b. Le busbarre "capacité"

Les busbarres "capacités" sont, comme les précédents, utilisés pour leur faible inductance parasite. Ils servent de support aux busbarres IGBT, et aux capacités de découplage

L2 L1 M L2 L1 M

Chapitre 3 : Outils d'analyse

Cette structure permet de distribuer une tension continue de bonne qualité à plusieurs convertisseurs ou à plusieurs bras d'onduleur.

La Figure 33 montre un exemple de busbarre appartenant à cette famille. Il est composé de trois plaques superposées sur lesquelles viennent se connecter douze condensateurs chimiques de 6800uF répartis le long du module.

Connexion des modules au bus continu Condensateur Connexion des modules au bus continu 23cm 69cm Connexion des modules au bus continu Condensateur Connexion des modules au bus continu 23cm 69cm

Figure 33 : Exemple de busbarre capacité

Les premiers éléments concernés par les inductances parasites de ce busbarre sont les condensateurs chimiques. Leur nombre et leurs capacités dépendent de la puissance du convertisseur placé en aval (et éventuellement du nombre de convertisseurs en lien avec les busbarres).

La Figure 33 montre trois accès au bus continu (connexion de modules ou de convertisseurs) : deux situés aux extrémités, et un légèrement déporté vers le centre. Cette disposition, qui peut laisser un doute sur l'utilisation correcte des condensateurs situés au centre de la plaque et éloignés des cellules de commutation, est imposée par l'encombrement des dispositifs de refroidissement. L'impédance du busbarre risque alors de provoquer une mauvaise répartition des courants à travers chaque condensateur.

Pour ne pas aggraver un vieillissement prématuré d'un condensateur ou d'un lot surexploité, il est important de minimiser les inductances entre les points de connexion et toutes les capacités, et ce quelle que soit la position des convertisseurs afin de répartir uniformément toutes les contraintes.

Mesure des inductances, vues des modules :

A la différence du busbarre précédent, constitué de deux couches, les inductances parasites de cette structure sont cette fois-ci inférieures à 30nH et ce en raison de la technologie à trois couches de conducteurs utilisées. Des mesures directes d'inductances parasites au pont d'impédance seront délicates à mettre en œuvre compte tenu de l'encombrement du busbarre et

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des problèmes de connexion au pont d'impédance. Cette technique requiert la mise en place d'un adaptateur de liaison entre le dispositif et l'appareil de mesure. Ce dispositif présente une inductance beaucoup plus importante que la structure sous test qu'il faudra soustraire à la mesure. Il est donc important de pouvoir estimer précisément les inductances de l'adaptateur. Les méthodes classiques de compensation en circuit ouvert et en court-circuit doivent être effectuées dans les conditions précises de mesure. Cette technique interdit le déplacement de l'adaptateur ou l'ajout d'une impédance supplémentaire utile dans la mesure en court-circuit (modification des mutuelles et des inductances). Si ces conditions ne sont pas respectées, alors l'erreur induite peut être du même ordre de grandeurs que les inductances attendues sur ces busbarres.

Pour toutes ces raisons, nous préférerons utiliser une méthode indirecte pour la détermination de l'inductance parasite.

L'inductance sera déduite d'une mesure de chute de tension induite aux bornes d'un conducteur lors de l'injection d'un courant variable. Dans le cas d'un signal de courant de forme trapézoïdale, la tension induite ressemblera à des créneaux dont l'amplitude dépendra du dI/dt imposé par la source de courant et de l'inductance du système. Mesurant l'amplitude de la tension induite et connaissant la forme du courant injectée, il est possible de déduire la valeur de l'inductance (Figure 34). Notons quand même que l'inductance mesurée dans ces conditions prend en compte l'ensemble des mutuelles avec le reste du circuit.

I M₁ ^M2 L ( ) dt dI M M L V= + ₁+ ₂⋅ I M₁ ^M2 L ( ) dt dI M M L V= + ₁+ ₂⋅ dI/dt I Im V_mes ( ) dt dI M M L V= + 1+ 2⋅ dI/dt I Im V_mes ( ) dt dI M M L V= + 1+ 2⋅

Figure 34 : Mesure de l'inductance

Les mesures ont révélé des inductances variant entre 21nH à 25nH selon la position de l'accès des modules. Les simulations, réalisées à partir du logiciel InCa, estiment l'inductance du busbarre à 20nH et confirment les résultats de mesure.

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Répartition des courants dans les capacités :

Les capacités connectées au bus continu ont un rôle triple selon la gamme de fréquence. En basse fréquence, ces condensateurs assurent une valeur continue de la tension dans tout le busbarre. En moyenne fréquence, elles sont utilisées pour filtrer la composante basse fréquence du courant (150Hz ou 300Hz). Enfin en haute fréquence, elles servent de réservoir d'énergie pendant les commutations.

En implémentant des modèles de capacités dans la description électrique, on peut alors étudier la répartition des courants dans chacun d'eux en fonction de la fréquence. Un constat s'impose, les éléments parasites des capacités chimiques (ESR et ESL) sont loin d'être négligeables. En effet, les résistances séries approchent les dizaines de mΩ et les inductances séries plusieurs dizaines de nH. En basse fréquence, l'aspect capacitif des condensateurs reste prépondérant, et on observe un courant parfaitement équilibré dans tous les condensateurs en parallèles. Cependant, des écarts apparaissent au delà de dix kHz où l'aspect inductif des capacités et du busbarre prédomine. Un calcul des pertes dissipées dans chaque capacité à permit de mettre en évidence une disparité de 43%. Ce calcul a été réalisé sur une période complète de fonctionnement (50Hz), en incluant l'ensemble des acteurs (modèles de capacités, de busbarre et de module). Le schéma est illustré au paragraphe suivant.

III.4. Illustration de la modélisation d'un l'ensemble busbarre-capacité-module