, pour conduire une validation expérimentale.

The electric aircraft tends to become widespread at all the main manufacturers of the domain of the aeronautics. Needs do not stop growing and require setting up reliable, efficiency and modular systems of conversion of energy. These systems of conversion are often coupled with systems of storage of energy (battery) allowing in certain situations to make the punctually autonomous aircraft energetically thanks to a source of power independent from main organs of power production. This interconnection battery - network of edge presents a very high report of rise of tension what, added to the high current value of the battery bus, in fact a particularly complex object to be realized.The objective of this thesis is to design in an optimal way a converter of power isolated allowing the interconnection of a low-voltage bus 28V (typically batteries) in a high-voltage bus 540V (network of edge of the aircraft) with an exchangeable power about 12 kW. It takes place within the framework of an ANR project (four university partners + AIRBUS) the development of tools of conception of which one of the tasks is for the ENP. The corresponding work includes a contribution to this task in the form of the construction of models of the main components occurring in a converter, model intended to be integrated into the routines of optimization. For that reason, they will be analytical (physical, empirical or mix both).These models will then be inserted into a global tool developed in another thesis of the project, by means of which various architectures of converters will be compared to deduct the best solution from it for the previous specifications. A prototype of the reserved converter will be finally realized by using advanced technologies, to lead an experimental validation.