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% / /

18

Commentaires tableau de bord

Comparaison nombres d' heures passées avec le maître d'ouvrage et nombre d'heures ciblées

0

1

2

3

4

5

6

7

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

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Semaines

No

mb

re d

'heu

res

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

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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

29

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

34

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

36

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

52

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.

57

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