N° ordre Année

Jérôme Mavier

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• mémoire

N° ordre : 2461 Année 2007 THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications Spécialité : Génie Electrique Par Jérôme MAVIER Convertisseurs génériques à tolérance de panne Applications pour le domaine aéronautique Soutenue le 22 mars 2007 devant le jury composé de : MM. P. LE MOIGNE Rapporteur F. MEIBODY-TABAR Rapporteur F. FOREST Examinateur L. PRISSE Examinateur F. RICHARDEAU Encadrant H. PIQUET Encadrant P. ROLLIN Invité Thèse préparée au Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (LAPLACE) – site ENSEEIHT Unité Mixte de Recherche INPT – UPS – CNRS N°5213

• modèle multiphysique d'actionneur électrohydrostatique de commandes de vol


• périmètre structurel des modules de conversion


• génie electrique


• obtention de systèmes performants

Sujets

• Mémoire
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Génie électrique

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Nombre de lectures: 26
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

N° ordre : 2461 Année 2007

THESE


présentée pour obtenir le titre de

DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE

Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications

Spécialité : Génie Electrique


Par

Jérôme MAVIER



Convertisseurs génériques
à tolérance de panne

Applications pour le
domaine aéronautique





Soutenue le 22 mars 2007 devant le jury composé de :

MM. P. LE MOIGNE Rapporteur
F. MEIBODY-TABAR FOREST Examinateur
L. PRISSE ExamRICHARDEAU Encadrant
H. PIQUET
P. ROLLIN Invité

Thèse préparée au Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE) – site ENSEEIHT
Unité Mixte de Recherche INPT – UPS – CNRS N°5213

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Résumé



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 œuvre 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 œuvre 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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Abstract



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.



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Avant-propos



Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés à Airbus France et au
Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle (LEEI), intégré depuis au
Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE), unité mixte de recherche associée
à l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT), à l’Université Paul Sabatier (UPS) et
au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Pour m’avoir accueilli au sein de
leurs entités respectives, je remercie M. Gilles Cescon, responsable du département
d’ingénierie des systèmes électriques (EYAE) d’Airbus, ainsi que MM. Yvon Chéron et
Maurice Fadel, directeurs successifs du LEEI.

Je tiens à remercier sincèrement les membres du jury de thèse :
• M. François Forest, professeur à l’université de Montpellier II et chercheur à l’Institut
d’Electronique du Sud (IES), pour nous avoir fait l’honneur d’accepter la présidence du jury ;
• M. Farid Meibody-Tabar, professeur à l’Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de
Mécanique (ENSEM) et chercheur au Groupe de Recherche en Electrotechnique et
Electronique de Nancy (GREEN), pour l’intérêt qu’il a manifesté à ces travaux en tant que
rapporteur ;
• M. Philippe Le Moigne, professeur à l’Ecole Centrale de Lille et chercheur au Laboratoire
d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille (L2EP), pour avoir assuré la
fonction de rapporteur ;
• M. Pascal Rollin, ingénieur à Technofan, pour sa participation en tant qu’industriel.

Je souhaite témoigner ma profonde reconnaissance aux membres du jury ayant
participé à l’encadrement de ces travaux :
• M. Frédéric Richardeau, chargé de recherche du CNRS au LAPLACE, pour m’avoir
véritablement formé à l’électronique de puissance et encadré avec intégrité, rigueur et
patience ; ce fut un honneur et un plaisir de travailler avec un chercheur aussi passionné,
compétent et pédagogue ; qu’il trouve ici la marque de ma gratitude et de mon admiration ;
• M. Hubert Piquet, professeur à l’Ecole Nationale Supérieure d’Electrotechnique,
d’Electronique, d’Informatique, d’Hydraulique et des Télécommunications (ENSEEIHT),
pour m’avoir soutenu et orienté tout au long de cette période avec ses réflexions pertinentes et
sa franchise coutumière ;
• M. Etienne Foch, responsable du groupe Recherche et Certification au sein du département
EYAE d’Airbus, pour avoir initié et supervisé les études menées tout en nous laissant une
grande liberté ;
• M. Lucien Prissé, docteur-ingénieur à Airbus France, pour avoir suivi ces travaux en nous
faisant profiter de son expérience technique.

Mes remerciements s’adressent également :
• aux techniciens du laboratoire, Didier Ginibrière, Jean-Marc Blaquière et Olivier Durrieu,
qui ont participé à la conception et la réalisation des différentes cartes électroniques ;
• à Guillaume Gateau, concepteur de la carte de commande, pour avoir assuré avec bonne
humeur le service après-vente ;
• aux informaticiens Jacques Benaioun et Jean Hector, dont la compétence a permis un
déroulement serein de la thèse ;
• au personnel administratif, qui assure avec gentillesse les tâches quotidiennes.

Ces années ont été rendues agréables et enrichissantes, tant sur le plan humain que sur
le plan intellectuel, grâce aux doctorants et aux enseignants-chercheurs du laboratoire, que je
remercie chaleureusement pour leur générosité, leur solidarité et la bonne humeur ambiante.
Je pense en particulier à Gianluca, qui m’a fait apprécier toute la qualité de l’expression
napolitaine, Matthieu L., le “serial câbleur” à l’origine de la libération des mœurs dans le
laboratoire, François P., s’rab et scientifique de talent, qui aurait pourtant fait une grande
carrière dans le cinéma d’auteur, François B., digne normalien par sa curiosité et digne
Aveyronnais par sa convivialité, Christophe C., le “michtau” au grand cœur dont le manque
de discrétion n’a d’égal que la générosité, Markos, l’aventurier qui campe sur les ronds-
points, Anne-Marie, dont la présence affectue