Conception de convertisseurs électroniques de puissance à faible impact électromagnétique intégrant de nouvelles technologies d’interrupteurs à semi-conducteurs Présentée par Eliana RONDON-PINILLA Ecole Doctorale d’Electronique, Electrotechnique, Automatique-Université de Lyon

Conception de convertisseurs électroniques de puissance à faible impact électromagnétique intégrant de nouvelles technologies d’interrupteurs à semi-conducteurs Présentée par Eliana RONDON-PINILLA Ecole Doctorale d’Electronique, Electrotechnique, Automatique-Université de Lyon

 Résumé 
Actuellement, le développement de semiconducteurs et la demande croissante de convertisseurs en électronique de puissance dans les différents domaines de l’énergie électrique, notamment pour des applications dans l’aéronautique et les réseaux de transport et de distribution, imposent de nouvelles spécifications comme le fonctionnement à hautes fréquences de commutation, densités de puissance élevées, hautes températures et hauts rendements. Tout ceci contribue au fort développement des composants en SiC (Carbure de Silicium). Cependant, ces composants créent de nouvelles contraintes en Compatibilité Electromagnétique (CEM) à cause des conditions de haute fréquence de commutation et fortes vitesses de commutation (forts di/dt et dv/dt) en comparaison à d’autres composants conventionnels de l'électronique de puissance. Une étude des perturbations générées par les composants SiC est donc nécessaire. L'objectif de ce travail est de donner aux ingénieurs amenés à concevoir des convertisseurs une méthode capable de prédire les niveaux d'émissions conduites générées par un convertisseur électronique de puissance qui intègre des composants en SiC. La nouveauté du travail présenté dans cette thèse est l’intégration de différents modèles de type circuit pour tous les constituants d’un convertisseur (un hacheur série est pris comme exemple). Le modèle est valable pour une gamme de fréquences de 40Hz à 30MHz. Des approches de modélisation des parties passives du convertisseur sont présentées. Ces approches sont différentes selon que les composants modélisés soient disponibles ou à concevoir : elles sont basées sur des mesures pour la charge et les capacités ; elles sont basées sur des simulations prédictives pour routage du convertisseur. Le modèle complet du convertisseur (éléments passifs et actifs) est utilisé en simulation pour prédire les émissions conduites reçues dans le réseau stabilisateur d’impédance de ligne. Le modèle est capable de prédire l'impact de différents paramètres comme le routage, les paramètres de contrôle comme les différents rapports cycliques et les résistances de grille avec des résultats satisfaisants dans les domaines temporels et fréquentiels. Les résultats obtenus montrent que le modèle peut prédire les perturbations en mode conduit pour les différents cas jusqu'à une fréquence de 15MHz. Finalement, une étude paramétrique du convertisseur a été élaborée. Cette étude a permis de voir l’influence de la qualité des différents modèles comme les éléments parasites du routage, des composants passifs et actifs et d'identifier les éléments qui ont besoin d’un modèle précis pour avoir des résultats valides dans la prédiction des perturbations conduites.
LINK
https://www.theses.fr/2014ECDL0018.pdf

Conception d’un module d’électronique de puissance “Fail-to-short” pour application haute tension- Ilyas Dchar -THESE de DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE LYON

Conception d’un module d’électronique de puissance “Fail-to-short” pour application haute tension- Ilyas Dchar-  THESE de DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE LYON Designing a Power Module with Failure to Short Circuit Mode Capability for High Voltage Applications 

Abstract
The reliability and endurance of high power converters are paramount for future HVDC networks. Generally, module’s failure behavior can be classified as open-circuit failure and short-circuit failure. A module which fails to an open circuit is considered as fatal for applications requiring series connection. Especially, in some HVDC application, modules must be designed such that when a failure occurs, the failed module still able to carry the load current by the formation of a stable short circuit. Such operation is referred to as short circuit failure mode operation. Currently, all commercially available power modules which offer a short circuit failure mode use silicon semiconductors. The benefits of SiC semiconductors prompts today the manufacturers and researchers to carry out investigations to develop power modules with Fail-to-short-circuit capability based on SiC dies. This represents a real challenge to replace silicon power module for high voltage applications in the future. The work presented in this thesis aims to design a SiC power module with failure to short circuit failure mode capability. The first challenge of the research work is to define the energy leading to the failure of the SiC dies in order to define the activation range of the Fail-to-short mechanism. Then, we demonstrate the need of replacing the conventional interconnections (wire bonds) by massive contacts. Finally, an implementation is presented through a "half bridge" module with two MOSFETs.

Keywords : Press-Pack, Sandwich structure, conventional module, HVDC converter, Packaging, Failure, Short-circuit, Avalanche, Critical energy, Explosion, Stability, SiC.

LINK:
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01784733/file/these.pdf

PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE PLANTA FOTOVOLTAICA DE 65 KWP-PEDRO HENRIQUE ALBUQUERQUE GUIMARÃES-UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA-BRASIL

PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE PLANTA FOTOVOLTAICA DE 65 KWP-PEDRO HENRIQUE ALBUQUERQUE GUIMARÃES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
 Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Elétrica do Departamento Elétrica da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof. Dr. Paulo César Marques de Carvalho 

 RESUMO O presente trabalho visa apresentar as atividades realizadas durante as etapas de projeto e implementação de uma planta fotovoltaica de 65 kWp, localizada em região litorânea do nordeste brasileiro. Na fase de projeto, são explicitados os cálculos realizados para o dimensionamento do sistema e os critérios utilizados para a escolha de seus componentes. Optou-se, então, por painéis da Canadian Solar de 325 Wp e um inversor da ABB com potência nominal de 50 kW. Foi feito um levantamento topográfico com veículo aéreo não tripulado para estudo de sombreamento do local. Esse estudo foi elaborado com o auxílio do software de simulação PV*Sol, o que resultou na obtenção de parâmetros como fator de capacidade (FC) e previsão de geração. Os resultados foram de 19,92% de FC e previu-se uma produção de 113.429,5 kWh/ano. Na fase de implementação, são descritos todos os procedimentos realizados para a instalação do sistema. Estes foram divididos em etapas, a fim de ilustrar em ordem cronológica o trabalho desempenhado. Por fim, é feita a análise geral dos custos aproximados e prazos relacionados com a realização do projeto, além de enaltecer pontos positivos e pontuar melhorias nas atividades. Os custos finais excederam em 14,96% do valor de R$ 285.000,00 estimado previamente. Esse aumento se deu por dificuldades logísticas e gastos com obras de infraestrutura de segurança. A implantação foi concluída com sucesso após 4 meses e 20 dias do início do projeto.
LINK MONOGRAFIA COMPLETA:
http://www.repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/35086/1/2018_tcc_phaguimaraes.pdf

CONCEPÇÃO E ANÁLISE DE UM SISTEMA DE ENERGIA PARA PICOSATÉLITES-DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Everson Mattos-UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA-SANTA MARIA-RS-BRASIL

RESUMO Dissertação de Mestrado Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Universidade Federal de Santa Maria 
CONCEPÇÃO E ANÁLISE DE UM SISTEMA DE ENERGIA PARA PICOSATÉLITES
 AUTOR: EVERSON MATTOS
 ORIENTADOR: MÁRIO LÚCIO DA SILVA MARTINS
 CO-ORIENTADOR: RAFAEL CONCATTO BELTRAME
 Data e Local de Defesa: Santa Maria, RS, 27 de Abril de 2016

Em 1999 o padrão CubeSat foi criado para facilitar e reduzir os custos para lançamento de picosatélites, na sua maioria de cunho didático. Dadas às restrições de volume, peso e custo, os sistemas de energia devem primar pela eficiência e simplicidade. Os sistemas elétricos de potência para CubeSat podem ser divididos em dois tipos: os sistemas concentrados e os sistemas distribuídos. Há inúmeras vantagens na utilização dos sistemas distribuídos em relação aos sistemas concentrados, como por exemplo: melhor distribuição térmica, menor geração de ruídos, dentre outras. Os objetivos de um sistema elétrico de potência para CubeSat são: Manter, tanto nos períodos de sol quanto de eclipse, os subsistemas com alimentação necessária ao seu correto funcionamento; Manter as baterias carregadas para os períodos de eclipse; suprir todos os picos de demanda de energia do CubeSat. Para alcançar esses objetivos e respeitar as restrições físicas impostas pelo padrão CubeSat, os sistemas devem operar com um reduzido número de estágios de conversão de energia, principalmente se esses estiverem operando em cascata; deve empregar um estágio com algoritmo para rastrear o ponto de máxima potência do gerador fotovoltaico e regular a tensão do barramento CC de alimentação das cargas do CubeSat. Este trabalho propõe a utilização de um sistema de energia para CubeSat que utiliza dois conversores com topologia empilhada. Um conversor boost que realiza a regulação do barramento CC distribuído para as cargas do CubeSat, e um conversor buck-boost que possui duas funções: rastrear o ponto de máxima potência (MPPT) do arranjo fotovoltaico e controlar a corrente de carga das baterias. A combinação do controle de carga das baterias e a busca do ponto de máxima potência no mesmo conversor, resulta na redução do tempo de carga das baterias. A conexão dos conversores formando a topologia empilhada proporciona a redução da razão cíclica no conversor boost, e consequentemente, a redução das perdas em condução devido a redução da corrente. Além disso, a composição em série da bateria com a tensão do conversor boost proporciona um aumento da tensão do barramento CC distribuído para as cargas do CubeSat, o que reduz as correntes de carga e novamente as perdas em condução de ambos os conversores. Os resultados experimentais comprovam o funcionamento da topologia proposta e a eficiência do EPS compatível com a eficiência dos sistemas comerciais com arquitetura concentrada.
 Paravras-chave: CubeSat, Sistema Elétrico de Potência, Conversores CC-CC

LINK ORIGINAL
http://mtc-m21b.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/07.13.19.33/doc/Dissertacao_Everson_Mattos.pdf

Advances in PV Inverters- Anthon, Alexander-Thesis Doctor of Philosophy in Electrical Engineering at the Technical University of Denmark

Advances in PV Inverters- Anthon, Alexander This report is part of the requirements to achieve the Doctor of Philosophy in Electrical Engineering at the Technical University of Denmark.

 Abstract 
Renewable energies have experienced a significant growth and importance in the last two decades, of which energy from photovoltaic plants are a major contributor. Since solar cells have low efficiencies themselves, however, the necessity of high efficiency power converters at low cost and preferably low complexity leads to new research demands. This is especially true in the field of low cost residential PV inverters where efficiencies are used as major selling arguments. Traditional converter topologies equipped with conventional Silicon based semiconductors to date reach their limitations and new approaches are necessary. Therefore, research areas typically focus on both new topologies and utilizing more advanced semiconductor devices. To this end, semiconductor devices made of Silicon Carbide have been gaining increasing interest in the last two decades after the successful commercialization of high voltage power diodes. By now, the performance potential of switching devices made of Silicon Carbide is commonly accepted, though they have not found commonplace usage within commercial converter systems for several reasons, among others reliability, availability/cost and gate driver complexity. Therefore, more complex Silicon based converters can be used instead to achieve lower semiconductor losses. While there is no absolute solution in which direction to go to achieve the aforementioned design goals, this dissertation will thoroughly investigate two potential approaches and discuss their trade-offs. The contributions are: • Comprehensive loss analysis and identification of major loss contributors within T-Type converter topology operating in inverter and rectifier context. • Evaluation of the use and loss benefits of Silicon Carbide switching devices in the T-Type structure. • Thorough investigation of the Hybrid-Neutral-Point-Clamped (Hybrid-NPC) topology as an alternative for the Silicon Carbide based T-Type converter. • Alternative methodology of semiconductor loss model validation by experimental means. As to the advanced three-level T-Type converter topology, its unusual operation mode is thoroughly described identifying its limitations for high efficiency operation. With these results, the first approach utilizes low loss switching devices and their influence on the semiconductor loss behavior is analyzed. The results show that, for near unity power factor operation, a replacement of only two switching devices per phase leg can greatly reduce the semiconductor losses. The Hybrid-NPC converter can be seen as an attractive and cost competitive alternative to the Silicon Carbide based converter, also allowing to overcome the major drawbacks with the conventional Silicon IGBT based T-Type structure. Both alternatives are based on a semiconductor/topological level and thus this is where the loss reduction occurs. The difficulty in experimentally evaluating only the semiconductor losses within a converter operating context is addressed in this work by presenting an alternative measurement approach. Using known heat loads, and a careful calibration procedure on the device heat sink, analytically obtained semiconductor loss models based on datasheet information and in-circuit switching transitions measurements can be experimentally verified and thus a fair performance comparison between two approaches is enabled.

LINK ORIGINAL
http://orbit.dtu.dk/files/119990172/Advances_in_PV_Inverters.pdf