Convertisseurs génériques à tolérance de panne - Applications pour le domaine aéronautique
Résumé
Electric power is of increasing importance in aeronautical systems. As a consequence, static converters have become widespread, and power electronics is crucial for improving performance, reliability and competitiveness. The aim of this thesis is to contribute to the design of electrical networks by using modular generic converters. To determine their structure, an inventory of power electronics applications is carried out in the framework of a "more electric" aircraft. The modularity of these power conversion blocks opens the way for power segmentation and redundancy, that enables systems availability to increase. Following this approach, several fault-tolerant inverter topologies are compared, both analytically and by simulation based on the physical model of a flight surface electrohydrostatic actuator. For the experimental studies, power electronics modules are designed to operate a reconfigurable inverter that is dedicated to a permanent magnet synchronous motor drive. Connected to the neutral point of the wye-connected motor, this inverter has a fourth leg that acts as a mutualised redundancy. Lastly, to extend the power electronics generic module's field of application, three AC/DC converter topologies are proposed in order to improve power management, in comparison with conventional topologies, with respect to electrical and thermal design criteria.
L'énergie électrique occupe un rôle de plus en plus important au sein des réseaux aéronautiques. Cela occasionne une forte émergence de l'électronique de puissance, qui constitue un domaine technologique crucial pour l'obtention de systèmes performants, fiables et compétitifs. Ce mémoire s'inscrit dans une approche d'aide à la conception des architectures de traitement de l'énergie électrique à partir d'éléments de conversion génériques et modulaires. Un recensement des applications des convertisseurs statiques est établi dans le cadre d'un réseau d'avion "plus électrique" afin de délimiter un périmètre structurel des modules de conversion. La modularité de ces éléments ouvre la voie à la segmentation de la puissance et à la redondance qu'il est proposé d'exploiter par la mise en oeuvre de convertisseurs à tolérance de panne, afin d'améliorer la disponibilité opérationnelle des systèmes. Dans cette perspective, plusieurs topologies d'onduleur sont comparées analytiquement et par simulation sur la base d'un modèle multiphysique d'actionneur électrohydrostatique de commandes de vol. Dans le cadre des études expérimentales, les modules de conversion réalisés comprennent en particulier les fonctionnalités appropriées pour mettre en oeuvre un onduleur reconfigurable, dédié à l'alimentation d'une machine synchrone à aimants permanents. Cet onduleur comporte une redondance mutualisée sous la forme d'une quatrième cellule de commutation connectée au neutre de la machine. Enfin, en vue d'étendre le champ d'application de ce module générique, différentes topologies de conversion alternatif-continu sont proposées pour optimiser la gestion de l'énergie par rapport aux solutions traditionnelles. Une comparaison quantitative sur des critères électriques et thermiques permet d'envisager les bénéfices de chaque structure.
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