Conception et optimisation d’ Alimentations Sans Interruption-THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE LA COMMUNAUTE UNIVERSITE GRENOBLE ALPES Spécialité : Génie Electrique--Présentée par « Mahmoud IBRAHIM »

 

Conception et optimisation d’Alimentations Sans Interruption THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE LA COMMUNAUTE UNIVERSITE GRENOBLE ALPES

Spécialité : Génie Electrique Arrêté ministériel : 7 août 2006 Présentée par « Mahmoud IBRAHIM »

Thèse dirigée par Jean-Paul FERRIEUX Co-encadrée par David FREY et Pierre LEFRANC préparée au sein du Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble (G2Elab) dans l'École Doctorale Électronique, Électrotechnique, Automatique et Traitement du Signal (EEATS)

Résumé La conception des Alimentations Sans Interruption (ASI) a fait l’objet d’améliorations successives ces dernières années afin d’atteindre des niveaux de rendement avoisinant les 95% tout en minimisant leur encombrement. L’utilisation massive de l’électronique de puissance pour ces systèmes conduit à y concentrer tous les efforts de conception pour augmenter à la fois le rendement et la densité de puissance. Les développements constants en électronique de puissance offrent au concepteur des multitudes d’options, parmi elles, les topologies de puissance multi-niveaux et/ou entrelacées pour réduire le volume des composants passifs, les nouvelles technologies des matériaux semi-conducteurs avec l’introduction des composants grand gap, ainsi que l’avancée technologique sur les matériaux utilisés dans les composants passifs. Le choix entre ces options est un compromis pour atteindre les objectifs prédéfinis, particulièrement lorsque d’autres contraintes apparaissent pour limiter l’espace des solutions possibles, notamment l’aspect thermique, les limites technologiques ou les contraintes CEM.

Ces travaux proposent la mise en oeuvre de dimensionnements par optimisation multiobjectifs de l’ensemble du convertisseur avec toutes ses contraintes. Ceci offre un outil rapide pour comparer les différentes possibilités de conception optimale capable de quantifier le gain apporté au convertisseur par les différentes solutions. Pour ce faire, les différents choix topologiques et technologiques ont été traités par le développement de modèles multiphysiques acceptant des paramètres d’entrée discrets. Ainsi, les convertisseurs optimisés répondent naturellement aux contraintes industrielles cadrées par des catalogues de fournisseurs spécifiques.

Pour ce faire, nous avons commencé par dresser les différentes contraintes énergétiques imposées sur l’ASI dans son environnement. L’identification des solutions adaptées à sa conception est réalisée à travers un état de l’art des recherches dans le domaine de l’électronique de puissance. Des modèles génériques des structures de puissance, ainsi que des modèles multi-physiques discrets des composants sont ensuite développés à la base des approches analytiques assurant le bon compromis entre précision et rapidité de calcul. Finalement, une méthodologie d’optimisation multi-objectif et multi contraintes est réalisé sur l’ensemble des solutions pour quantifier les performances atteintes par chacune d’elles. Des travaux expérimentaux nous ont été indispensables pour valider les modèles et les solutions optimales. Sur la base des résultats d’optimisation un convertisseur PFC de 4.2kW/L a été construit est ses performances ont été validées.

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