1 convertisseurs hautes performances année 2004-2005 maître douvrage: mr chazal coordinateur: mr...
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Convertisseurs hautes performances
Année 2004-2005
Maître d’ouvrage: Mr CHAZAL
Coordinateur: Mr BONGIRAUD
Projet P21 – Groupe NC03
2
Remerciements
Mr. CHAZAL,
Mr. BONGIRAUD,
Et toute l’équipe du LEG.
3
Présentation de l’équipeGroupe composé de :
Jaouad BEN AISSAJulien BŒUF
Gaëtan CANIVETHédi KHARRAT
Benoît LENOTTEFrançois ORLIAC
Stéphane PASQUALEPhilippe PELLETIER
Philippe FRANCESCHINI (Chef de projet)
4
Présentation du projet
Contexte Gestion et traitement de l’énergie imposent
omniprésence de l’électronique de puissance. Contraintes sur les convertisseurs. Modularité de la puissance à fournir, donc idée
d’associations de convertisseurs unitaires Objectif
Réalisation de convertisseurs de très hautes performances pouvant être associés
5
Gestion de projet
6
Pourquoi une gestion de projet?
Condition sine qua non d’un projet Notion nouvelle pour presque tous les
membres du groupe Nécessité d’implication
7
Lancement du projet
Définition du cahier des charges Point de départ d’une gestion de projet est
l’établissement d’un cahier des charges. Défini lors de la première réunion avec le
maître d’ouvrage A évolué en cours de projet en fonction de
nos investigations Présenté dans la partie technique
8
Établissement du planning Réalisé sous MS Project Identification des tâches à réaliser Affectation de ces tâches aux différents
membres du groupe en fonction des compétences
Lancement du projet
9
Déroulement du projet
Durée du projet : 14 semaines. Importance de la communication
au sein du groupe, et également d’effectuer un suivi de projet.
10
Mis a disposition par l’ENSIEG Permet d’échanger des fichiers Utilisation
Débuts difficiles puis bonne utilisation
Comprend tous les documents de gestion de projet
Outil PhProjekt
11
Suivi du projet Comptes rendus de réunion
Réunions hebdomadaires Comptes rendus écrits par
l’ensemble de l’équipe en collaboration avec le chef de projet
Distribués à l’équipe en fin de réunion
12
Suivi du projet
Mise à jour du planning Réalisée par le chef de projet
hebdomadairement Commentaire du planning final
13
14
Suivi du projet
Tableau de bord Par le choix d’indicateurs
judicieux permet d’obtenir d’un simple coup d’œil les points forts et faibles du projet.
Informations récoltées lors des réunions
Commentaire du tableau de bord final
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Tableau de bord finalENSIEG Projets collectifs 2A 2004/2005 Tableau de bord Référence du projet : P21
PROJET: Convertisseur Hautes Performances Date de modification: 25/05/05
Indicateurs S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 Moyenne Cible Moyenne Cumul Cible CumulNombre d'heures de travail des
étudiants36 36 36 36 45 45 45 36 36 36 36 54 54 54 41,79 36 585,00 504
Nombre d'heures passées avec le maître d'ouvrage
2 1 2 4 4 6 3 2 2 2 2 2 4 4 2,86 2 40,00 28
Nombre d'heures passées avec d'autres encadrants
0 0 0 0,5 0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07 0,5 1,00 7
Motivation de l'équipe projet (0 : Pas motivé ; 3 : Hyper motivés)
3 3 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2 2 2,5 2,5 3 3 3 2,57 2,5 / /
Communication au sein du groupe (0 : Mauvaise ; 3 :
Excellente)2,5 2 2 1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,36 2,5 / /
Efficacité des actions entreprises pour résoudre les problèmes
100% 50% 50% 67% 50% 75% 75% 90% 80% 90% 100% 100% 0% 0% 66,19% 100% / /
Nombre d'heures de simulation 0 4 4 12 12 12 4 0 4 0 0 0 0 0 3,71 / 52,00 52,00Nombre d'heures de tests 0 0 0 0 0 4 4 0 0 8 8 12 20 12 4,86 / 68,00 50Rendement théorique du
convertisseur / Rendement pratique
0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 95/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 Plus Haut Possible / 90% / /
16
Commentaires tableau de bord
Comparaison nombre d'heures travaillées et nombre d'heures ciblées
0
10
20
30
40
50
60
Semaines
Nombred'heurestravaillées
Nombred'heuresciblées
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Tableau de bord finalENSIEG Projets collectifs 2A 2004/2005 Tableau de bord Référence du projet : P21
PROJET: Convertisseur Hautes Performances Date de modification: 25/05/05
Indicateurs S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 Moyenne Cible Moyenne Cumul Cible CumulNombre d'heures de travail des
étudiants36 36 36 36 45 45 45 36 36 36 36 54 54 54 41,79 36 585,00 504
Nombre d'heures passées avec le maître d'ouvrage
2 1 2 4 4 6 3 2 2 2 2 2 4 4 2,86 2 40,00 28
Nombre d'heures passées avec d'autres encadrants
0 0 0 0,5 0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07 0,5 1,00 7
Motivation de l'équipe projet (0 : Pas motivé ; 3 : Hyper motivés)
3 3 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2 2 2,5 2,5 3 3 3 2,57 2,5 / /
Communication au sein du groupe (0 : Mauvaise ; 3 :
Excellente)2,5 2 2 1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,36 2,5 / /
Efficacité des actions entreprises pour résoudre les problèmes
100% 50% 50% 67% 50% 75% 75% 90% 80% 90% 100% 100% 0% 0% 66,19% 100% / /
Nombre d'heures de simulation 0 4 4 12 12 12 4 0 4 0 0 0 0 0 3,71 / 52,00 52,00Nombre d'heures de tests 0 0 0 0 0 4 4 0 0 8 8 12 20 12 4,86 / 68,00 50Rendement théorique du
convertisseur / Rendement pratique
0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 95/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 Plus Haut Possible / 90% / /
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Commentaires tableau de bord
Comparaison nombres d' heures passées avec le maître d'ouvrage et nombre d'heures ciblées
0
1
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3
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6
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Semaines
No
mb
re d
'heu
res
Nombre d'heurespassées avec le maîtred'ouvrage
Cible du nombred'heures passées avecle maître d'ouvrage
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Tableau de bord finalENSIEG Projets collectifs 2A 2004/2005 Tableau de bord Référence du projet : P21
PROJET: Convertisseur Hautes Performances Date de modification: 25/05/05
Indicateurs S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 Moyenne Cible Moyenne Cumul Cible CumulNombre d'heures de travail des
étudiants36 36 36 36 45 45 45 36 36 36 36 54 54 54 41,79 36 585,00 504
Nombre d'heures passées avec le maître d'ouvrage
2 1 2 4 4 6 3 2 2 2 2 2 4 4 2,86 2 40,00 28
Nombre d'heures passées avec d'autres encadrants
0 0 0 0,5 0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07 0,5 1,00 7
Motivation de l'équipe projet (0 : Pas motivé ; 3 : Hyper motivés)
3 3 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2 2 2,5 2,5 3 3 3 2,57 2,5 / /
Communication au sein du groupe (0 : Mauvaise ; 3 :
Excellente)2,5 2 2 1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,36 2,5 / /
Efficacité des actions entreprises pour résoudre les problèmes
100% 50% 50% 67% 50% 75% 75% 90% 80% 90% 100% 100% 0% 0% 66,19% 100% / /
Nombre d'heures de simulation 0 4 4 12 12 12 4 0 4 0 0 0 0 0 3,71 / 52,00 52,00Nombre d'heures de tests 0 0 0 0 0 4 4 0 0 8 8 12 20 12 4,86 / 68,00 50Rendement théorique du
convertisseur / Rendement pratique
0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 95/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 Plus Haut Possible / 90% / /
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Commentaires tableau de bordComparaison nombres d'heures passées avec d'autres
encadrants et nombre d'heures ciblées
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0,2
0,3
0,4
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Semaines
No
mb
re d
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Nombre d'heurespassées avec d'autresencadrants
Cible du nombred'heures passées avecd'autres encadrants
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Tableau de bord finalENSIEG Projets collectifs 2A 2004/2005 Tableau de bord Référence du projet : P21
PROJET: Convertisseur Hautes Performances Date de modification: 25/05/05
Indicateurs S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 Moyenne Cible Moyenne Cumul Cible CumulNombre d'heures de travail des
étudiants36 36 36 36 45 45 45 36 36 36 36 54 54 54 41,79 36 585,00 504
Nombre d'heures passées avec le maître d'ouvrage
2 1 2 4 4 6 3 2 2 2 2 2 4 4 2,86 2 40,00 28
Nombre d'heures passées avec d'autres encadrants
0 0 0 0,5 0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07 0,5 1,00 7
Motivation de l'équipe projet (0 : Pas motivé ; 3 : Hyper motivés)
3 3 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2 2 2,5 2,5 3 3 3 2,57 2,5 / /
Communication au sein du groupe (0 : Mauvaise ; 3 :
Excellente)2,5 2 2 1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,36 2,5 / /
Efficacité des actions entreprises pour résoudre les problèmes
100% 50% 50% 67% 50% 75% 75% 90% 80% 90% 100% 100% 0% 0% 66,19% 100% / /
Nombre d'heures de simulation 0 4 4 12 12 12 4 0 4 0 0 0 0 0 3,71 / 52,00 52,00Nombre d'heures de tests 0 0 0 0 0 4 4 0 0 8 8 12 20 12 4,86 / 68,00 50Rendement théorique du
convertisseur / Rendement pratique
0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 95/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 90/0 Plus Haut Possible / 90% / /
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Suivi du projet
Reportings Tous les 15 jours séance de
reporting Permet de faire le bilan sur le
projet Un membre différent en assure
la présentation
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Suivi du projet
Notes internes Établies afin d’obtenir une
communication des plus efficaces au sein du groupe.
Ont permis d’éclaircir des points particuliers
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Estimation du coût global du projet
Budget dépensé
190 euros Coût travail des personnes + salle
EPTE
58725 euros Coût global
58915 euros
25
Site Internet
Un site développé sous Wiki qui se veut informatif: Sur le contenu de notre travail sur le déroulement d’un projet collectif à
l’ENSIEG Développement en parallèle d’un site sur
une page personnelle plus esthétique plus axé sur l’aspect commercial du projet. promotion du LEG, hébergé sur leur
serveur
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Auto-évaluationNom Implication Efficacité du
travailAutonomie dans le
travailNote finale Commentaires
Jaouad BEN AISSA 1,9 1,9 1,8 1,9 Jaouad a été assez bien impliqué dans le projet et a effectué le travail attendu. Cependant il a manqué un peu d’autonomie en comparaison avec d’autres membres du groupe.
Julien BOEUF 2,1 2,1 2,2 2,1 Julien a été un des éléments moteurs du projet. Bien impliqué a apporté un réel plus au projet par son travail sur les structures mais également dans son autonomie de travail.
Gaëtan CANIVET 2,1 2,1 2,2 2,1 Tout comme Julien, Gaëtan fut un élément moteur. Les deux membres du groupe ont d’ailleurs eu le même comportement tout au long du projet, à savoir rigoureux et persévérant.
Philippe FRANCESCHINI
2,1 2 2 2,0 Philippe, le chef de projet, a rempli de façon satisfaisante sa mission, sachant canaliser les énergies et répartir le travail, tout en participant au travail technique
Hédi KHARRAT 2 2 1,8 1,9 Hédi a été bien impliqué dans le projet et a effectué le travail attendu. Cependant tout comme Jaouad il a manqué d’autonomie en comparaison avec d’autres membres du groupe.
Benoit LENOTTE 1,5 1,8 1,6 1,6 Benoît a manqué d'implication et a du être plus dirigé que les autres ce qui explique sa note relativement basse .
François ORLIAC 2 2 2 2,0 François a répondu de façon satisfaisante aux attentes placées en lui.
Stéphane PASQUALE 2,1 2,1 2,2 2,1 Stéphane a été un élément moteur du groupe. C’est une personne qui a des idées et qui les fait partager.
Philippe PELLETIER 2,1 2 2,3 2,1 Philippe a fait preuve d’une grande autonomie dans son travail.
Moyenne 1,99 2,00 2,01 2,00
27
Bilan de la gestion de projet
Perçu comme très enrichissant par l’équipe. Au-delà de la frustration de ne pas avoir atteint
notre but, nous avons été confronté aux aléas d’un projet (problème de fournisseurs, théorie fonctionnant mais technique ne suivant pas) que l’on risque de retrouver au quotidien dans notre future vie active.
28
Partie technique
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Cahier des charges initialConvertisseur DC – DC avec isolation galvanique
Puissance transmissible 20W
Tension d’entrée Quelques dizaines de volts
Fréquence 30 kHz
Tension d’alimentation auxiliaire
Aucune
Associations possibles Série - Série
Parallèle - Parallèle
Parallèle - Série
Série - Parallèle
30
Cahier des charges final 1.2.Convertisseur DC – DC
Puissance transmissible 20W
Tension d’entrée 20 V
ISOLATION Grâce à un transformateur
COMMANDE Tension de référence variable et proportionnelle au rapport cyclique
COURANT NOMINAL I moyen = 1A, I max = 1.75 A (ondulation maximum de courant = 150%
Fréquence 100 kHz
RENDEMENT >90% idéal
RAPPORT Vsortie/Ventrée max 1 (Vs=20V, Ve=20V)
Association possibles Série – Série, Parallèle – Parallèle,
Parallèle – Série, Série – Parallèle
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Cahier des charges final 2.2.STRUCTURE Convertisseur DC-AC: Onduleur pont complet (4
Mosfets).
Isolation: Transformateur (k = 1).
Convertisseur AC-DC: Redresseur pont complet auto commandé (4 Mosfets).
PACKAGING A été défini avec soin pour répondre aux contraintes de refroidissement et de facilité de mise en série, parallèle suivant les puissances désirées (soit en courant, soit en tension).
REGULATION Une régulation de puissance en se basant sur la
température du convertisseur devra être mise en
place. Une régulation de tension externe devra
également être réalisée afin d’assurer le
fonctionnement du convertisseur global.
CONTRAINTES GLOBALES Pertes et volume minimaux.
32
Étude théorique
33
Synoptique Global
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Choix de structure primaire: Étude des différentes structures possibles. Choix d’un montage complet Push-Pull équipé de
Mosfets canal N et canal P. 2 commandes de grille uniquement
Choix des Mosfets Détermination de la fréquence et du taux d‘ondulation
du courant. Calcul des pertes en fonction des différents
paramètres (f, V, Imoy) Nécessité de créer un outil informatique générique
permettant une évolutivité du choix des Mosfets.
Onduleur
35
Synoptique Global
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Transformateur Dimensionnement:
Établissement des équations électromagnétiques Choix du matériau Dépendance de la fréquence Évolution possible tout au long du projet.
Nécessité de créer un outil informatique générique permettant une évolutivité du choix du transformateur.
37
Synoptique Global
38
Redresseur Choix de structure secondaire:
Étude des différentes structures possibles. Choix d’un montage pont en H, afin d’avoir un
redresseur double alternance.
Montage autonome d’un point de vue commande
Choix des Semi-conducteurs Comparaison entre utilisation de diodes et Mosfets. Auto commande du redresseur Choix des Mosfets: type, dimensionnement
39
Synoptique Global
40
Commande
Commander les interrupteurs: Horloge, Décalage, Temps morts,
Faire le lien avec la régulation: Valeur moyenne, Puissance, Globale.
41
Commande Deux solutions:
Utilisation d’un FPGA
Mais:• Utilisation de régulateurs• ROM (Read Only Memory)• Circuit de programmation in situ
Valeur moyenne
Puissance
ComposantLogique
ProgrammableFPGAADC DAC
DécalageBras1
Bras2
42
Commande Utilisation d’un composant dédié
43
Synoptique Global
44
Régulation de puissance Régulation interne pour:
Équilibrer le fonctionnement des convertisseurs Garantir des tensions ou des courants identiques
selon les associations Éviter la surchauffe
Contraintes: Peu de puissance Faible dimension
Régulation thermique
45
Régulation de puissance
Principe: Thermocouples . Comparaison des Températures entre le centre et les
bords. Réajuster la commande
46
Régulation de puissance
47
Synoptique Global
48
Régulation de la valeur moyenne
Dissymétrie des temps de conduction
49
Régulation de la valeur moyenne Extraction de la tension moyenne:
Recherche d’une solution simple: filtre R-C. Simulation d’un filtre R-C.
Adaptation de la consigne Réglage des temps morts Utilisation de résistances pilotées en tension
50
Packaging
51
Contraintes Un système permettant d’obtenir les liaisons
voulues entre les convertisseurs.
+ sortie -+ entrée -
+ sortie -+ entrée -
Série-Série
+ sortie -+ entrée -
+ sortie -+ entrée -
Parallèle-Parallèle
+ sortie -+ entrée -
+ sortie -+ entrée -
Parallèle-Série
+ sortie -+ entrée -
+ sortie -+ entrée -
Série-Parallèle
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Contraintes
Une méthode pour relier les convertisseurs avec le moins de pertes possible.
Un boîtier capable de dissiper les pertes.
53
Solutions envisagées Pour les connections :
choix des connections par agencement spatial des boîtiers
Liaison par des connecteurs externes tels que des bus barre.
commande électronique du type de connexion : on impose électroniquement ce qui correspond à chaque connectique.
Pour le refroidissement : Radiateur par bloc Ventilation Radiateur sur une structure externe
54
Solution retenue Pour les connections :
Liaisons faites par blocs de 10 convertisseurs dans une même configuration entrée-sortie
Pour le refroidissement : Deux radiateurs par bloc Utilisation de résine thermo-conductrice
Évolutions et améliorations : Structure du « pack » adaptable au nombre
de convertisseurs en utilisant des éléments sécables.
55
Réalisation
56
Tests Test du composant de commande
Compréhension datasheet (mode de protection, comparateur, …). Retard dans le câblage du composant. Commande décalée.
Test de la structure Validation de l’onduleur et du redresseur avec des composants IRF. Vérification du fonctionnement des Mosfets en statique. Problème dans les temps de commutation Capacité
en parallèle. Tests sur plaque à trous pour l’association avec la commande
Inductances parasites. Test de la régulation
Validation indépendante du fonctionnement de la régulation de puissance.
Test du transformateur Validation du transformateur.
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Conclusion Objectif initial pas atteint
Mais Étude théorique achevée Éléments fonctionnant séparément
Projet enrichissant techniquement Approfondissement des cours
d’électronique de puissance Réflexion sur des éléments inédits tels
que la régulation de puissance et le packaging
58
Questions