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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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2. Séparations simplificatrices
2.1 Séparation de la partie électrostatique
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Les transformateurs utilisés en électronique de puissance sont souvent bobinés autour de noyaux en ferrite et, dans les conditions normales d'utilisation, ils sont exploités en deçà de la saturation. Ceci nous autorise à accorder une large place aux modèles linéaires. Cette hypothèse simplificatrice étant adoptée, il reste, pour que les prévisions soient fiables lorsque les signaux sont chargés en harmoniques, à développer des modèles précis dans une large gamme de fréquences, allant au moins jusqu'à dix fois la fréquence de travail du montage. Ceci n'est pas simple lorsque les composants comptent trois, quatre, cinq enroulements ou plus.
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Lorsqu'on observe le comportement d'un transformateur en régime harmonique, on remarque que, jusqu'à des fréquences assez élevées vis-à-vis de la fréquence de travail, les effets capacitifs sont négligeables. Ceci incite à adopter, pour la représentation des effets magnétiques et électrostatiques, des circuits indépendants connectés en parallèle. Cette décomposition facilite beaucoup la recherche des circuits équivalents. Pour illustrer le cheminement correspondant, observons la variation fréquentielle de l'impédance d'une simple inductance (figure 1).
Le circuit équivalent à cette inductance réelle s'obtient en associant des éléments discrets (constantes localisées). À l'inductance L s il faut ajouter, non seulement une résistance série r s, pour représenter la résistance de son fil, mais aussi, si le fil est bobiné sur un noyau magnétique, une résistance de pertes parallèles R f, pour rendre compte, sommairement, des pertes dues au circuit magnétique. Enfin, lorsque la fréquence augmente, la tension qui apparaît entre spires proches est responsable d'un courant capacitif de moins en moins négligeable, lequel justifie le placement d'une capacité C fil en parallèle sur le reste du circuit.
On obtient alors le circuit équivalent à 4 constantes de la figure 2. La figure 1 permet de comparer la courbe mesurée à celle relative au circuit proposé. La superposition observée autorise à penser que ce modèle traduit...
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Séparations simplificatrices
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.
-
(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.
-
(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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