Convertisseurs parallèles entrelacés : étude des pertes fer dans les

N° d’ordre : 2520
THESE
présentée
pour obtenir
LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
École doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications
Spécialité : Génie Electrique
Par M. Valentin COSTAN
Titre de la thèse Convertisseurs Parallèles Entrelacés : Etude des Pertes Fer dans les
Transformateurs Inter-cellules
Soutenue le
18 octobre 2007 devant le jury composé de :
M. François FOREST Président
MM. Thierry MEYNARD Directeur de thèse
Philippe LE MOIGNE Rapporteur
Jean-Christophe CREBIER Rapporteur
Emmanuel SARRAUTE Membre
Pierre BRODEAU Membre

Convertisseurs parallèles entrelacés : Etude des pertes fer dans les
transformateurs inter-cellules
Résumé
La recherche de performances élevées (densité de puissance, efficacité, dynamique,…) a
conduit ces dernières années à l’apparition de convertisseurs entrelacés utilisant des
transformateurs inter-cellules.
La minimisation de la taille et la réduction de pertes des transformateurs inter-cellules sont les
objectifs principaux de cette étude. Les transformateurs inter-cellules deviennent encombrants
à cause des fortes concentrations de flux existantes dans certaines branches du circuit
magnétique. Dans les convertisseurs parallèles entrelacés, la séquence des phases
d’alimentation des bobinages constitue un degré de liberté. En fonction de la topologie de
transformateurs inter-cellules adoptée, deux procédés de permutation des phases
d’alimentation sont proposés, visant la minimisation des flux magnétiques. Le gain obtenu en
termes de pertes fer a été évalué théoriquement et expérimentalement. Les résultats obtenus
valident qualitativement l’avantage de l’alimentation permutée devant l’alimentation
classique.
Enfin, la réalisation pratique d’un prototype de convertisseur de puissance utilisant des
transformateurs inter-cellules a été abordée. Il s’agit de douze cellules permettant de réaliser
un bras d’onduleur à douze cellules entrelacées ou la mise en opposition de deux bras à six
cellules chacun.
Mots clés :
- Convertisseurs parallèles entrelacés
- Inductances
- Transformateurs inter-cellules
- Pertes fer
- Alimentation standard
- Alimentation permutée

Interleaved converters: Study of core losses in intercell transformers
Abstract
During the last years, high performance requirements (power density, efficiency, dynamic
behavior,…) in power converters lead to the development of interleaved converters using
intercell transformers. Minimization of the size of intercell transformers and the reduction of
losses that occur in such transformers are the main objectives of this study.
Intercell transformers become bulky because of the existing flux hotspots in certain branches
of the magnetic circuit. In interleaved converters, the sequence of the phase voltages applied
to the windings is a degree of freedom. Depending on the topology of intercell transformers,
two methods of permutation of the phase voltages are proposed, pointing at a decrease of the
magnetic fluxes. The reduction of core losses was evaluated theoretically and experimentally.
The results obtained confirm the advantage of the permuted supply against the standard
supply.
At last, the implementation of a power converter using intercell transformers is shown. It is
about twelve interleaved commutation cells which allow performing a single phase voltage
inverter or testing, with opposition method, two voltage-inverter legs containing six cells each
one.
Keywords:
- Interleaved converters
- Inductors
- Intercell transformers
- Core losses
- Standard supply
- Modified supply

Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés dans le groupe Convertisseurs
Statiques du Laboratoire de Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE). Au terme de trois
ans de recherche, je suis ravi d’exprimer toute ma gratitude envers tous ceux qui ont contribué
à l’aboutissement de ce travail.
Tout d’abord, je tiens à remercier aux membres du jury :
- Monsieur François FOREST, professeur à l’université de Montpellier II, pour
m’avoir fait l’honneur de présider cette thèse et surtout pour ses avis dont j’ai
bénéficié durant cette étude.
- Monsieur Philippe Le MOIGNE, professeur des universités à l’Ecole Centrale de
Lille, pour m’avoir fait l’honneur de rapporteur sur ce travail. Je le remercie pour ses
questions pertinentes et le grand intérêt qu’il a manifesté pour ce travail.
- Monsieur Jean-Christophe CREBIER, maître de conférences à l’Ecole Nationale
Supérieure d’Ingénieurs Electriciens de Grenoble, pour avoir accepté d’être le
rapporteur de mes travaux. Je voudrais le remercier pour son regard critique et l’intérêt
porté à l’égard de mes travaux.
- Monsieur Emmanuel SARRAUTE, maître de conférences à l’ENSEEIHT, pour avoir
accepté de faire partie du jury de thèse. Je tiens à le remercier pour sa gentillesse et
pour ses conseils durant notre collaboration.
- Monsieur Pierre BRODEAU, responsable du département électromécanique de la
société Liebherr Aerospace, pour avoir participé à ce jury et pour le regard industriel
qu’il a porté sur ce travail.
- Monsieur Thierry MEYNARD, directeur de recherche au CNRS, pour avoir encadré
mes travaux de thèse pendant ces trois années. Je lui exprime toute ma gratitude pour
m’avoir proposé ce sujet de thèse très intéressant. J’ai toujours apprécié ses conseils et
son approche des problèmes scientifiques. Je le remercie pour ses qualités humaines
exceptionnelles et j’aurais toujours un grand respect pour lui et une grande admiration
pour ses travaux. Il a réussi à me transmettre un ‘motto’ pour un parcours
professionnel : « Il faut montrer qu’on sait faire des choses simples ».
Je remercie également :
- Monsieur Maurice FADEL, professeur à l’Institut National Polytechnique de
Toulouse et directeur adjoint de Laplace pour son accueil et pour m’avoir permis de
travailler dans de bonnes conditions.
- Monsieur Philipe LADOUX, professeur à l’Institut National Polytechnique de
Toulouse et le responsable du groupe Convertisseurs Statiques pour son accueil au
sein du groupe, pour sa bonne humeur et l’ambiance très agréable que j’ai connu
durant ses années.
- Mesdames, MEBREK, SCHWARZ, MERLOT, BALON, pour leur gentillesse et
leur disponibilité dans toutes les démarches administratives.
- Messieurs, O. DURRIEU, D. GINIBRIERE, J.-M. BLAQUIERE, R.
LARROCHE, pour l’aide pratique et les conseils techniques qu’ils m’ont apportés.
Un remerciement particulier à David COSTES pour l’excellent travail durant son
stage au laboratoire.

Je n’oublierai jamais mes amis thésards :
Bayram, azizi t’es le meilleur, fashion coach, tu connais bien en foot, tu t’intéresses à tout, tu
sait parler aux gens (aux femmes en particulier), et t’es plus fan de l’équipe CSS que moi…
Ali, « pareil ou quoi», j’ai trouvé dur de me lancer dans une discussion contradictoire avec
toi, il faut que tu te lance vraiment dans la politique…
Christophe, bientôt, mon futur collègue, un très bon ami, il faut pas l’énerver quand sa manip
ne marche pas.
Wojciech, c’est avec lui que je prenais la bière, le soir, au bord du canal. La soirée de
l’enterrement de vie de jeun garçon a été la meilleure. Je vais jamais essayer de faire une
compétition avec lui : ‘Qui boit plus de vodka’.
Markos, ce don juan, j’ai bien aimé toutes les soirées chez lui (tequila paf-paf), son style
particulier, et bien évidement son esprit aventurier.
François, mon « cousin roumain », lui et Sophie, les seuls français qui ont visité le village de
mes parents. Avec eux on a passé des moments très agréables.
Marcus, un brésilien, pas le meilleur attaquant au foot, mais avec lui la fête est garantie…
Bernardo, mon meilleur ami brésilien, dommage qu’il aime pas la bière, ni le café, mais il
apprécie toujours un bon whisky. Je te remercie beaucoup pour ton aide et je te souhaite bon
courage dans la suite du travail 3DPHI…
Rafael, Ra-fa-ga, un très bon ami, merci pour le café que tu nous a fait goûté...je sais que t’es
pas content que la Roumanie a battu plusieurs fois la Colombie au foot...
Sylvain, « Silvano », mon nouveau collègue de bureau, j’apprécie ta gentillesse, merci de
t’avoir occupé du café, merci pour ton aide…il avait toujours des expressions en français que
je connaissais pas bien…
Egalement je remercie à Gianluca (Gianluigi, un italiano verro), Jérome Faucher (un cousin
roumain qui aime la visinata), Mathieu COUDERC, Anne-Marie LIENHARDT, François
DEFAY, Abdennour, Nadia BOUHALLI, ainsi que tous les autres doctorants que j’ai
côtoyé.
Après mes amis hors laboratoire :
Adi Jar (mon collègue de DEA), Daniel Boteanu (notre prêtre et un bon ami), Cristea
Gheorghe (unchiu’ barosanu’), Anastase Catalin (Ioan gagicaru’), Dragos Dima et Dorina
Dima (peut être nos futurs parrains de mariage !!!), Ciprian Stroia (docteur des plantes)…
Finalement je tiens à remercier ma copine Mihaela, pour son amour, pour le soutien durant
ces derniers quatre ans…Te Iubesc Mult !
Mes remerciements les plus vifs vont à ma famille et aux parents de Mihaela.
Vă mulŃumesc din suflet !