Conception onduleur de traction automobile

Programme

• FONDAMENTAUX DE L’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE APPLIQUÉS AUX ONDULEURS - Durée : 1 Jour

  • Cadre de l’électronique de puissance.
  • Rôle d’un convertisseur, applications, fonctionnalités essentielles (régulation, protection…), les composants dédiés à l’électronique de puissance (comportement, modèle, intérêt a priori).
  • Cellule élémentaire de commutation.
  • Sa construction pas à pas : intérêt du découpage, du filtrage, de la diode de roue libre, des filtres d’entrée et de sortie ; imperfections prévisibles (surtensions, pertes par conduction, ondulations résiduelles, perturbations électromagnétiques).
  • Choix de la fréquence de découpage.
  • Incidence de la fréquence sur la compacité des filtres (avec exemples de calcul) et sur le rendement des convertisseurs (mécanisme des commutations, surintensités, pertes par commutation, pertes dans les composants passifs) ; caractéristiques des composants modernes (semiconducteurs et passifs) et fréquences envisageables.
  • Réversibilité des convertisseurs et introduction à l’onduleur.
  • Définition, cellule de commutation réversible en courant, logique de commande des transistors, temps mort. Réversibilité en courant et en tension, une application : l’onduleur monophasé.
  • Onduleur monophasé.
  • Commande « pleine onde », intérêt du déphasage entre bras, intérêt de la modulation de largeur d’impulsion, mécanisme des commutations selon le type de charge. MLI intersective, MLI calculée : mise en œuvre, contenu harmonique de la tension de sortie, contenu harmonique du courant d’entrée.
  • Onduleur triphasé.
  • Structure, MLI intersective et calculée, incidence sur les contenus harmoniques (et l’encombrement des filtres). Onduleurs multi-niveaux.
  • Snubbers, commutation douce.
  • Drivers, isolement des commandes.
  • Travaux pratiques en laboratoire : mise en application des concepts développés au cours de la journée de formation.

• TECHNOLOGIES DES ONDULEURS AUTOMOBILES - Durée : 0.5 Jour

  • Topologies des onduleurs pour la commande des machines à courant alternatif : onduleur et redresseur. Analyse du CDC des applications automobiles.
  • Fonctionnement des onduleurs et fonctionnement des composants d’électronique de puissance à partir leurs caractéristiques réelles dans une topologie d’onduleur de tension.
  • Circuits de puissance : prise en compte des pertes par conduction et par commutation des électroniques de puissance, performance du circuit.
  • Circuits de protection, modes refuges, snubbers, optimisation de la commande bas niveau.
  • Prise en compte de la compatibilité électromagnétique dans le dimensionnement.
  • Caractéristiques des inductances, capacités, vieillissement des composants. Problématiques CEM associées à ces composants. Impact des composants passifs sur la performance des onduleurs. Cas pratiques.
  • Prise en compte de la commande.
  • Technologies, fonctionnement ; caractéristiques de puissance, contraintes d’implantation, aspects thermiques et vibratoires ; objectifs de durabilité, process de fabrication, aspects industriel et économique.
  • Benchmark des différentes solutions utilisées dans le monde industriel et automobile.

• CYCLE DE DÉVELOPPEMENT D’UN ONDULEUR - Durée : 1 Jour

  • Cycle de développement d’un onduleur : de la définition des besoins fonctionnels à la validation de ces besoins.
  • Définition des exigences fonctionnelles, dysfonctionnelles et des fonctions de contraintes d'un onduleur.
  • Fonctions de services. Paramètres clefs conditionnant la performance de l’onduleur Fonctions de contraintes et paramètres clefs. Architectures des onduleurs de tension. Topologies en état de l’art des onduleurs utilisés en automobile. Composition physique d’un onduleur.
  • Déclinaison technologique des exigences fonctionnelles et dysfonctionnelles.
  • Exigences et déclinaison technologique sur la connectique Exemples de connectiques sur le marché. Exigences et déclinaison technologiques sur les cartes électroniques constitutives d'un onduleur : commande rapprochée et commande de haut niveau. Exemples de cartes sur le marché. Exigences et déclinaison technologique sur le périmètre des modules de puissance. Exigences et déclinaison technologique sur le périmètre des filtres d’entrée de l’onduleur. Exigences et déclinaison technologique sur le périmètre des drivers. Exemple de technologies drivers sur le marché. Focus explicatif sur le fonctionnement des drivers. Drivers : génération des signaux de commande PWM. Nécessité d’isolation de l’étage commande : isolation fonctionnelle, isolation liée à la sûreté de fonctionnement. Technologies des drivers : avec ou sans isolation galvanique. Positionnement de l’isolation galvanique. Conception de montage flottant : montage Bootstrap, montage flottant avec différentes formes de couplage.
  • Conception des drivers : calcul, dimensionnement et mise en œuvre dans le cas de la commande bas niveau des onduleurs. Exigences et déclinaison technologique sur le périmètre des technologies d’isolation. Exemples d’isolation, emplacement de l’isolation. Exigences et déclinaison technologique sur le périmètre des Technologies des capteurs. Exemples de capteurs de courant, de tension et de position. Focus explicatifs sur le fonctionnement des capteurs de courant et de position. Exigences et déclinaison technologique sur le périmètre des Technologues de refroidissement. Exigences et déclinaisons technologiques sur le périmètre protection diagnostic et mode dégradés.
  • Exemples de déclinaisons technologiques sur le marché. Exigences et déclinaisons technologiques sur le périmètre fonction de service principale de l’onduleur : contrôle du courant et de la tension délivrée à la machine électrique. Exigences sur la durabilité et déclinaison technologique de cette exigence.
  • Validation des besoins fonctionnels et dysfonctionnels d'un onduleur.
  • Exemples de tests (les principaux tests) pour valider les besoins fonctionnels et dysfonctionnel ; Tests sur bancs, différents types de bancs, matériel nécessaire. Test sur véhicule.

• MODULES DE PUISSANCE DES ONDULEURS - Durée : 0.5 Jour

  • Notions fondamentales sur les composants à base de semi-conducteur. Physique de fonctionnement des diodes, transistors bipolaires, MOSFET et IGBT. Influence du semi-conducteur sur la performance du composant : Si, CSi, NiGa - Mécanismes des commutations - Technologies adaptées - Interaction entre diode, transistor et éléments parasites du circuit de commutation.
  • Travaux pratiques sur les modules de puissance et les onduleurs sur banc de machines électriques mettant en application les principaux concepts de la journée de cours.

• COMMANDE DES ONDULEURS - Durée : 1 Jour

  • Influence de la commande sur la performance de l’onduleur et son dimensionnement. Notion système ; Principe de la commutation – Modulation de largeur d’impulsion – Place de la commutation dans une boucle de régulation Les principes de commande des machines à courants alternatifs par la méthode des flux orientés - Contrôle du couple. Contrôles des courants. Utilisation des équations de Park dans la commande. Pilotage du fondamental de tension de l’onduleur en amplitude, tension et fréquence afin de contrôler le couple de l’entrainement électrique– Temps mort et son impact. Stratégies de commutation MLI des onduleurs : MLI intersective (SPWM), MLI discontinue (FTB), Commande Vectorielle (SVM), MLI symétrique asymétrique et synchrone, Gestion des harmoniques.
  • Pilotage du courant, étude de stabilité et de performance d’une régulation de courant dans un onduleur. Mise au point du régulateur PI et régulation optimale.
  • Pilotage du courant, étude de stabilité et de performance d’une régulation de courant dans un onduleur. Mise au point du régulateur PI et régulation optimale.
  • Optimisation de la commande : choix des fréquences de découpage, réduction des harmoniques de courant, réduction des pertes par commutation et par conduction des transistors. Optimisation énergétique de la commande des entrainements électriques. Techniques sélectives d’élimination des harmoniques. Contrôle du contenu harmonique des tensions et des courants. Impact sur le comportement énergétique de l’entrainement électrique et aspects NVH.
  • Cas pratiques : Modélisation et simulation des commandes haut niveau appliquées à la régulation en couple d’une machine synchrone.
  • Intégration d’une commande avec son modèle associé dans un environnement de simulation Analyse du contenu harmonique des courants et des tensions.

• COMPATIBILITÉ ÉLECTROMAGNÉTIQUE DES ONDULEURS - Durée : 0.5 Jour

  • Liens entre les circuits d’électronique de puissance de l’onduleur et de la machine électriques connectée et la CEM : origines des émissions conduites et rayonnées.
  • Effet des perturbations électromagnétiques. Normes devant être respectées par les onduleurs automobiles.
  • Technologies de la CEM : filtrage, blindage et routage : fonctionnement ; contraintes d’implantation, aspects thermiques et vibratoires ; process de fabrication, aspects industriel et économique ; exemples d’application sur véhicule. Introduction aux couplages, les six couplages électromagnétiques, mode différentiel et mode commun, couplage par impédance commune, couplage capacitif carte à châssis, couplage par diaphonie inductive, couplage par diaphonie capacitive, Couplage champ à fil, couplage champ à boucle.
  • Les sources de perturbations, perturbations à basses fréquences, perturbations à hautes fréquences, circuits numériques, évaluation désordres de grandeur, perturbation des oscillateurs, conversions d’unités.
  • Effets sur les victimes, effets biologiques, perturbations des circuits analogiques, perturbations des récepteurs optiques, perturbations sur les circuits numériques, perturbations des liaisons radioélectriques.
  • Les masses, le réseau de masse, les masses des signaux et maillage des masses.
  • Liaisons filaires et leurs protections, symétriseurs et isolation galvanique, les filtres, les limiteurs de surtensions, protections en conduction.
  • Effets réducteurs et câbles blindés, définition d’un effet réducteur, routage des câbles, protection étagée, raccordement des câbles blindés, choix du câble blindé, l effets des inductances mutuelles.
  • Blindages électromagnétiques, notion d’écran électromagnétique, calcul des blindages en BF et HF, la corrosion des blindages.
  • Qualité de l’alimentation électrique. Protection du réseau basse tension ; interfaces d’alimentation des onduleurs. Protection contre les effets et le rayonnement de la foudre.
  • Travaux dirigés : modélisation et simulation des perturbations conduites des onduleurs. Travaux pratiques : mesures des perturbations conduites en laboratoire sur un système constitués d’un onduleur et d’une machine à courant alternatif qui lui est connectée.

• THERMOMANAGEMENT D’UN ONDULEUR - Durée : 0.25 Jour

  • Différentes technologies de refroidissement des onduleurs automobile ; Notion de système de refroidissement et compromis inter-systèmes entre les besoins de refroidissement de l’onduleur et les besoins globaux du système de refroidissement- Situations de vie contraignantes et dimensionnantes- Constante de temps thermique d’un onduleur.

• SYNTHÈSE DIMENSIONNEMENT D’UN ONDULEUR - Durée : 0.25 Jour

  • Approche systémique du dimensionnement d’un onduleur. Prise en compte des contraintes batteries, des machine électriques et de leur commande dans la définition technique de l’onduleur et le dimensionnement de ce dernier.
  • Traduction et déclinaison du Cahier Des Charges du GMP sur le périmètre de l’onduleur. Modélisation de l’onduleur et de son environnement. Exploitation des modèles pour identifier les situations de vie dimensionnantes. Déclinaison sur le périmètre de l’onduleur. Analyse des points de dimensionnement de l’onduleur, déclinaison sur le dimensionnement des composants de puissance, déclinaison pour conception du filtre d’entrée de l’onduleur.

• TRAVAUX DIRIGÉS ONDULEURS