Étude et Modélisation Magnétothermique d'une Bobine Planaire pour un Convertisseur Boost

Abstract

شهد سوق الأنظمة الإلكترونية نموًا ملحوظًا في السنوات الأخيرة، ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى انتشار الأنظمة الإلكترونية التي تحتوي على العناصر السلبية الحديثة. التي نجدها في ميادين مختلفة مثل الالكترونيات و محولات طاقة. يُعتبر كفاءة الأداء وموثوقية المحولات من العوامل الأساسية التي تؤثر بشكل كبير على إنتاج الطاقة الكهربائية، وكذلك على الربحية والتكاليف المالية . تهدف هذه الأطروحة إلى تصميم محولات طاقة صغيرة للغاية مخصصة للأنظمة الكهروضوئية وغيرها من الأنظمة، وذلك من خلال تصميم مكونات مغناطيسية سلبية منخفضة الارتفاع (مثل المحاثات)، مع مراعاة دفتر الشروط. بدأنا باختيار محول طاقة وقمنا بتنفيذ تصميم وأبعاد نموذج الحث المستوي لنوعين من الملف من أجل دمجه في محول. بعد اختيار الملفات المستوية ذات الأشكال المختلفة ، ركزنا بحثنا بإختيار هندسة المربع من اجل دمجها في محول دون مساس بأداءه ،قمنا بتحسين الملف ،حيث اجرينا دراسات مكثفة لاختيار سماكة للموصل والحجم. بمأن العمل المنجز لم يكن كافيا لاختيار النموذج الأحسن من حيث السيرة الكهربائية ولتأكيد أداء المحث في ميدان ،باستخدام برامج محاكاة psim et comsol Multiphasiques قمنا بتحليل جميع التأثيرات الكهرومغناطيسية والحرارية للمفلين ذو 4 لفات و3 لفات التي تعد عملية أساسية في تصميم واختيار الملف ،وقد أظهرت النتائج التي حصلنا عليها من المستوى المطلوب Resume Le marché des systèmes électroniques a connu une croissance remarquable ces dernières années, principalement en raison de la prolifération des systèmes électroniques intégrant des composants passifs. On les retrouve dans divers domaines tels que l’électronique et les convertisseurs de puissance. La performance et la fiabilité des convertisseurs sont des facteurs essentiels qui influencent considérablement la production d’énergie électrique, ainsi que la rentabilité et les coûts financiers. Cette mémoire vise à concevoir des convertisseurs de puissance extrêmement compacts, destinés aux systèmes photovoltaïques et autres, en concevant des composants magnétiques passifs (comme les inductances), tout en respectant le cahier des charges. Nous avons commencé par choisir un convertisseur de puissance et avons réalisé la conception et les dimensions d’un modèle d’inductance plan pour deux types de bobines afin de l’intégrer dans le convertisseur. Après avoir sélectionné les inductances planes de différentes formes, nous avons orienté notre recherche vers le choix de la géométrie carrée pour l’intégrer dans le convertisseur sans compromettre ses performances. Nous avons optimisé la bobine en menant des études approfondies pour choisir l’épaisseur du conducteur et la largeur. Étant donné que le travail effectué n’était pas suffisant pour choisir le meilleur modèle en termes de comportement électrique et pour confirmer la performance de l’inductance sur le terrain, nous avons utilise les logiciels de simulation PSIM et COMSOL Multiphysics pour analyser ous les comportements électromagnétiques et thermiques de bobine à 4 spire et 3 spire ce qui est essentiel dans la conception la sélection de la bobine. Les résultats obtenus ont montré le niveau de performance requis. Mots-clés : composant passif-composant active-bobine planaire-modélisation electromagnetique -méthode Wheeler- matériau magnétique- convertisseur boost Abstract The electronic systems market has seen remarkable growth in recent years, mainly due to the proliferation of electronic systems incorporating passive components. They are found in various fields such as electronics and power converters. The performance and reliability of converters are essential factors that significantly influence the production of electrical energy, as well as profitability and financial costs. This thesis aims to design extremely compact power converters, intended for photovoltaic systems and others, by designing passive magnetic components (such as inductors), while respecting the specifications. We started by choosing a power converter and made the design and dimensions of a planar inductor model for two types of coils to integrate it into the converter. After selecting planar inductors of different shapes, we directed our research towards the choice of square geometry to integrate it into the converter without compromising its performance. We optimized the coil by conducting in-depth studies to choose the conductor thickness and width. Since the work carried out was not sufficient to choose the best model in terms of electrical behavior and to confirm the performance of the inductor in the field, we used PSIM and COMSOL Multiphysics simulation software to analyze all the behaviors. Electromagnetic and thermal coil with 4 turns and 3 turns which is essential in the design and selection of the coil. The results obtained showed the required level of performance.