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Duchesne, Cyrille. Contribution à l'étude de la gradation de potentiel dans les modules de puissance haute tension

Duchesne, Cyrille (2009) Contribution à l'étude de la gradation de potentiel dans les modules de puissance haute tension.

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Résumé en francais

L'augmentation des densités de puissance dans le domaine de la traction ferroviaire conduit aujourd'hui au développement de convertisseurs intégrés. Cette intégration n'est toutefois possible que si l'on sait dimensionner au plus juste l'ensemble des éléments qui constitue ces convertisseurs. Du point de vue de l'isolation électrique, il est donc nécessaire d'avoir une caractérisation la plus large possible de l'ensemble des matériaux isolants utilisés dans le packaging des composants de puissance ainsi qu'une bonne compréhension de leurs mécanismes de défaillances. Ces points s'avèrent d'autant plus critiques que la réduction des dimensions d'une part et l'augmentation des calibres en tension des composants d'autre part se traduisent par des contraintes de plus en plus sévères. Répartir la contrainte électrique de façon homogène est donc d'un intérêt majeur lorsqu'il s'agit de maintenir l'intégrité de ces systèmes. Le travail présenté ici consiste en une étude approfondie des problématiques liées à la gradation et en la présentation de deux solutions de gradation du potentiel, l'une utilisant des matériaux hybrides et l'autre des lignes conductrices à potentiel flottant. Différents outils théoriques et pratiques ont été développés et utilisés. Un code de calcul par éléments finis (CEF) est utilisé afin de prédire la répartition de la contrainte (potentiel et champ électrique) dans une structure de test prédéfinie. L'influence de la réfraction des équipotentielles aux interfaces de différents diélectriques est ensuite étudiée. L'utilisation d'un matériau présentant une variation non - linéaire de sa caractéristique courant tension sur la répartition homogène du champ électrique est discutée et nous montrons qu'un tel comportement n'est pas une condition nécessaire pour obtenir une réduction satisfaisante du champ électrique. Différentes méthodes permettant de caractériser ce type de matériau à travers des mesures directes de la contrainte électrique par sonde à champ nulle et indirecte par des mesures de décharges partielles sont ainsi proposées. Enfin, la gradation du potentiel en utilisant des lignes métalliques inspirées des techniques de répartition par anneaux de garde ou plaque de champ est envisagée. Une optimisation de la structure d'étude par calcul CEF est d'abord réalisée, puis la caractérisation diélectrique à travers des mesures de décharges partielles et de rupture diélectrique confirme le bien fondé de cette approche.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Lebey, Thierry
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Module IGBT - Packaging - Matériaux hybrides - Répartition homogène - Non linéarité - Décharges partielles - Lignes conductrices à potentiel flottant
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :04 Jun 2012 14:57