京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22069号 / 工博第4650号 / 新制||工||1725(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科電気工学専攻 / (主査)教授 引原 隆士, 教授 松尾 哲司, 准教授 三谷 友彦 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

In this dissertation the ac-link universal power converters, which are a new class of power converters, are introduced and studied in detail. The inputs and outputs of these converters may be dc, ac, single phase, or multi-phase. Therefore, they can be used in a variety of applications, including photovoltaic power generation, wind power generation, and electric vehicles. In these converters the link current and voltage are both alternating and their frequency can be high, which leads to the elimination of the dc electrolytic capacitors and the bulky low-frequency transformers. Therefore, the ac-link universal power converters are expected to have higher reliability and smaller size. Moreover, these converters are soft switching, which results in negligible switching losses and minimized current and voltage stress over devices. In the first part of the dissertation, the parallel ac-link universal power converter is studied in detail. This converter is an extension of the buck-boost converter. The series ac-link universal power converter, which is dual of the parallel ac-link universal power converter, is proposed in the second part of this dissertation. This converter is an extension of the Cuk converter. A modified configuration with fewer switches, named sparse ac-link universal power converter is proposed in the third part of this dissertation. The sparse ac-link universal power converters can appear as parallel or series. The performance of all these configurations is evaluated through simulations and experiments.

La variation de vitesse des machines électriques est une application très porteuse de l’électronique de puissance. La solution de conversion la plus répandue consiste à connecter en cascade deux convertisseurs statiques et d’effectuer une double conversion (AC/DC/AC). Une autre solution, faiblement répandue dans l’industrie, effectue une conversion directe AC/AC. Ce mémoire effectue une synthèse sur les solutions de conversion directe ainsi que sur les stratégies de modulation des convertisseurs matriciels et matriciels « double étage » dans le but de piloter des machines électriques triphasées à partir d’un réseau alternatif triphasé. Cette synthèse a permis de développer une modulation scalaire généralisée, associée à un modulateur par porteuse, équivalente à la modulation vectorielle et applicable aux différents convertisseurs matriciels. Les modulations, à nombre de commutation réduit par période de découpage, ont été approfondies. Cette généralisation a permis de mettre en évidence une solution réduisant les pertes et améliorant le comportement électromagnétique du dispositif comparativement aux modulations traditionnellement utilisées. La présentation des contraintes réelles (commande rapprochée des interrupteurs, Les protections ainsi que le filtrage) est abordée et a été utilisée pour développer une maquette laboratoire. Les stratégies de modulation ont été implantées expérimentalement et valident l’étude théorique. Enfin, un fonctionnement direct à la fréquence réseau, sans modulation donc à faibles pertes, est proposé. Un fonctionnement particulier est introduit, permettant d’effectuer le transitoire du mode modulé classique au fonctionnement direct non modulé / In the power electronics field, the adjustable speed drives is a growing application for electric motors control. The most common conversion solution is to connect in series two static converters and perform a double conversion (AC/DC/AC). Another solution, hardly proposed by industry, uses a direct AC/AC conversion. This thesis aims to make a direct conversion solutions and matrix converters and ‘‘two stage’’ matrix converters modulation strategies synthesis for the purpose to control three-phase electric motor with a three phase input network. This synthesis has developed a generalized scalar modulation, combined with a carrier wave modulator, equivalent to the space vector modulation and applied to matrix converters and the ‘‘two stage’’ matrix converters. Some attention has been done to reduced the switching number during the modulation period. The generalization allows to propose a modified modulation which reduces the losses and improves the electromagnetic performance compared to the traditional modulations used for these kind of converters. The practical constraint (switches control, protection system and filtering) are discussed and has been used to develop a laboratory prototype. The modulations strategies have been implemented experimentally and validate the theoretical study. Finally, a direct function mode with an equal frequency between the input and output network is proposed, without modulation and therefore low losses. In the last part, a particular operation mode is then introduced, permitting the transient operation between the modulated conventional mode to the direct mode without modulation