Rapport Final # Projet : 2010-161 Conception d`un générateur d

Université du Québec à Chicoutimi
MODULE D’INGÉNIERIE
GÉNIE ÉLECTRIQUE
6GIN555 PROJET DE SYNTHÈSE EN INGÉNIERIE
Rapport Final
# Projet : 2010-161
Conception d’un générateur d’impulsion
Préparé par
Allard, Patrick
Bouchard, Maxime
St-Pierre, Alexandre
Pour
Fofana, Issouf
27 août 2010
CONSEILLER : Fofana, Issouf PH.D
COORDONNATEUR : Jacques Paradis, ing

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Approbation du rapport d’étape pour diffusion
Nom du conseiller
Date
Signature

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CONCEPTION D’UN GÉNÉRATEUR D’IMPULSION
Résumé de la
problématique et des
objectifs
Étant dans une ère de surconsommation continuellement croissante
où l’importance de prendre soin de l’environnement est au cœur des débats,
il est primordial de trouver des solutions au niveau du traitement des
déchets. La solution envisagée est d’utiliser les puissances électriques pulsées
afin de traiter ces déchets. Cependant, le projet porte sur la fragmentation de
matériaux et non sur leur récupération. Les principaux objectifs sont de
concevoir un générateur d’impulsion haute tension ainsi qu’un dispositif de
mesure et d’acquisition de la forme d’onde.
Résumé du travail
réalisé
Tout d’abord, des recherches ont été effectuées au niveau du
générateur d’impulsion, des calculs théoriques ont permis de dimensionner
les composantes à utiliser au niveau du générateur et des simulations à l’aide
de logiciels ont permis de valider tout cela. En second lieu, différentes
méthodes ont été étudiées afin de déterminer le meilleur circuit de
déclenchement possible pour permettre la commutation des thyristors et
pour permettre d’acquisitionner la forme d’onde à la sortie. Par la suite, une
partie du travail fût effectuée au niveau de l’aspect sécurité et des
composantes à utiliser afin de rendre le tout sécuritaire. Finalement, le reste
du travail a consisté à réaliser le montage et d’effectuer les tests.
RÉSUMÉ DES
CONCLUSIONS
Puisqu’un prototype permettant d’effectuer des essais destructif était
trop coûteux, celui-ci à été fabriqué de façon valider le concept. En effet,
l’énergie nécessaire à la fragmentation d’objets demandait des composantes
trop onéreuses. Ainsi, le prototype développé à permis de produire un choc
de type ‘foudre’ à une tension de 10 kV respectant la norme IEEE. Lors des
essais à basse tension, les résultats obtenus ont été encore meilleurs que
ceux espérés par la simulation, tandis que, à tension maximale l’efficacité
s’est avérée presque semblable à la simulation.

iv
Table des matières
Introduction .......................................................................................................................... 1
Présentation du projet ......................................................................................................... 2
Description du projet ........................................................................................................ 2
Description de l’équipe de travail .................................................................................... 2
Problématique et état de l’art reliés au projet ................................................................ 2
Objectifs généraux et spécifiques du projet .................................................................... 3
Méthodologie ....................................................................................................................... 4
Générateur de Marx ......................................................................................................... 4
Alimentation du générateur ......................................................................................... 4
Redresseur .................................................................................................................... 4
Générateur d’impulsion ............................................................................................... 4
Mesure de protection ................................................................................................... 5
Mesure et acquisition ................................................................................................... 5
Expérimentation ............................................................................................................... 5
Prototypage ...................................................................................................................... 5
Validation des résultats .................................................................................................... 5
Élément de conception ......................................................................................................... 6
Générateur de Marx ......................................................................................................... 6
Choc de foudre ............................................................................................................. 6
Principe de fonctionnement du générateur ................................................................. 7
Dimensionnement des composantes du générateur ................................................... 9
Transmission d’énergie ............................................................................................... 12
Propagation de la décharge électrique ...................................................................... 16
Thyristor.......................................................................................................................... 17
Circuit d’Aide à La Commutation (CALC) .................................................................... 18
Détermination de la capacité Cs : ............................................................................... 19
Circuit de déclenchement des thyristors ....................................................................... 20
Le système de déclenchement ................................................................................... 23
FPGA ........................................................................................................................... 24

v
Structure du prototype ................................................................................................... 26
Mesure haute tension .................................................................................................... 27
Oscilloscope .................................................................................................................... 28
Sonde 1000X P6015 .................................................................................................... 28
Mesures de protection ................................................................................................... 29
Protection au condensateur ....................................................................................... 29
Protection du thyristor ............................................................................................... 30
Prise DDFT ................................................................................................................... 31
Étude des courants ............................................................................................................. 32
La charge ......................................................................................................................... 32
La décharge ..................................................................................................................... 33
L’étude du dernier étage ................................................................................................ 33
Le premier étage............................................................................................................. 35
Le deuxième étage ......................................................................................................... 36
Simulation ........................................................................................................................... 38
Phase d’expérimentation préliminaire ............................................................................... 40
Déclenchement des thyristors ........................................................................................ 40
Protocole d’essais ............................................................................................................... 41
Résultats ............................................................................................................................. 42
Simulation ....................................................................................................................... 42
Système de déclenchement ........................................................................................... 43
Impulsion de sortie du générateur d’impulsion ......................................................... 43
Impulsion au secondaire du tore ................................................................................ 44
Onde de choc .................................................................................................................. 45
Onde de choc à 10 kV ................................................................................................. 45
Onde de choc à basse tension .................................................................................... 46
Tension de sortie à tension différente ........................................................................... 47
Comparaison des résultats ................................................................................................. 48
Étude des courants ......................................................................................................... 48
Bilan des activités ............................................................................................................... 50
IV. 1 Arrimage formation académique/application pratique projet .............................. 50