La correction du facteur de puissance a été récemment introduite dans les convertisseurs pour remplacer le filtrage passif en amont des convertisseurs et pour répondre aux nouvelles normes en vigueur. La correction de facteur de puissance dite mono-étage a succédé à celle en deux étages qui est caractérisée par un coût et un volume élevés. Cette étude vise deux types d'applications. Les applications à faible puissance (300 W) sous une tension d'alimentation de 230 Veff et une tension de 54 V en sortie. Pour des raisons de coût et de volume, les structures asymétriques Flyback et Sepic sont des solutions répondant au cahier des charges et qui restent incontournables. U ressort également de cette étude, que si les contraintes du convertisseur à résonance série fonctionnant en conduction discontinue sont acceptables, alors ce dernier peut aussi répondre au cahier de charge. Le second type d'applications visées par cette étude concerne la moyenne puissance (3 kW) avec une tension de 150 V en sortie. Dans ce cadre, seules les structures symétriques à résonance à commutateur de courant ou à onduleur de tension sont susceptibles de répondre au cahier des charges. Pour la seconde catégorie, et en vue d'une généralisation, une discussion sur la nature du circuit résonant est faite pour étudier le prélèvement sinusoïdal. En évaluant les avantages et les inconvénients de chaque structure, deux convertisseurs ont été retenus et les prototypes réalisés ont montré un bon facteur de puissance et le respect de la norme en vigueur (EN 61000-3-2).

Les variateurs de vitesse modernes sont exclusivement basés sur l'utilisation de moteurs triphasés alimentés par des onduleurs à modulation de largeur d'impulsion (MLI). La plupart des applications modernes de la variation de vitesse, comme les ascenseurs, les grues et les machines-outils sont caractérisées principalement par un rapport élevé entre la puissance crête et la puissance moyenne et une forte demande de freinage à la puissance nominale. Dans les variateurs de vitesse ordinaires, l'énergie de freinage, qui est de l'ordre de 30 à 50% de l'énergie consommée, est dissipé dans une résistance. Outre les problèmes " énergétiques ", les interruptions et dégradations de la tension d'alimentation ainsi que la qualité du courant d'entrée et la fluctuation de la charge, sont d'autres questions à aborder et à résoudre.Le super-condensateur dédié aux applications de conversion de puissance est ainsi proposé. Un variateur de vitesse équipé avec des super-condensateurs est présenté dans la thèse. Les super-condensateurs, interconnectés par un convertisseur DC-DC sont utilisés pour stocker et ré-injecter l'énergie de freinage. De plus, le convertisseur DC-DC contrôle le courant du redresseur et la tension du bus DC. Le THD du courant d'entrée est ramené à 30%. La tension du bus DC est élevée et en permanence contrôlée et lissée indépendamment de la charge et de la variation de la tension réseau. Pour terminer, les pics de puissance peuvent être lissés. La solution présentée est analysée théoriquement et vérifiée par un ensemble de simulations et expérimentations. Les résultats sont présentés et commentés

L'autonomie moyenne des voitures électriques commercialisées actuellement reste limitée par rapport aux véhicules thermiques. Pour pallier ce problème, la capacité de la batterie peut être augmentée ou bien la charge peut être facilitée en réduisant le temps de charge et ceci en augmentant la puissance de charge.L'infrastructure de charge rapide de type DC étant encore limitée, un progrès considérable consiste à embarquer le chargeur dans le véhicule en réutilisant tout, ou une partie de l'électronique de puissance déjà disponible pour propulser le véhicule. Le chargeur est alors nommé chargeur intégré.Au cours des dernières années, plusieurs chargeurs intégrés ont été proposés, mais peu d'entre eux ont été industrialisés vue qu'ils présentent des inconvénients que l'on cherchera à surmonter ou réduire.Dans le cadre de cette thèse notre objectif principal est donc de concevoir une nouvelle topologie de convertisseur permettant la charge de la batterie à moindre coût.Plusieurs idées permettant l'innovation sont proposées et une solution répondant au mieux au cahier de charges est retenue. Cette topologie est étudiée en détails (contrôle, dimensionnement, harmoniques, CEM, etc.). Finalement un prototype est réalisé pour valider le concept proposé. / To date, the range autonomy of most electric vehicles is still lower than conventional fuel based vehicles and charging times are significantly longer. To overcome this problem, battery capacity could be increased but more importantly high power fast charging should be accessible everywhere.The widespread deployment of public DC fast charging stations is still difficult to achieve. So, in order to have a better spreading of the charge spots and a better coverage, it is also necessary for the vehicle to be charged from an on-board charger that could be plugged into three-phase AC power outlets.Furthermore, because the battery is charged only when the car is parked -except for regeneration at braking-, using the on-board traction system components to form an integrated charging device is possible. This kind of topology is called an integrated charger which allows designing a charger small enough to be embedded in a vehicle at an affordable cost.Several non-isolated on-board integrated charging topologies are proposed in this thesis and the one that best meets some predefined specifications is selected. This topology is studied in details and validated by simulation software. A laboratory prototype is also built to verify the performance of this multi-purpose traction/charger converter.

Ce mémoire traite de la commande aléatoire du convertisseur Buck-Boost triphasé à prélèvement sinusoïdal du courant. Cette famille de convertisseurs est peu maîtrisée, et ce malgré le grand avantage qu'elle apporte par rapport à la structure Boost. L'objectif de ce travail est de développer une commande adaptée à cette structure améliorant la fiabilité et la qualité du convertisseur tout en réduisant le coût de réalisation. L'objectif étant d'aboutir à un convertisseur plus compétitif par rapport au convertisseur Boost. Après une présentation du contexte de l'étude dans le premier chapitre, le second chapitre est consacré au dimensionnement et à la mise en oeuvre de la commande du convertisseur. Le troisième chapitre décrit la modulation à fréquence aléatoire RCFM, permettant d'atténuer la densité spectrale des courants de ligne tout en conservant l'amplitude de la composante fondamentale. Le quatrième chapitre porte sur l'amélioration de la fiabilité et la réduction du coût du convertisseur. Qui consiste en l'élaboration d'une architecture de commande s'affranchissant des capteurs de courant alternatif, et réduisant le nombre des capteurs utilisés ce qui améliore sa fiabilité. Enfin, le dernier chapitre est consacré à l'étude expérimentale et aux simulations. L'étude expérimentale de la modulation a permis de valider les résultats théoriques de l'analyse de la RCFM. De plus, les simulations (intégrant des contraintes expérimentales) ont permis de valider le dimensionnement du convertisseur, sa dynamique ainsi que la reconstruction des différents signaux

Les variateurs de vitesse modernes sont exclusivement basés sur l’utilisation de moteurs triphasés alimentés par des onduleurs à modulation de largeur d’impulsion (MLI). La plupart des applications modernes de la variation de vitesse, comme les ascenseurs, les grues et les machines-outils sont caractérisées principalement par un rapport élevé entre la puissance crête et la puissance moyenne et une forte demande de freinage à la puissance nominale. Dans les variateurs de vitesse ordinaires, l’énergie de freinage, qui est de l’ordre de 30 à 50% de l’énergie consommée, est dissipé dans une résistance. Outre les problèmes « énergétiques », les interruptions et dégradations de la tension d’alimentation ainsi que la qualité du courant d’entrée et la fluctuation de la charge, sont d’autres questions à aborder et à résoudre.Le super-condensateur dédié aux applications de conversion de puissance est ainsi proposé. Un variateur de vitesse équipé avec des super-condensateurs est présenté dans la thèse. Les super-condensateurs, interconnectés par un convertisseur DC-DC sont utilisés pour stocker et ré-injecter l'énergie de freinage. De plus, le convertisseur DC-DC contrôle le courant du redresseur et la tension du bus DC. Le THD du courant d’entrée est ramené à 30%. La tension du bus DC est élevée et en permanence contrôlée et lissée indépendamment de la charge et de la variation de la tension réseau. Pour terminer, les pics de puissance peuvent être lissés. La solution présentée est analysée théoriquement et vérifiée par un ensemble de simulations et expérimentations. Les résultats sont présentés et commentés / Modern controlled electric drives are exclusively based on three-phase motors that are fed from three-phase pulse width modulated (PWM) inverters. Most of modern controlled electric drive applications, such as lifts, cranes and tooling machines are characterized by high ratio of the peak to average power, and high demand for braking at the rated power. In ordinary drives, the braking energy, which represents 30-50% of the consumed energy, is dissipated on a braking resistor. Apart from the “energetic” issue, the mains interruption and degradation, the input current quality and the load fluctuation are additional issues to be addressed and solved.The ultra-capacitor dedicated for power conversion applications has been discussed. In comparison to electrochemical batteries, the ultra-capacitors have higher power density and efficiency, longer life time and greater cycling capability. This makes the ultra-capacitor an excellent candidate for power conversion applications.A new electric drive converter equipped with the ultra-capacitor is presented in the dissertation. The ultra-capacitor with an inter-connection dc-dc converter is used to store and recover the drive braking energy. Moreover, the dc-dc converter controls the rectifier current and the dc bus voltage. The drive input current THD is reduced to 30%. The dc bus voltage is boosted and controlled constant and ripple free regardless on the load and the mains voltage variation. Moreover, the drive input peak power can be smoothed. The presented solution is theoretically analysed and verified by set of simulations and experiments. The results are presented and discussed

La charge d’un véhicule électrique constitue un enjeu stratégique pour les constructeurs automobile et forme un réel défi à relever avant de pouvoir comparer ces véhicules à la simplicité d'usage du véhicule thermique. En effet, l’autonomie limitée, la durée de recharge de la batterie, le coût du déploiement d’une infrastructure de charge rapide, l'impact significatif sur les réseaux électriques et le coût élevé de la batterie sont à l’origine de plusieurs projets de recherche axés sur l’optimisation de la chaîne de recharge du véhicule électrique. Afin d’améliorer l'autonomie d'un véhicule électrique, une solution contraignante mais stratégique consiste à embarquer le chargeur dans le véhicule afin d’assurer la conversion ac-dc de l’énergie à partir des prises de courant. Cette solution permet d’augmenter la disponibilité de la charge pour les utilisateurs. En outre, le chargeur embarqué peut réutiliser tout, ou une partie des éléments déjà existants et nécessaires à la propulsion du véhicule. L'idée étant de pouvoir employer certains éléments de la chaîne de traction électrique, déjà embarqués dans le VE (moteur électrique et onduleur de tension), et d’ajouter un filtre d'entrée et un redresseur afin de concevoir le chargeur. Cette solution permet de réduire le coût du chargeur, sa taille ainsi que le volume nécessaire à l'intégration de ses constituants électriques, on parle alors de chargeur intégré à la chaîne de traction. Cependant, la réutilisation de l’électronique de puissance embarquée engendre des problèmes de compatibilité électromagnétique avec d’autres équipements connectés sur le réseau électrique et aussi avec les dispositifs de protection domestique.Le problème majeur à lever est donc, la limitation des émissions conduites et plus particulièrement des courants de mode commun dans une gamme de fréquence importante. Ce projet de thèse a donc, pour objectif, l’amélioration de la disponibilité de la charge actuelle tout en réduisant le volume du filtre CEM passif. Nous cherchons, à travers ces travaux, à identifier des domaines d'améliorations possibles, à proposer des solutions à bas coûts et à intégrer des modifications au niveau de la commande et de la topologie afin d'optimiser le comportement CEM, tant en basses fréquences (0 - 2 kHz) qu’en hautes fréquences (150 Hz- 30 MHz), de ce chargeur embarqué intégré sans isolation galvanique. Les propositions doivent répondre simultanément aux besoins de recharge domestique en monophasé (à 3.7 kW et à 7.4 kW) et rapide en triphasé (à 22 kW et à 43 kW) sans pour autant augmenter le volume ni les coûts engendrés. Ainsi, cinq axes de travail sont étudiés: l’optimisation du comportement CEM (0-2 kHz) du chargeur en monophasé ; l’optimisation du comportement CEM (0-2 kHz) du chargeur en triphasé ; le développement, la mise en œuvre et l’instrumentation de deux bancs expérimentaux exploités pour l’obtention de résultats; la proposition d’une approche de modélisation CEM de la structure qui tient compte du mode commun et du mode différentiel ; et la proposition de solutions pour la réduction des émissions conduites (150 kHz – 30 MHz). / Battery chargers for electric vehicles are classified as on-board or off-board chargers. Off-board chargers are not constrained by size or weight but introduce additional cost to the infrastructure through the deployment of a high number of charging stations. In order to meet the needs of electric vehicle users in terms of charging availability, on-board chargers that achieve ac/dc conversion are retained. Furthermore, on-board chargers are classified as standalone or integrated systems. By reusing parts of the traction power train for charging, the latter reduces the cost of the charger. Disadvantages of integrated systems include electromagnetic compatibility issues and complex control schemes.This work presents the power quality performance analysis and control optimization of an on-board non-galvanically isolated electric vehicle charger integrated to the traction’s power train. In order to be able to evaluate the high frequency conducted common mode emissions (150 kHz - 30MHz) of a power conversion structure, one needs to develop a good current control scheme that establishes a high-quality low frequency behavior (0 - 2 kHz). Therefore, different aspects related to the power factor correction of the single-phase as well as the three-phase charging configurations are studied: the control scheme for the regulation of the charging power, the displacement power factor correction, the suppression of the grid current harmonics and the active damping of the input filter’s resonance. Two experimental test benches are developed using two different technologies (Silicon IGBTs vs. Silicon Carbide Mosfets). Experimental results are provided.This work also presents a comprehensive approach to modeling the CM and the DM EMI behavior of a power electronics structure. This method is applied to the charger in its single-phase and three-phase configurations. The models allow to evaluate the fluctuating internal nodes and to study the effect of various proposed mitigation solutions on the CM emissions. The models are also developed in the intent of being injected into optimization algorithms for the future design of an optimal EMI filter.