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Cours
Responsable(s) Handy Fortin Blanchette

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École de technologie supérieure
Département de génie électrique
Responsable(s) de cours : Handy Fortin Blanchette


PLAN DE COURS

Hiver 2019
ELE654 : Électronique de puissance II (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 66,7 % 33,3 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Se familiariser avec le fonctionnement des hacheurs de courant et des convertisseurs à commutation forcée.

Hacheurs et onduleurs. Principes de la commutation forcée. Hacheurs : couplage série, montage parallèle, récupération d'énergie. Onduleurs autonomes : onduleurs à deux thyristors en parallèle, onduleurs à deux thyristors en série, onduleurs en pont, onduleurs monophasés et triphasés. Principes de fonctionnement et applications des montages. Circuits de commande des onduleurs autonomes. Circuits de commande et protection des hacheurs, fiabilité des composants semi-conducteurs de puissance.

Séances de laboratoire sur des onduleurs à transistor et des hacheurs et leur application dans les circuits de commande numérique.



Objectifs du cours

 

À la fin du cours, l'étudiant(e) devra être capable de :

  • connaître le principe de base et les règles d'interconnexion des sources;
  • connaître les spécifications et caractéristiques statiques et dynamiques des interrupteurs électroniques de puissance et bien maîtriser les exigences de leur commande;
  • maîtriser le principe de la conversion courant continu-courant continu et les différents convertisseurs utilisés. Étudier les deux principes de conversion soit: la commutation forcée et les alimentations à découpage;
  • concevoir et réaliser expérimentalement différents convertisseurs pour des applications industrielles.



Stratégies pédagogiques
  • Un (1) cours magistral par semaine.
  • Deux (2) heures par semaine de laboratoire.

La théorie est enseignée durant les heures de cours magistral. Au laboratoire, les étudiant(e)s travaillent en équipe pour permettre d'acquérir un meilleur apprentissage, les membres de l'équipe doivent partager les différentes tâches reliées à chaque expérience.




Utilisation d’appareils électroniques

Les mesures en laboratoire sont effectuées à l'aide d'un oscilloscope à fréquence d'échantillonage élevée. Les mesures de bruit électromagnétiques sont réalisées à l'aide d'un analyseur spectral à large bande spécialement conçu pour l'analyse CEM.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 13:30 - 17:30 Laboratoire aux 2 semaines
Vendredi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Handy Fortin Blanchette Activité de cours Handy.Fortin-Blanchette@etsmtl.ca A-2760 Sur rendez-vous.
01 Vincent Bourgoin-Lafrance Laboratoire aux 2 semaines vincent.bourgoin92@gmail.com



Cours

 

Date

Contenus traités dans le cours

Heures

 

1. Introduction générale sur les différents aspects de la conversion de l'énergie électrique utilisant des convertisseurs statiques. Notions d’électromagnétisme appliquées aux convertisseurs (inductances de fuite, capacités parasites). 

(3 heures)

 

2. Étude des caractéristiques statiques et dynamiques de la diode épitaxiale. Étude du recouvrement direct et inverse créés par le plasma d’électrons. Étude des caractéristiques statiques et dynamiques des diodes SiC (Silicon Carbide).

(3 heures)

 

3. Exemple de calcul des pertes des diodes épitaxiales et SiC. Analyse de la structure des MOS de puissance.  Étude des caractéristiques statiques des MOSFET de puissance.

 

(3 heures)

 

4. Étude des séquences d’ouverture et de fermeture des MOSFET de puissance basée sur une modélisation SPICE

(6 heures)

 

5. Étude des caractéristiques statiques et dynamiques du IGBT. Analyse de l’impact du courant de queue ainsi que de la température sur les caractéristiques des IGBT

(3 heures)

 

6.Analyse thermique appliquée à l’électronique de puissance. Étude du transfert thermique par l’équation de Poisson unidimensionnelle. Description des méthodes de transfert thermique (conduction, convection et radiation).

 

(3 heures)

 

7. Examen de mi-session

 

(3 heures)

 

 

8. Conception et fabrication des éléments magnétiques des convertisseurs de puissance. Conception d’inductances en mode différentiel et en mode commun. Analyse de leurs caractéristiques fréquentielles

 

 

 

(3 heures)

 

9. Étude des convertisseurs à résonance de type phase shift : principe de commutation à zéro tension et zéro courant.

  

 

(3 heures)

 

10. Étude des convertisseurs statiques autonomes

−les hacheurs à thyristors à commutation forcée et leurs méthodes d'études dans le plan de phase;

 

 

(6 heures)

 

 

11.Techniques de fabrication des circuits imprimés utilisés dans les convertisseurs de puissance. Calcul des éléments parasites : (capacités parasites, inductances de fuite). Analyse de l’empilement des circuits. Calcul de largeur des traces à partir de la norme IPC2221.

 

(3 heures)

 

 

 

Total

39

NOTE : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.

 




Laboratoires et travaux pratiques

Les manipulations en laboratoire abordent les sujets suivants :

 

Date

Description

Heures

 

Laboratoire 1 : Étude expérimentale des caractéristiques en commutation de la diode épitaxiale.

4 heures

 

Laboratoire 2 : Étude expérimentale des caractéristiques dynamiques du MOSFET de puissance.  (4 heures)

4 heures

 

Laboratoire 3 :

(Projet Partie 1). Conception d’un convertisseur de puissance. Étude de l’application proposée et simulation dans SimPowerSystem.  (4 heures)

4 heures

 

Laboratoire 4 : (Projet Partie 2). Sélection des semi-conducteurs de puissance. Calcul des pertes associées à ces interrupteurs. Conception des éléments magnétiques. Sélection des noyaux.

 

4 heures

 

Laboratoire 5 : (Projet Partie 3). Sélection du radiateur. Simulation thermique visant à valider le choix des semi-conducteurs de puissance.

 

4 heures

 

Laboratoire 6 : Réalisation et étude d'un hacheur à thyristor à commutation forcée

4 heures

 

Total

24




Utilisation d'outils d'ingénierie

Expérience de base avec Matlab-Simulink.

Utilisation du logiciel de simulation SimPowerSystem.




Évaluation

Activité

Description

%

Date  de remise

 

Travaux pratiques (lab.)          

40 %

 

 

Examen Intra (écrit)

25 %

 Vendredi 01 mars 2019

 

Examen final                                   

35 %

 

Pour chaque travail pratique, l'étudiant(e) devra fournir un rapport décrivant brièvement  les différentes étapes d'études théoriques et de réalisations expérimentales.

L'étudiant(e) est tenu(e) de faire une démonstration (exposé) de son travail au laboratoire et ceci devant le professeur (aux fins d'évaluation) et ses confrères (aux fins de discussion).

L'étudiant(e) a droit à ses notes et à son manuel de cours aux examens.




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Les pénalités appliquées à la remise en retard d'un rapport de laboratoire s'appliquent comme suit :

Une journée de retard entraîne une division du résultat obtenu par 2. Deux jours de retard et plus entaîne un résultat de zéro.

 




Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

 

Notes de cours disponibles sur le site Moodle du cours.

 




Ouvrages de références

Power Semiconductor Devices: Theory and Applications 1st Edition. Vítezslav Benda, Duncan A. Grant, John Gowar

 

 

International Rectifier Power MOSFETs Data Book et Hexfets Designers Manual.

Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 5th Edition. Frank P. Incropera, David P. DeWitt

Switching Power Supply Design, 3rd Ed. Abraham I. Pressman, Keith Billings, Taylor Morey

Fundamentals of Power Electronics, 2nd Edition, Robert W. Erickson, Dragan Maksimovic

Fundamentals of Semiconductor Devices, 2nd Edition, Betty Lise Anderson, Richard L. Anderson

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

 

https://cours.etsmtl.ca/ele654/