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EnglishRÉSUMÉ
Afin de réaliser des simulations fiables en électronique de puissance, des circuits équivalents capables de représenter les composants bobinés sont nécessaires. Cependant, lorsque le nombre d'enroulements dépasse 3, peu de représentations générales sont proposées. En s’intéressant à la représentation des transformateurs à n enroulements par des circuits équivalents à constantes localisées, cet article vise principalement les composants transmettant de 1 W à 10 kW et fonctionnant entre 10 kHz et 10 MHz. La méthode présentée permet de trouver des circuits équivalents aptes à représenter le couplage magnétique de n'importe quel transformateur à n-enroulements.
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Jean-Pierre KERADEC : Enseignant-chercheur - Laboratoire d'électrotechnique de Grenoble (LEG / ENSIEG)
INTRODUCTION
Ce dossier, divisé en deux parties, s'intéresse à la représentation des transformateurs à n enroulements par des circuits équivalents à constantes localisées. Il vise principalement les composants transmettant de 1 W à 10 kW et fonctionnant entre 10 kHz et 10 MHz.
Les circuits élaborés dans cette première partie sont exploitables par tous les logiciels de simulation électronique.
Dans un autre dossier, à paraître ultérieurement, seront décrites des méthodes permettant d'identifier tous les éléments de ces circuits. Elles s'appuient, exclusivement, sur des mesures d'impédances ne nécessitant aucun démontage du composant.
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6. Représentation du couplage électrostatique
6.1 Objectif et idées directrices
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Les capacités parasites d'un transformateur se manifestent, en haute fréquence, de deux manières : l'isolation entre les enroulements n'est pas parfaite et les impédances, vues aux bornes des enroulements et entre les enroulements, montrent de nombreuses résonances (figure 34). Les fréquences de ces résonances dépendent beaucoup de la taille du composant et de son rapport de transformation.
Afin de disposer d'un repère fréquentiel, on peut remarquer qu'un transformateur n'est jamais employé à une fréquence supérieure à celle de la plus basse résonance parallèle de ses impédances à vide, que nous appelons « fréquence maximum de travail ». Autrement dit, il est utilisé dans le domaine fréquentiel où ses impédances à vide sont inductives.
Les compléments que nous apportons au circuit équivalent dans cette partie, étendent son domaine de validité jusqu'à une ou deux décades au dessus de la fréquence maximum de travail.
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À chaque fois que des surfaces métalliques proches se font face, des capacités apparaissent. Dans un transformateur, les diverses spires de tous les enroulements sont à l'origine d'une multitude de capacités et il n'est pas facile, en analysant les choses de façon locale, de savoir combien de capacités doivent être introduites, ni où elles doivent l'être dans le circuit équivalent.
L'approche adoptée ici est globale. De même que l'ensemble des effets électrostatiques d'une inductance se manifeste, en première approximation, par une seule capacité connectée entre ses bornes, le comportement électrostatique d'un transformateur se traduit par la présence d'un système électrostatique relié aux bornes du système magnétique. Nous allons le voir, cette association permet de rendre compte de l'ensemble du comportement observé jusqu'à une ou deux décades au-delà de la fréquence maximum de travail.
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Comme pour le couplage magnétique, nous supposons que le couplage électrostatique est linéaire et stationnaire. Son comportement électrique se décrit donc complètement...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KERADEC (J.P.), COGITORE (B.), LAVEUVE (E.), BENSOAM (M.) - Des schémas équivalents pour les circuits couplés multi-enroulements - . Journal de Physique III France, vol. 4, pp. 751-773, avril 1994.
-
(2) - CUK (S.), MIDDELBROOK (R.D.) - Advances in switched mode power conversion - . Vol. 1, pp. 205-218, TESLAco, Pasadena, USA, 1981.
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(3) - LAVEUVE (E.) - Modélisation des transformateurs haute fréquence - . Thèse de l'Institut National Polytechnique de Grenoble, F, 12 sept. 1991.
-
(4) - ERIKSON (R.W.), MAKSIMOVIC (D.) - A multiple-winding model having directly measurable parameters - . IEEE Power Electronics Specialist Conference, Fukuoka, J, Proc., pp. 1472-1478, 1998.
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(5) - ROBERT (F.) - Modélisation et simulation de transformateurs pour alimentations à découpage - . Thèse de l'Université libre de Bruxelles, B, 1999.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1 Logiciels de simulation électronique
(Liste non exhaustive)
PSpice, version d'évaluation 9.1 Créateur : OrCAD Inc. http://www.cadence.com/products/orcad/pspice_a_d/index.aspx
Saber Créateur : Synopsys https://www.synopsys.com/verification/virtual-prototyping/saber.html
Simplorer, nouvelle version 7.0 Créateur : Ansoft Corporation http://www.ansoft.com/products/em/simplorer/
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