Conception d'un convertisseur modulaire MV très haute fréquence basée sur un transformateur à air // Design of a very high-frequency MV modular converter based on a coreless transformer

Les transformateurs jouent un rôle essentiel dans la transmission et la distribution efficace de l'électricité à travers les réseaux haute tension. Traditionnellement, ces dispositifs fonctionnent à des fréquences de 50 Hz ou 60 Hz. Les transformateurs à semi-conducteurs (SST) sont de plus en plus utilisés, impliquant l'utilisation de l'électronique de puissance associée à un transformateur haute fréquence (10kHz).
L'augmentation de la fréquence permet de considérablement réduire la taille des systèmes tout en améliorant le rendement, le contrôle des flux d'énergie et l'impact carbone des installations. Cependant, cette montée en fréquence était limitée par le passé par les composants actifs. Aujourd'hui, la limitation est due aux pertes dans le circuit magnétique du transformateur.
L'objectif de cette thèse est d'arriver à concevoir un système de conversion basé sur un transformateur fonctionnement au MHz avec une isolation de plusieurs dizaines de kV entre le primaire et le secondaire et permettant de transférer une puissance de l'ordre de 15kW. Le module ainsi formé peut ensuite être associé en série ou en parallèle pour créer des systèmes de conversion de basse tension (BT) vers moyenne tension (MV), tout en utilisant des composants basse tension mais avec un transformateur haute isolation.
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Transformers play an essential role in the efficient transmission and distribution of electricity across high-voltage networks. Traditionally, these devices operate at frequencies of 50 Hz or 60 Hz. Semiconductor solid-state transformers (SSTs) are increasingly used, involving the use of power electronics combined with a high-frequency (10kHz) transformer.
Increasing the frequency considerably reduces the size of systems while improving efficiency, controlling energy flows and reducing the carbon impact of installations. However, in the past, this increase in frequency was limited by the active components. Today, the limitation is due to losses in the transformer's magnetic circuit.
The aim of this thesis is to design a conversion system based on a MHz transformer with insulation of several tens of kV between the primary and secondary and capable of transferring power of the order of 15kW. The module thus formed can then be combined in series or in parallel to create low-voltage (LV) to medium-voltage (MV) conversion systems, using low-voltage components but with a high-isolation transformer.
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Début de la thèse : 01/10/2024

Cifre

CIFRE ANRT

Université Grenoble Alpes

220 EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)

Etre titulaire d'un Master 2 ou équivalent Avoir un goût avéré pour la recherche scientifique Avoir des connaissances en électronique de puissance permettant appréhender le fonctionnement et le dimensionnement des convertisseurs d'électronique de puissance Avoir des connaissances sur le fonctionnement et le dimensionnement des composants magnétiques de l'électronique de puissance Maitriser les outil de CAO propres au génie électrique (simulation temporelle, éléments finis)
Have a Master 2 degree or equivalent Have a proven taste for scientific research Knowledge of power electronics, to enable understanding of the operation and sizing of power electronics converters. Knowledge of the operation and sizing of magnetic components used in power electronics Master CAD tools specific to electrical engineering (time simulation, finite elements)