Apports des techniques de cablages laminaires dans un onduleur a

Institut National Polytechnique de Lorraine
ECOLE DOCTORALE "Informatique-Automatique-Electrotechnique-Electronique-Mathématiques"
Département de Formation Doctorale "Electrotechnique-Electronique"
THESE
présentée à
L’Institut National Polytechnique de Lorraine
En vue de l’obtention du titre de
DOCTORAT de l’INPL
Spécialité : Génie Electrique
par
LOUNIS Zohra
Ingénieur de l’Université des Sciences et Technologies
"Houari Boumedienne", Alger – Algérie
APPORTS DES TECHNIQUES DE CABLAGES LAMINAIRES
DANS UN ONDULEUR A IGBT DE MOYENNE PUISSANCE
Soutenue publiquement le 19 décembre 2000 devant la Commission d’Examen
Membres du Jury
Président : Ch. ROMBAUT
Rapporteurs : H. FOCH
A. BERTHON
Examinateurs : A. REZZOUG
B. DAVAT

Remerciements
Je tiens en premier lieu à exprimer mes sincères remerciements à Messieurs
Abderrezak Rezzoug et Bernard Davat, pour leur accueil chaleureux au sein du Groupe de
Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nancy, ainsi qu'aux membres du jury
extérieurs au laboratoire, Messieurs Christian Rombaut, Henri Foch et Alain Berthon, pour
l'intérêt qu'ils ont porté à ce travail.
Je tiens tout particulièrement à remercier :
- Monsieur Bernard Davat Professeur INPL, Directeur de l'ENSEM, qui a été directeur
de ma thèse. Qu'il soit remercié de la confiance qu'il m'a toujours témoignée en me confiant
ces travaux et en acceptant d'être directeur de ces recherches sans jamais douter de moi. Qu'il
trouve dans ce mémoire l'expression de ma gratitude pour le temps qu'il m'a consacré, tant
pour cette thèse que pour la suite.
- Monsieur Henri Foch, Professeur INPT, pour le grand honneur qu'il m'a fait en
acceptant d'être le rapporteur de ce travail.
- Stéphane Raël (Victor), Maître de conférences, pour sa disponibilité, ses remarques
pertinentes et conseils avisés, pour les nombreuses discussions qui ont toujours été
fructueuses, et avec qui j'ai beaucoup appris, autant dans le domaine de la recherche que dans
d'autres domaines. Grâce à lui, j’ai été souvent amenée à ouvrir le dictionnaire, qu'il trouve
dans ce mémoire l'expression de ma reconnaissance et de mon amitié.
Je tiens à exprimer ma gratitude à :
- Dahmane pour son soutien et à qui je tiens à exprimer ma profonde amitié ;
- Madame René Bruson, pour sa gentillesse, sa disponibilité et son aide ;
- Latifa, pour sa bonne humeur et totale disponibilité, qu'elle trouve ici l'expression de
ma profonde amitié ;
- Fadi Sharif, pour son aide, ses nombreux conseils et surtout pour sa disponibilité.
Que l'ensemble des chercheur, enseignants et du personnel technique du laboratoire,
soit également remercié ainsi que tous ceux qui m'ont de près ou de loin soutenue durant ma
thèse.
Enfin, je réserve une pensée particulière, à Fa, à qui j'ai fait souvent partager les
moments "forts" de ces recherches et avec qui j'ai partagé d'agréables moments et fous rires.
Enfin, je ne peux oublier mes proches, qui de loin ou de prés m'ont soutenu. Merci à
mes parents, pour m'avoir soutenue et permis d'en arriver là. Toute ma reconnaissance et
gratitude vont vers ceux sans qui je n'aurai jamais pu faire de thèse, mon cher frère Brahim et
ma douce et tendre sœur Houria, pour leur présence et soutien permanents et leur aides dans
les moments difficiles. Tous les êtres chers, en particulier et surtout Moussa (tablette de
chocolat), pour leur présence secrète.

Tables des matières
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................... 1
CHAPITRE 1 - PRESENTATION DE L’ONDULEUR .......................................................... 5
1.- INTRODUCTION ........................................................................................................... 7
2.- CAHIER DE CHARGES ................................................................................................ 7
3.- PRESENTATION DU BANC D’ESSAIS ...................................................................... 8
4.- STRUCTURE DU BRAS DE TEST ............................................................................ 10
4.1.- Schéma .................................................................................................................. 10
4.2.- Interrupteurs de puissance ..................................................................................... 12
4.2.1.- Choix des composants ................................................................................. 12
4.2.2.- Mise en œuvre ............................................................................................. 14
4.3.- Contraintes de commutation .................................................................................. 15
5.- SYSTEME DE REFROIDISSEMENT ......................................................................... 19
6.- CONCLUSION ............................................................................................................. 20
CHAPITRE 2 - MISE EN EVIDENCE DES PROBLEMES ................................................. 21
1.- INTRODUCTION ......................................................................................................... 23
2.- PROBLEMES LIES A LA STRUCTURE DE COMMANDE .................................... 23
2.1.- Circuits de commande ........................................................................................... 23
2.2.- Réalisation pratique de la commande .................................................................... 25
2.3.- Gestion des interrupteurs principaux ..................................................................... 32
3.- PROBLEMES LIES A LA STRATEGIE DE COMMANDE ...................................... 33
3.1.- Principe de la stratégie de commande ................................................................... 33
3.2.- Boucle de mesure du courant ................................................................................ 34
3.3.- Vitesse de variation du courant dans la charge ..................................................... 35
4.- PROBLEMES LIES AU CABLAGE DE PUISSANCE DE L’ONDULEUR ............. 39
4.1.- Câblage et liaisons électriques .............................................................................. 39
4.2.- Mesures ................................................................................................................. 42
5.- PROBLEMES DE COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE ............................ 44
6.- CONCLUSION ............................................................................................................. 47

CHAPITRE 3 - ETUDE THEORIQUE D’UN CABLAGE A FAIBLE IMPEDANCE ........ 49
1.- INTRODUCTION ......................................................................................................... 51
2.- CONDUCTEURS ELEMENTAIRES .......................................................................... 51
2.1.- Formes considérées ............................................................................................... 51
2.2.- Calcul de l’inductance pour les formes cylindriques ............................................ 52
2.3.- Calcul de l’inductance pour les formes rectangulaires .......................................... 56
2.4.- Comparaison des différentes formes de conducteurs ............................................ 61
3.- BUS BARRE ................................................................................................................. 63
3.1.- Conducteur retenu ................................................................................................. 63
3.2.- Simplification du domaine d’étude ....................................................................... 65
3.3.- Subdivision des plaques conductrices ................................................................... 67
3.4.- Rayonnement ......................................................................................................... 71
4.- COMPORTEMENT EN DYNAMIQUE ...................................................................... 73
4.1.- Equation du champ ................................................................................................ 73
4.2.- Calcul de l’impédance ........................................................................................... 73
4.3.- Impédance d’un conducteur plan .......................................................................... 74
4.4.- Application au bus barre ........................................................................................ 76
5.- CONCLUSION ............................................................................................................. 80
CHAPITRE 4 - OPTIMISATION DU CABLAGE
- REALISATION EXPERIMENTALE............................... 83
1.- INTRODUCTION ......................................................................................................... 83
2.- MONTAGE EXPERIMENTAL ................................................................................... 83
2.1.- Principe .................................................................................................................. 83
2.2.- Connexions des IGBT ........................................................................................... 83
2.3.- Réalisation du bus barre ........................................................................................ 85
2.4.- Réalisation de la commande .................................................................................. 86
2.5.- Gestions des interrupteurs en parallèle .................................................................. 89
2.6.- Prévention des courts-circuits ............................................................................... 91
2.7.- Signaux de référence ............................................................................................. 94
2.8.- Evaluation de l’inductance de câblage .................................................................. 94
2.9.- Compatibilité électromagnétique .......................................................................... 97
2.9.1.- Sources des perturbations en CEM ............................................................. 97
2.9.2.- Mesures des perturbations conduites ........................................................... 99
2.9.3.- Mesures des perturbations rayonnées ........................................................ 102