Présentation
Auteur(s)
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Henri FOCH : Professeur à l’Institut National Polytechnique de Toulouse - Directeur du LEEI (URA au CNRS)
-
Yvon CHÉRON : Responsable de l’Équipe de Recherche Convertisseurs Statiques
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Lire l’articleINTRODUCTION
Avec la collaboration de : Raphaël ARCHES – Bernard ESCAUT Pierre MARTY – Michel METZ Enseignants Chercheurs de l’Équipe
Nous présentons une démarche simple de dimensionnement du transformateur et de l’inductance de lissage d’un convertisseur de type forward, basée sur la mise en évidence des relations entre les grandeurs électriques et les grandeurs géométriques.
Il existe une différence profonde dans la manière dont travaillent les circuits magnétiques du transformateur et de l’inductance d’un convertisseur forward :
-
dans le transformateur, la puissance ne fait que transiter du primaire au secondaire ;
-
dans l’inductance, l’énergie est emmagasinée puis restituée.
Partant de là, bien que la démarche soit la même, nous aboutirons à un dimensionnement d’une inductance complètement différent de celui d’un transformateur.
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- Version courante de nov. 2013 par Damien RISALETTO
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Inductance de lissage1. Transformateur
1.1 Position du problème
Le premier problème à résoudre pour dimensionner un transformateur est celui du choix du noyau magnétique. Comme nous l’avons dit dans l’introduction, nous nous proposons de faire le lien entre les grandeurs électriques du transformateur que l’on veut réaliser (tensions, courants, puissance, rapport de transformation...) et ses dimensions géométriques de façon à faire transiter un maximum de puissance dans un minimum de volume.
La puissance dans un transformateur ne faisant que transiter du primaire au secondaire, il n’y a théoriquement pas de relation entre la puissance et le volume d’un transformateur. Cependant, intuitivement, on sent bien qu’un transformateur de 10 kVA sera plus gros qu’un transformateur de 10 VA (toutes choses étant égales par ailleurs). Nous montrerons au paragraphe 1.2 que la puissance est bien en effet le critère déterminant du dimensionnement.
Les paramètres intervenant dans le dimensionnement du transformateur d’un convertisseur de type forward sont nombreux et plusieurs d’entre eux ne peuvent qu’être évalués assez approximativement (coefficient de foisonnement du bobinage, effet de peau, courants de Foucault, pertes dans le circuit magnétique en signaux non sinusoïdaux, échauffement...) ou choisis assez empiriquement (fréquence de fonctionnement, induction maximale). Les propriétés magnétiques du matériau dépendent elles‐mêmes de la température, donc des conditions de fonctionnement et des possibilités de refroidissement, c’est‐à‐dire de l’emplacement du transformateur au sein du montage. Dans ces conditions, il est difficile de prétendre à un dimensionnement optimal autrement qu’en faisant des essais successifs ; le présent article n’a donc pour objectif que de proposer une démarche simple et rationnelle permettant d’approcher ce dimensionnement optimal.
Nous utiliserons au passage quelques résultats fondamentaux sur le transformateur qui sont rappelés en annexe. Nous considérerons dans ce qui suit que la courbe B (H ) du matériau magnétique utilisé est linéaire tant que la saturation n’est pas atteinte.
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