Le contexte sociétal et environnemental en France et en Europe durant ces dernières années est largement favorable à l’électrification des moyens de transports, principalement les véhicules, afin de réduire les émissions de CO2. Les pouvoirs publics déploient d’importants efforts afin de rendre les véhicules électrifiés plus accessibles aux citoyens, en octroyant des primes conséquentes lors de l’achat de véhicules « propres ». De leur côté, les constructeurs automobiles cherchent à diminuer le coût des véhicules électriques et hybrides en proposant des solutions techniques pouvant réduire le coût de fabrication des organes, principalement les batteries, les moteurs thermiques et électriques, tout en assurant des performances élevés. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier et de réaliser une machine électrique répondant à un cahier des charges très contraignant en termes d’encombrement axial et de densité de couple pour une application comme moteur de traction d’un véhicule hybride. De plus, cette machine doit être innovante, robuste et dont le procédé de fabrication est automatisable et à faible coût. Ainsi, un état de l’art élargi sur les différentes machines électriques a été effectué. En fonction des exigences liées à notre application, une machine à flux axial à aimants permanents enterrés à bobinage concentrique a été choisie.Initialement, un modèle analytique simplifié a été établi et couplé à un outil d’optimisation. Les paramètres géométriques et électriques obtenus ont été alors réajustés en utilisant un modèle numérique basé sur les éléments finis 3D. Différentes modifications ont été apportées à cette machine initiale en raison de l’évolution du cahier des charges des performances et des contraintes géométriques. Les grandeurs électromagnétiques telles que le couple et la puissance ont été analysées pour différents points de fonctionnement. Les pertes dans les aimants permanents ont été calculées en développant un modèle numérique hybride basé sur les différences finies 3D, réduisant ainsi le temps de calcul comparativement aux éléments finis 3D. Afin de valider les différents résultats obtenus, un prototype de la machine a été réalisé. Cette machine a également été modélisée en utilisant les Circuits Equivalents Magnétiques quasi-3D. Ce modèle semi-analytique est générique par rapport aux dimensions géométriques et électriques, avec une discrétisation adaptative. De plus, les effets de denture et de saturation sont pris en compte. Les inductions magnétiques, les flux magnétiques et le couple électromagnétique ont pu être obtenus avec ce modèle, en assurant une bonne précision et un temps de calcul réduit comparativement aux éléments finis 3D. / The societal and environmental context in France and Europe during the last few years has been largely favorable to the electrification of transportation means, mainly vehicles, in order to reduce CO2 emissions. The authorities are working hard to make the electrified vehicles more affordable, by providing substantial premiums during the purchase of “clean” vehicles. For their part, the automakers are looking to reduce the cost of electric and hybrid electric vehicles by offering technical solutions that can reduce the manufacturing cost of the car components, mainly batteries, thermal and electric motors, while ensuring high performances. The main objective of this thesis is to study and realize an electric machine, which satisfies very restrictive specifications in terms of axial size and torque density in order to be used as a traction motor for a hybrid electric vehicle. In addition, this machine must be innovative, with a high reliability, low cost and automated manufacturing process. Thus, a state of art about the various electric machines has been achieved. Depending on the requirements of our application, an axial flux machine with buried permanent magnets and concentrated winding has been selected. Initially, a simplified analytical model has been developed and coupled to an optimization tool. The obtained geometrical and electrical parameters have been adjusted using a numerical model based on the 3D finite element. Various modifications have been applied to the initial machine due to the modification of the geometrical and performance specifications. Electromagnetic performances such as torque and power have been analyzed for various operating points. Losses in the permanent magnets have been calculated using a hybrid numerical 3D model based on the finite difference and finite element, which allows to reduce the computation time compared to transient 3D finite element. In order to validate the different results, a prototype of the machine has been realized. This machine has also been modeled using a quasi-3D magnetic equivalent circuits. This semi-analytical model is generic regarding the geometrical and electrical parameters, with an adaptive discretization. Furthermore, the saturation and the slotting effects have been taken into account. The magnetic flux density, the flux linkage and the electromagnetic torque have been calculated with this model, ensuring high accuracy and reduced time computation compared to 3D finite element.

Cette thèse présente l’étude d’une machine électrique à stator à flux transverse à griffes. Après une étude du SMC et des structures à flux transverse, une structure associant un stator à griffes à un rotor à aimants permanents est choisie. Un modèle de la machine par réseau de réluctances est développé, en s’appuyant sur des simulations éléments finis. Il est ensuite amendé par l’introduction d’hypothèses d’inclinaison de flux dans l’entrefer, puis il est validé par le test d’un prototype. L’architecture est alors optimisée après une analyse détaillée de la circulation des flux, qui permet d’identifier le problème de la saturation du pied de dents. Après des simulations éléments finis de la machine améliorée, un prototype est ensuite testé qui confirme l’apport de la nouvelle architecture.Une version alternative de la machine, avec un bobinage d’excitation au stator et un rotor massif est ensuite proposée. Cette machine promet une fabrication économique et une bonne robustesse. Un modèle analytique est proposé, accompagné d’une étude éléments finis, puis pour finir un prototype est testé. Une version améliorée de cette machine avec un rotor à dents isolés est ensuite proposée : un modèle analytique et des études éléments finis permettent de valider l’intérêt de cette évolution. / This thesis presents the study of a claw-pole transverse flux electric machine. At first, SMC material properties and transverse flux structures are studied, leading to the choice of a structure combining a claw-pole stator and a permanent magnet rotor. The machine is modelled by the means of a magnetic equivalent circuit, with a reluctance network, developed with the help of finite elements simulation. The model is then changed with the introduction of the hypothesis that the flux is bent inside the airgap; it is then validated by the test of a prototype.The architecture of the machine is optimized after a detailed analysis of the flux circulation, leading to the identification of the tooth-tip saturation issue. After finite element simulation of the improved machine, a prototype is later tested, which confirms the gain brought by the new architecture.An alternative version of the machine, with a field winding attached to the stator and a massive rotor is then proposed. This machine promises to be cost-effective to build and robust thanks to its massive rotor. An analytical model of the machine is introduced, along with a finite element simulation, to end with the test of a prototype which confirms the possibilities of this new concept. An improved version of the machine with a rotor with isolated teeth is finally studied, with an analytical model and a finite element leading to the validation of the interest of this evolution.

Cette thèse présente l’étude d’une machine électrique à stator à flux transverse à griffes. Après une étude du SMC et des structures à flux transverse, une structure associant un stator à griffes à un rotor à aimants permanents est choisie. Un modèle de la machine par réseau de réluctances est développé, en s’appuyant sur des simulations éléments finis. Il est ensuite amendé par l’introduction d’hypothèses d’inclinaison de flux dans l’entrefer, puis il est validé par le test d’un prototype. L’architecture est alors optimisée après une analyse détaillée de la circulation des flux, qui permet d’identifier le problème de la saturation du pied de dents. Après des simulations éléments finis de la machine améliorée, un prototype est ensuite testé qui confirme l’apport de la nouvelle architecture.Une version alternative de la machine, avec un bobinage d’excitation au stator et un rotor massif est ensuite proposée. Cette machine promet une fabrication économique et une bonne robustesse. Un modèle analytique est proposé, accompagné d’une étude éléments finis, puis pour finir un prototype est testé. Une version améliorée de cette machine avec un rotor à dents isolés est ensuite proposée : un modèle analytique et des études éléments finis permettent de valider l’intérêt de cette évolution. / This thesis presents the study of a claw-pole transverse flux electric machine. At first, SMC material properties and transverse flux structures are studied, leading to the choice of a structure combining a claw-pole stator and a permanent magnet rotor. The machine is modelled by the means of a magnetic equivalent circuit, with a reluctance network, developed with the help of finite elements simulation. The model is then changed with the introduction of the hypothesis that the flux is bent inside the airgap; it is then validated by the test of a prototype.The architecture of the machine is optimized after a detailed analysis of the flux circulation, leading to the identification of the tooth-tip saturation issue. After finite element simulation of the improved machine, a prototype is later tested, which confirms the gain brought by the new architecture.An alternative version of the machine, with a field winding attached to the stator and a massive rotor is then proposed. This machine promises to be cost-effective to build and robust thanks to its massive rotor. An analytical model of the machine is introduced, along with a finite element simulation, to end with the test of a prototype which confirms the possibilities of this new concept. An improved version of the machine with a rotor with isolated teeth is finally studied, with an analytical model and a finite element leading to the validation of the interest of this evolution.

Les composants magnétiques en technologie planar répondent aux exigences actuelles de l’Electronique de Puissance (EP), à savoir la montée en fréquence de commutation des structures d’EP et la réduction du volume des convertisseurs. La première tendance impose des contraintes fortes en termes de compatibilité électromagnétique (CEM) des équipements. Ces dernières doivent être prises en compte par les ingénieurs dès la phase conception des convertisseurs en se basant sur des modèles fiables, peu développés pour les composants planar dans la littérature scientifique. Ce travail de thèse porte ainsi sur la modélisation des composants planar pour applications aux filtres CEM. Différentes méthodes sont développées au cours de cette thèse pour arriver à évaluer de manière fine les éléments parasites des inductances planar de mode commun : capacités parasites et inductances de fuite. Une partie du travail a porté sur la modélisation par circuits équivalents du comportement fréquentiel des inductances de MC. Une approche automatisée, basée sur un algorithme de fitting a ainsi été développée pour élaborer des circuits équivalents fiables et robustes. Des approches analytiques (Décomposition du Champ Electrique) et semi-analytiques (Fonctions de Green) ont aussi été proposées pour évaluer les valeurs des éléments parasites. La dernière partie de la thèse est plus orientée conception, avec la réalisation de deux structures de composants innovantes, la première se basant sur une technique de compensation des capacités parasites à l’aide d’éléments parasites structuraux et la seconde sur l’association de deux noyaux magnétiques, possédant matériaux et géométries différentes / The magnetic components with planar technology join in the current trends in Power Electronics (PE), namely increasing the switching frequency of PE structures and reducing the size of the power converters. The first tendency imposes strong constraints in terms of electromagnetic compatibility of equipments. The latter has to be considered by engineers at the beginning of the design of Power converters on the basis of reliable models, which are not sufficiently developed for planar components in scientific literature. This PhD work thereby focuses on the modeling of planar components for the applications of EMI filters. Different methods are developed during this study in order to accurately evaluate the parasitic elements of planar common-mode chokes: parasitic capacitances and leakage inductances. A part of this dissertation concerns the equivalent circuit modeling of the frequency behavior of CM chokes. An automated approach, based on a fitting algorithm developed for elaborating reliable and robust equivalent circuits. Analytical approaches (Electric Field Decomposition) and semi-analytical (Green’s Function) are proposed as well for calculating the values of these parasitic elements. The last part of this dissertation is oriented to conception, with the realization of two structures of innovative components, the first one based on a parasitic capacitance cancellation technique using structural parasitic elements and the second one on the association of two magnetic cores with different materials and geometries

Práce se zabývá studiem superkondenzátorů (SC). Výstupem je detailní studie principů přenosu náboje ve struktuře SC, ukládání energie a nový náhradní model SC, který je založen na fyzikálních zákonitostech a principech SC. Dále byl vytvořen matematický model SC, který popisuje chování náboje v jeho aktivní vrstvě. SC byly testovány metodami umělého stárnutí. Závislosti poklesu parametrů SC vlivem různých metodik stárnutí jsou v práci shrnuty.

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à la pression atmosphérique dans l’azote en régime homogène. L’objectif est d’une part de mettre en évidence les différents paramètres fondamentaux de ces décharges (température électronique, densité électronique, densité d’espèces excitées et métastables) mais aussi leurs évolutions spatio-temporelles. Dans ce contexte une électrode fractionnée a été réalisée afin de caractériser la décharge le long du flux de gaz et des mesures de spectroscopie d’émission optique résolues spatialement et temporellement ont été utilisées afin d’étudier la physico-chimie de ces décharges. Des variations de tension de claquage et de courant de décharge ont pu être observées entre l’entrée et la sortie du réacteur plasma. Cette variation a pu être reliée à une modification de la population de métastables d’azote N2(A) le long du flux de gaz. De plus, aucune variation significative de la température électronique n’a été relevé. Dans ce travail, des effets d’étalement de la décharge de Townsend ont été mis en évidence grâce à une méthode simple et rapide d'estimation de la surface de décharge. La décharge s’initie d’abord en sortie à cause d’une plus forte population d’espèces énergétiques par rapport à l’entrée. Les mauvaises estimations de surface de décharge conduisent à de mauvaises estimations des valeurs des capacités du circuit équivalent et donc à des paramètres électriques tels que le courant de décharge et la tension appliquée au gaz erronés. Ceci peut donner lieu à de mauvaises interprétations de la physique des DBD. La méthode proposée peut s’appliquer avec ou sans électrode fractionnée ainsi qu’en présence d’espèces réactives appropriées pour le dépôt de couches minces fonctionnelles et multifonctionnelles. / The objective of this master thesis is to characterize a Dielectric Barrier Discharge (DBD) at atmospheric pressure in nitrogen gas in a homogeneous regime. The objective is on the one hand to highlight the different fundamental parameters of these discharges (electronic temperature, electronic density, density of excited and metastable species) but also their spatio-temporal evolutions. In this context a structured electrode was made to characterize the discharge along the gas flow lines as well as optical emission spectroscopy measurements to study the physical chemistry of these discharges. Variations in breakdown voltage and discharge current could be observed between the entrance and the exit of the plasma reactor. This variation could be related to a change in the metastable population of nitrogen N2(A) along the gas flow. In addition, no significant variation in the electronic temperature was noted. In this work, spreading effects of the Townsend discharge were highlighted by a simple and quick method of estimating the discharge area. The discharge is initiated at the exit due to a larger population of energy species compared to the entrance. Wrong discharge area estimates lead to poor estimates of capacitance values of the equivalent circuit and thus to incorrect electrical parameters such as discharge current and gas voltage. This can lead to misinterpretations of DBD physics. The proposed method can be applied with or without fractional electrode, and also in the presence of reactive species suitable for thin-film deposition.

In mentioned theses there are described the basic tenets of the photovoltaic panels operation. There is described the progress of the photovoltaic panels. Theses is focused on the theoretical knowledges about the equivalent circuits and their aplication in the proposed simulation system. The goal of theses is to create the surroundings in the program Agilent VEE Pro 8.0 and to create the program for the simulation of the serial and paralel conjunction of the photovoltaic panels. The resultant program enables the simulation of the I – V and P – V characteristics of the real photovoltaic panels.

The main aim of this paper is to contribute to the elucidation of electrochemical processes. These processes occur in the investigated experimental lead-acid cell. For this purpose, electrochemical impedance spectroscopy was used. There are two methods of measurement presented. First one is used to measure impedance between electrodes. Second one is used to measure impedance of collector ribs inside positive or negative electrode. The results are represented by electrical equivalent circuits, whose elements are described in detail in the theoretical part.

Hlavným cieľom tejto práce je vytvorenie simulácií rôznych algoritmov riadenia asynchrónneho motora a vzájomné porovnanie ich vlastností. Zaoberá sa taktiež možnosťami konfigurácie náhradného zapojenia na T-článok, -článok a -článok. Obsahuje jednak teoretický rozbor, a taktiež aj simulácie jednotlivých spôsobov riadenia spolu s podrobným návodom na ich realizáciu. Celkovo budú vykonané 3 simulácie – simulácia vektorového riadenia s orientáciou na rotorový tok, vektorového riadenia s orientáciou na statorový tok a simulácia takzvaného prirodzeného riadenia. Ide o úplne nový typ riadenia, ktorého autorom je vedúci tejto diplomovej práce. Jeho simulácia bola vôbec prvým pokusom o funkčnú realizáciu tohto typu riadenia.

The first part of this work is devoted to the design of a traction asynchronous motor. The second part focuses on the developed method of the equivalent circuit parameters identification of the asynchronous motor in the form of -network. It is explained here that the equivalent circuit in the shape of a -network, alternatively of an inverse 'I-network, is exactly equivalent and fully-fledged to a T-network, although one of two stray inductances is formally missing. Furthermore, the relationships for the conversions of the T-network parameters to the -network parameters and back, and of the T-network to the inverse 'I-network and back are found. The third part deals with the calculation of the torque and the current characteristics of the asynchronous motor. A sensitive analysis of the torque characteristic is carried out on the individual parameters of the equivalent circuit of the asynchronous motor in the form of a -network and a method of the measurement by means of a flywheel is used for the torque characteristic measurement of the asynchronous motor. The fourth part focuses on the verification of the identified -network parameters in the Matlab-model of the traction drive.