In this thesis, a compact and light primary switched conversion system for AC-fed railway propulsion is investigated. It is characterized by soft switching of all converter stages and a source commutated primary converter comprising series connected valves. Both weight and volume of the conversion system are reduced significantly compared to a conventional system with a low frequency transformer. The conversion system is made up of N isolated AC/DC conversion cells, each comprising a cycloconverter and a voltage source converter (VSC) coupled by a medium frequency transformer. The cells are series connected on the AC side and connected to a common DC-link. Thus, 2N+1 voltage levels can be synthesized at the AC terminal and the voltage stress on the transformer and line filter is reduced compared to a one cell solution. Series connection of semiconductor valves allows independent choice of blocking voltage and number of converter cells. Choosing two converter cells is an attractive compromise. Five level output reduces the harmonic distortion and simplify transformer and line filter design while keeping the complexity of the conversion system low. The mutually commutated converter (MCC) allows a transformer frequency in the range of 4 to 8 kHz without derating the line side converter due to zero voltage switching of the VSC. Modern magnetic materials, like high silicon steel, amorphous and noncrystalline materials allow design of the transformer with high efficiency at elevated frequencies. In a 15 kV system, the peak voltage at the catenary is typically beyond 32 kV which is far beyond the voltage capability of currently available semiconductors. Therefore, several semiconductors are connected in series. Favourable commutation conditions and a new gate drive arrangement allow snubberless commutation of the primary converter stage. Thus, the primary converter can be highly integrated, reducing both weight and volume. The conversion system can be placed on the roof or in the underframe without compromising efficiency or vehicle performance. The feasibility of the conversion concept has been demonstrated by means of a down-scaled prototype. Snubberless commutation of series connected valves is demonstrated. / QC 20100723

Aujourd'hui, avec l'envolée mondiale du prix du pétrole, la question énergétique est devenue un sujet d'importance et la possibilité d'exploiter l'énergie ambiante connait un regain d'attention. Ainsi dans cette thèse, nous nous intéressons aux dispositifs de récupération d'énergie piézoélectrique de vibration dont l'objectif final est de réaliser un réseau de capteurs sans fil (WSN) autonome de faible consommation d'énergie. L'idée est dans un premier temps de prolonger la durée de vie de la batterie, puis dans un second temps de rendre le capteur totalement autonome d'un point de vu énergétique. Les dispositifs actuels étant basés sur la vibration d'une poutre (résonateur mécanique), ils ne sont efficaces qu'à la résonance, avec une faible bande-passante. Ainsi dans ce travail, nous avons tout d'abord proposé une technique de décalage de la fréquence de résonance à l'aide de capacités commutées, cette technique réalise un ajustement de la fréquence de résonance en fonction de la fréquence de la source d'excitation et ainsi permet une augmentation de la puissance de sortie. Cette technique a été implémentée avec succès sur un module de capteur WSN avec transmission d'un signal RF. Toujours dans l'objectif d'agrandir la bande-passante, un résonateur hybride (piézoélectrique/magnétique) bistable associé à une interface électrique (SSHI) a été proposé. Ce nouveau et intéressant concept de combiner le résonateur hybride avec une interface à commutation de la tension piézoélectrique a montré, à l'aide de résultats expérimentaux et de simulation, que la puissance est augmentée sur une large bande passante. De plus, afin de rendre le système totalement autonome et de commander les interrupteurs de l'interface électrique aux instants optimaux, une technique de détection du passage par zéro de la vitesse de vibration a été proposée. Les résultats montrent de bonnes performances de cette méthode sur toutes les interfaces et résonateurs. Contrairement à la méthode classique de détection de la tension crête, la détection du passage par zéro de la vitesse est plus précise. La récupération d'énergie piézoélectrique engendrant un amortissement de la source vibrante, il est possible d'utiliser les mêmes interfaces électriques pour réaliser l'amortissement semi-passif de vibrations de structures mécaniques. Il s'agit d'extraire le maximum d'énergie de la structure en vibration à l'aide de l'élément piézoélectrique. Ainsi, afin de rendre les interfaces électriques pour l'amortissement (SSHD) totalement autonomes, nous avons proposé d'associer la récupération d'énergie piézoélectrique à l'amortissement de structure. L'avantage majeur est qu'il est seulement nécessaire de sacrifier légèrement les performances de l'amortissement pour rendre le système totalement autonome. Les performances ainsi que les limites de cette technique ont été analysées.

Dans les domaines industriels et en particulier celui du transport, le nombre et la puissance des équipements électriques et électroniques embarqués est en constante augmentation. L'alimentation des équipements électriques et la commande de ces actionneurs nécessitent l'utilisation de convertisseurs d'électronique de puissance à découpage dont la nature perturbatrice n'est plus à démontrer. Afin de prendre en compte la CEM dès la phase de conception d'un produit, les constructeurs doivent disposer d'outils dédiés à la CEM ou à défaut de règles ou techniques de conception spécifiques. C'est dans l'optique de répondre à ces besoins que se sont orientés ces travaux de thèse.La première partie des travaux traite de la modélisation des perturbations conduites des organes de puissance d'une chaîne de traction : un ensemble convertisseur / machine synchrone à rotor bobiné. Cette étude a conduit à un modèle CEM générique d'une structure non isolée quelconque d'électronique de puissance. La deuxième partie a permis de développer une nouvelle méthode de calcul qui ouvre de réelles perspectives quant à la réduction des temps de calcul. Par l'observation et l'étude de signaux sur différents horizons temporels, une technique de reconstitution des perturbations de mode commun par convolution a été proposée. Une troisième partie, consiste à synthétiser les sources de perturbations grâce à l'élaboration de fonctions de transfert décrivant le comportement haute fréquence d'une cellule de commutation. Cette approche immédiatement exploitable en simulation numérique se distingue dans la mesure où elle permet de s'affranchir des non linéarités intrinsèques des composants semi-conducteurs.

Les systèmes hybrides sont des systèmes dynamiques, caractérisés par un comportementdual, une interaction entre une partie discrète et une partie continue de fonctionnement.Dans le centre de notre travail se trouve une classe particulière de systèmeshybrides, plus spécifiquement les systèmes stochastiques à commutation que nous modélisonsà l'aide des Chaînes de Markov en temps continu et des équations différentielles.Le comportement aléatoire de ce type de système nécessite une commande spécialequi s'adapte aux événements arbitraires qui peuvent changer complètement l'évolutiondu système. Nous avons choisi une politique de contrôle basée sur les événements quiest déclenchée seulement quand il est nécessaire (sur un événement incontrôlable - parexemple un seuil qui est atteint), et jusqu'à ce que certaines conditions de fonctionnementsont remplies (le système revient dans l'état normal).Notre approche vise le développement d'un modèle probabiliste qui permet de calculerun critère de performance (en occurrence l'énergie du système) pour la politiquede contrôle choisie. Nous proposons d'abord une méthode de simulation à événementsdiscrets pour le système stochastique à commutation commandé, qui nous donne la possibilitéde réaliser une optimisation directe de la commande appliquée sur le système etaussi de valider les modèles analytiques que nous avons construit pour l'application ducontrôle.Un modèle analytique pour déterminer l'énergie consommée par le système a étéconçu en utilisant les probabilités de sortie de la région de contrôle, respectivement lestemps de séjour dans la chaîne de Markov avant et après avoir atteint les limites decontrôle. La dernière partie du travail présente la comparaison des résultats obtenusentre la méthode analytique et la simulation.

Dans ce mémoire, je présente essentiellement des travaux de recherche sur les machines à commutation de flux, à simple et à double excitation. A l'origine de ces travaux, il y a eu l'étude des pertes magnétiques dans les machines à réluctance variable à double saillance. Et en parallèle de ces travaux, il y a eu l'étude des limites thermiques et électroniques dans la conversion d'énergie d'une machine synchrone associée à son convertisseur et l'étude de l'optimisation sur cycles de fonctionnement des machines synchrones à encochage fractionnaire.

Th. doct.--Informatique--Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, 1997. / Bibliogr. p. 138-144. Résumé en français et en anglais. 1997 d'après la déclaration de dépôt légal.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1978. N°: 15.

Le sujet de cette thèse est la réduction de consommation dans les circuits digitaux, et plus particulièrement dans ce cadre les méthodes basées sur la réduction de la fréquence de commutation moyenne, au niveau transistor. Ces méthodes sont structurelles, au sens où elles ne sont pas liées à l’optimisation des caractéristiques physique du circuit mais sur la structure de l’implémentation logique, et de ce fait parfaitement indépendantes de la technologie considérée. Nous avons développé dans ce cadre deux méthodes nouvelles. La première est basée sur l’optimisation de la structure de la partie combinatoire d’un circuit pendant la synthèse logique. La seconde est centrée sur la partie séquentielle du circuit. Elle consiste en la recherche de conditions permettant de détecter qu’un sous-circuit devient inactif, de sorte à pouvoir désactiver ce sous-circuit en coupant la branche correspondante de l’arbre d’horloge, et utilise des méthodes formelles pour prouver que la fonctionnalité du circuit n’en serait pas affectée. / The topic of this thesis are methods for power reduction in digital circuits by reducing average switching on the transistor level. These methods are structural in the sense that they are not related to tuning physical properties of the circuitry but to the internal structure of the implemented logic an d therefore independent on the particular technology. We developed two novel methods. One is based on optimizing the structure of the combinatorial part of a circuit during synthesis. The second method is focused on sequential part of the circuit. It looks for clock gating conditions that can be used to disable idle parts of a circuit and uses formal methods to prove that the function of the circuit will not be altered.

Les systèmes hybrides sont des systèmes dynamiques, caractérisés par un comportementdual, une interaction entre une partie discrète et une partie continue de fonctionnement.Dans le centre de notre travail se trouve une classe particulière de systèmeshybrides, plus spécifiquement les systèmes stochastiques à commutation que nous modélisonsà l’aide des Chaînes de Markov en temps continu et des équations différentielles.Le comportement aléatoire de ce type de système nécessite une commande spécialequi s’adapte aux événements arbitraires qui peuvent changer complètement l’évolutiondu système. Nous avons choisi une politique de contrôle basée sur les événements quiest déclenchée seulement quand il est nécessaire (sur un événement incontrôlable - parexemple un seuil qui est atteint), et jusqu’à ce que certaines conditions de fonctionnementsont remplies (le système revient dans l’état normal).Notre approche vise le développement d’un modèle probabiliste qui permet de calculerun critère de performance (en occurrence l’énergie du système) pour la politiquede contrôle choisie. Nous proposons d’abord une méthode de simulation à événementsdiscrets pour le système stochastique à commutation commandé, qui nous donne la possibilitéde réaliser une optimisation directe de la commande appliquée sur le système etaussi de valider les modèles analytiques que nous avons construit pour l’application ducontrôle.Un modèle analytique pour déterminer l’énergie consommée par le système a étéconçu en utilisant les probabilités de sortie de la région de contrôle, respectivement lestemps de séjour dans la chaîne de Markov avant et après avoir atteint les limites decontrôle. La dernière partie du travail présente la comparaison des résultats obtenusentre la méthode analytique et la simulation. / Hybrid systems are dynamical systems, characterized by a dual behaviour, a continuousinteraction between a discrete and a continuous functioning part. The center ofour work is represented by a particular class of hybrid systems, more specific by thestochastic switching systems which we model using continuous time Markov chains anddifferential equations.The random behaviour of such systems requires a special command which adapts tothe arbitrary events that can completely change the evolution of the system. We chose anevent-based control policy which is triggered only when it’s necessary (on an unforeseenevent - for example when a threshold that is reached), and until certain functioningconditions are met (the system returns in the normal state).Our approach aims to develop a probabilistic model that calculates a performancecriterion (in this case the energy of the system) for the proposed control policy. We startby proposing a discrete event simulation for the controlled stochastic switching system,which gives us the opportunity of applying a direct optimisation of the control command.It also allows us to compare the results with the ones obtained by the analytical modelswe have built when the event-based control is applied.An analytical model for computing the energy consumed by the system to apply thecontrol is designed by using the exit probabilities of the control region, respectively, thesojourn times of the Markov chain before and after reaching the control limits. The lastpart of this work presents the results we have obtained when comparing the analyticaland the simulation method.

Le domaine de la chimie supramoléculaire met en oeuvre des systèmes chimiques complexes formés de composants moléculaires assemblés par des forces intermoléculaires non covalentes dans le but de créer des procédés fonctionnels. La chimie dynamique, fondée sur la constitution de composants réversibles ouvre la voie à la chimie adaptative, où la diversité constitutionnelle d’un système s’organise par sélection sous l’action d’agents externes. Dans l’élaboration de systèmes complexes, l’interconnectivité structurelle entre les différentes molécules peut être représentée de manière schématique par un réseau dynamique constitutionnel. L’utilisation de réseaux de pyridyl-hydrazones et des pyridyl-acylhydrazones met en évidence leurs adaptations orthogonales à des stimuli externes par métallosélection et par photosélection grâce aux dynamiques constitutionnelles, conformationnelles et configurationnelles de ces molécules. Ainsi, une réponse constitutionnelle du système est apportée à un changement d’informations conformationnelles et configurationnelles. Ces systèmes dynamiques permettent aussi la formation de matériaux adaptatifs, et la réalisation de séparations de phases et de modulations de pH photoinduites. / The field of supramolecular chemistry implements complex chemical systems formed from molecular components assembled by non covalent intermolecular forces to generate functional processes. Thedynamic chemistry, based on the ability of supramolecular species to exchange their constituents, gives access to an adaptative chemistry, where the constitutional diversity of a system self-organizesby selection in response to external factors. In the progress towards systems presenting higher levels of complexity, the set of dynamically interconverting constituents of a constitutional dynamic libraryforms a constitutional dynamic network, which can be represented in a schematic way by a weighted graph. The use of pyridyl-hydrazones and pyridyl-acylhydrazones networks allows for orthogonaladaptation to external stimuli by metalloselection and photoselection due to the dynamic properties of constitution, conformation and configuration of these molecules. A constitutional response is expressed by conformational and configurational information changes. These dynamic systems afford also the formation of adaptative materials, and the realization of photoinduced phase separation and pH modulation.