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CAPES-COFECUB (2007-2011) : « Modélisation numérique des systèmes électromagnétiques ». (Ampère/LMAG)

par Laurent Krähenbühl - publié le , mis à jour le

Un projet de coopération internationale franco-brésilienne

Programme CAPES-Cofecub 503/05
Projet : Capes-Cofecub
Coordinateur : Christian Vollaire (Ampère)
Mots-clé : CEM ;

Projet terminé : 2007-2011 (4 ans et 3 mois)

Partenaire : EP-USP


Implication du Laboratoire Ampère

Personnels permanents :
- C. Vollaire, Professeur, ECL
- F. Buret, Professeur, ECL
- N. Siauve, MCF, UCBL
- L. Krähenbühl, DR CNRS, Ampère
- L. Nicolas, DR CNRS, Ampère
- R. Perrussel, CR CNRS (Ampère, puis Laplace)
- Carlos Sartori, Professeur invité et psot-doc Senior, 2009-2011, EP USP
- Viviane C. Silva, Professeure invitée, EP-USP
- Mario Leite Pereira Filho, chercheur invité
- Pedro Pereira de Paula, chercheur invité

Invités, post-docs et thésards :
- Mario Alves dos Santos Jr, doctorant invité
- S. Zangui, doctorante
- K. Berger, post-doc
- B. Vincent, post-doc

Résumé du projet scientifique

Dans la conception d’un système en électronique de puissance par exemple dans le cas d’un convertisseur ou d’un filtre CEM, les problèmes de la compatibilité électromagnétique ne sont pris en compte qu’à la phase finale lors des tests de vérification du fonctionnement du système. Ainsi un prototype non-conforme à ces tests va engendrer des surcoûts importants ou l’adoption de solutions de « secours » non nécessairement reproductibles et surtout non satisfaisantes car elles impliquent dans la majorité des cas l’ajout d’éléments initialement non prévus (filtres, blindages, …). Aussi, il s’avère important et utile d’étudier les problèmes de la CEM dès la phase de conception, c’est l’objectif principal de ce travail de recherche.
L’objectif de ce travail est d’établir des modèles permettant de prédire le couplage en champ proche entre les systèmes ou les sous systèmes, comme par exemple entre les éléments constituant un convertisseur. Cette « brique élémentaire » de modélisation est un élément actuellement manquant pour contribuer à la modélisation globale des systèmes d’électronique de puissance d’un point de vue CEM. Pour ce faire, il suffit de recréer le champ électromagnétique rayonné par chacun des systèmes, qui sera représenté comme une source équivalente.
Ces sources équivalentes seront utilisées pour calculer le couplage entre les différents éléments en fonction de la distance et de leur placement respectif. La détermination de ces différents couplages nous aidera à mieux optimiser la position des différents composants au sein de la structure pour minimiser les perturbations et augmenter son efficacité.
L’outil utilisé pour la mise en œuvre de cette approche est la décomposition en harmoniques sphériques, c’est à dire la représentation du rayonnement de structures génériques (bobinages, capacités, pistes…) dans un repère sphérique (r,θ,φ). Cette représentation permet de construire des sources de champ équivalentes pour chacun des éléments.
Pour renseigner ou valider nos modèles équivalents, nous avons utilisé le logiciel Flux3D®, c’est un outil de calcul basé sur la méthode des éléments finis, développé par CEDRAT et le G2Elab.
Par ailleurs, il était important d’utiliser un protocole de mesures qui nous permette aussi de renseigner ou valider nos modèles dans le cas où on ne connaît pas tous les paramètres électriques… du dispositif ou pour des « composants » trop complexes à modéliser numériquement en 3D. Un banc de mesures qui permet de mesurer directement les composantes de la décomposition en harmoniques sphériques sera utilisé.
Le modèle construit qui représente le rayonnement en champ proche des différents éléments nous permettra de fournir des bibliothèques qui seront intégrées par la suite dans un logiciel de type circuit, pour une modélisation « globale » du système.

Publications "Ampère" liées à cette collaboration

Revues :
S. L. Avila, M. A. Santos Jr., D. Weinzierl, L. Krähenbühl, R. Perrussel, C. Vollaire, C. A. F. Sartori, L. Lebensztajn, J. R. Cardoso, "Maximum Working Volume Evaluation in a Non-Canonical Reverberation Chamber, IEEE Trans. On Magnetics, Volume 45, n° 3, 2009, pp 1646 - 1649.
Mario. A. Santos Jr, Damien Voyer, Ronan Perrussel, Djonny Weinzierl, Carlos. A. F. Sartori, Laurent Krähenbühl, Christian Vollaire, José R. Cardoso, "A Load Effect Evaluation of a Transmission Line Exciting Chamber",Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. X, No. 1, Jun 2011, pp 42-54.

Congrès :
S. Zangui K. Berger, B. Vincent, R. Perrussel, E. Clavel, Christian Vollaire, C. Sartori, L.Krähenbühl, ‘Evaluation of coupling parameters of EMC filter components by using equivalent emission sources’, MOMAG2010, Vila Velha, Brésil du 29 août au 1 septembre 2010.
S.Zangui, K.Berger, C. Vollaire, E.Clavel, R.Perrussel, B.Vincent, ‘Equivalent source corresponding to radiated field of EMC filter components’, EMC Europe 2010, Wroclaw, Pologne, 13 - 17 septembre 2010.
S.Zangui, B.Vincent, R.Perrussel, K.Berger, E.Clavel, C Vollaire, C.Sartori, ‘Modélisation et mesure des couplages en champ proche des composants de filtre CEM’, Workshop on EMC of Embeded Systems (2emc), 18 - 19 novembre 2010, Rouen, France.
S. Zangui, K. Berger, R. Perrussel, E. Clavel, C. Sartori and C. Vollaire, ‘Using Equivalent Emission Sources to Evaluate the Coupling between Components’, Compumag 2011, 18th International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields, 12-15 July 2011, Sydney, Australia.
S. Zangui, B. Vincent, R. Perrussel, E. Clavel, C. Sartori and C. Vollaire, ‘A Hybrid Approach for evaluating the Multipole Component Measurement and Calibration Methods’, Compumag 2011, 18th International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields, 12-15 July 2011, Sydney, Australia.

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