Optimisation d’une structure de conversion DC/DC réversible pour application aéronautique de forte puissance

Optimization of a High Power Reversible DC/DC Converter for Aircraft Application

• Auteur / Autrice : Maximin Blanc
• Direction : Yves Lembeye, Jean-Paul Ferrieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie electrique
• Date : Soutenance le 26/10/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Lefebvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Mahe, Corentin Rizet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Forest, Guillaume Gateau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équipement électrique

Aéronautique -- Instruments

Semiconducteurs

MOS (électronique)

Convertisseurs électriques

Mots clés libres

Électronique de puissance

Conversion DCDC

Dual Active Bridge

Commutation douce ZVS

Avion Plus Electrique

Power electronics

DCDC conversion

Dual Active Bridge

ZVS soft Switching

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Résumé

Le véhicule aérien a connu de nombreuses révolutions durant les dernières décennies afin d’être plus économe en énergie et plus respectueux de l’environnement. Dans cet objectif, l’électricité est apparue comme le vecteur énergétique le plus adapté associé aux sources conventionnelles d’énergie. C’est dans ce contexte que nos recherches se sont portées sur ce mode de transport qui va voir des bouleversements structurels importants et de plus en plus d’équipements électriques installés à bord. Ce travail de recherche s’intéresse à une brique de conversion DC/DC nécessaire au transfert d’énergie entre les bus HVDC et LVDC présents sur les avions actuels, pour cela nous avons étudié la structure et le contrôle de la topologie Dual Active Bridge qui apparaît comme le meilleur candidat pour atteindre les objectifs techniques, de rendement et compacité. Un dimensionnement ainsi que des résultats expérimentaux sont présentés pour valider nos choix avec un démonstrateur de 3,75kW. Des pistes de réflexions sont enfin proposées pour poursuivre et étendre certaine assertions vers une structure tri-ports pour l’interfaçage de multiples réseaux et moyen de stockage. L’originalité de ses travaux réside dans la volonté de concevoir un produit industrialisable dans le domaine de l’aéronautique en favorisant plusieurs ruptures technologiques jusqu’alors rédhibitoire chez les avionneurs.

Avionics is intended to become more and more efficient in terms of energy saving thanks to increased efficiency of embedded system. Today, electricity is presented as the best energy vector compared to hydraulic or pneumatic. This is why current researches aim to focus on power electronic converters in order to meet the future electrical power demand in aircraft networks. This research project presents a DC/DC dual active bridge converter which is expected as the best candidate to meet the complex requirements of an aircraft environment, especially the high voltage dynamics. This persuaded us to study the structure and modulations which are explained and brought face to face with a 3,75kW demonstrator in order to validate the theoretical assumptions. Some food for thought is proposed to extend this work toward a three-port converter to interface multiple network as well as storage systems. The originality of this work is to build a new kind of active conversion system promoting break through technologies to prove it suits to aircraft specifications.