MODELISATION ELECTRIQUE DES COMPOSANTS MAGNETIQUES HAUTE FREQUENCE : PRISE EN COMPTE DE LA TEMPERATURE ET CARACTERISATION DES FERRITES - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 1998

MODELISATION ELECTRIQUE DES COMPOSANTS MAGNETIQUES HAUTE FREQUENCE : PRISE EN COMPTE DE LA TEMPERATURE ET CARACTERISATION DES FERRITES

Abstract

The increase of working frequencies in static converters used in power electronic applications requires a more realistic modeling of magnetic componems. The lumped équivalent electrical circuit assîgned to a comportent has about twenty éléments, derived by extemal impédance measurements only. This équivalent circuit, designed with a rigorous theoretical and expérimental approach, and quickly worked out using well ada^ted computer tools, enables ail the physical phenomena to be represented from DC to one or two décades beyond its operating frequency. A uniform température study has shown that the prédiction of the electric behavior of a transformer at any température, from its characterization at ambient température only, was possible for windings. On the other hand, suoplier data remain insufficient to correctly quantify the behavior of magnetic core. Moreover, résistances placed on the équivalent circuit to represent losses of the component hâve been validated by calorimetry. Thus, they allow dissipations to be determined with fine accuracy for a given source and load. To better characterize high frequency magnetic materials in the absence of complète and reliable data from ferrite manufacturers, a new origina! method has been developed. With this method requiring some expérimental précautions, simple analytical relations lead to the déduction of both complex permeability and complex permittivity at each frequency and uniform température. It also gives parameters applicable to any geometry of magnetic core and accounts for ail the physical phenomena occurring in the material when the frequency increases, notabiy the capacitive behavior that can be noticed in MnZn ferrites above tens of kHz. This method allows îron losses to be computed up to 10 MHz.
L'augmentation des fréquences de fonctionnement des convertisseurs statiques de l'Electronique de Puissance a rendu obligatoire une modélisation plus réaliste des composants magnétiques. Déduit uniquement de mesures extérieures au composant, le circuit électrique équivalent qui leur est associé comporte une vingtaine d'éléments discrets. Déterminé de façon systématique, grâce à une approche théorique et expérimentale rigoureuse, et rapide, grâce à l'utilisation de moyens informatiques adaptés, il permet de représenter l'ensemble des phénomènes physiques qui interviennent du continu jusqu'à une où deux décades au-delà de leur fréquence de travail. Une étude en température uniforme a montré que la possibilité de prédire le comportement électrique d'un transformateur à toute température, à partir de sa caractérisation à la température ambiante uniquement, était assurée pour les enroulements. Les données constructeur demeurent par contre insuffisantes pour quantifier correctement l'évolution du circuit magnétique. Les résistances du circuit équivalent, représentatives des pertes dans le composant, ont par ailleurs été validées par calorimétrie. Elles permettent ainsi d'estimer, avec une très bonne précision, les puissances dissipées pour une excitation et une charge données. En vue de répondre à l'absence de données complètes et réalistes de la part des fournisseurs de ferrites, une nouvelle méthode de caractérisation des matériaux magnétiques a été développée. Moyennant quelques précautions expérimentales, elle permet d'accéder, à toute fréquence et toute température uniforme, aux données perméabilité et permittivité complexes au moyen de relations analytiques simples. La méthode donne des grandeurs applicables à tout circuit magnétique, quelle que soit sa forme, et elle rend compte de tous les phénomènes physiques qui prennent naissance dans ie matériau lorsque la fréquence augmente, notamment du comportement capacitif que l'on observe dans les ferrites MnZn dès quelques dizaines de kHz. Cette méthode permet d'estimer les pertes fer jusqu'à environ LO MHz.
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tel-00820228 , version 1 (03-05-2013)

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  • HAL Id : tel-00820228 , version 1

Cite

Patrick Fouassier. MODELISATION ELECTRIQUE DES COMPOSANTS MAGNETIQUES HAUTE FREQUENCE : PRISE EN COMPTE DE LA TEMPERATURE ET CARACTERISATION DES FERRITES. Energie électrique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00820228⟩

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