| Titre : | Analyse et conception d'un générateur à plasma inductif |
| Auteurs : | Sakina Zerouali, Auteur ; Abdelkarim Allag, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2012 |
| Format : | 139p / 30cm |
| Accompagnement : | cd |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Mots-clés: | Convertisseurs à résonnance,Convertisseurs HF de Classe D,E,F,E/F,Commutation douce ZVS,ZCS,Plasma Torche,Générateur à Plasma Inductif,Commande adaptative Backstepping. |
| Résumé : |
Les propulseurs plasmas et les torches à plasma sont actionnés par des champs électromagnétiques de fréquences élevées induits par des générateurs classiques à triodes. Des travaux de recherche s’orientent à l’emploi des générateurs a transistors (Onduleur classe E, DE, F et E/F etc.) de fréquence et puissance élevées de l’ordre 10 Mhz-10 kW. Une méthode analytique d'analyse du fonctionnement d'un générateur à induction à transistor en haute fréquence du type MOS destiné notamment à l'alimentation de torches à plasma inductif est présentée dans cette thèse. Après un bref rappel du principe d'une torche à plasma, les différentes variantes du schéma é1ectrique des déférents convertisseurs haute fréquence de classe E, F, E/F etc. sont présentées. Puis, comme toutes les variantes se ramènent à un convertisseur simple et avec un rendement élevé, ce dernier est analysé grâce à des notions d'é1ectronique de puissance et par prise en compte des caractéristiques du transistor. On aboutit ainsi à des expressions analytiques explicites de toutes les grandeurs électriques de fonctionnement du convertisseur qui sont mis en évidence suivant la valeur de l'impédance de la charge é1ectrique du générateur formée par le circuit oscillant. Enfin une application numérique sur un type de transistor donné montre comment l'exploitation de la méthode permet de déterminer toutes les formes d'ondes en allure et en valeur numérique. L’objectif de ce thème est d’améliorer les performances par l’introduction de stratégies de contrôle adéquate ‘Adaptatif backstepping’ en vue de maximiser la puissance, le rendement et la protection du générateur. An analytical method of analysis of the working of a high frequency induction generator based transistor, called MOS, used for inductive plasma torch applications is presented in this thesis. After recalling the principle of an inductive plasma torch, different electrical variants of converters class E, F and E/F are given. These class-E/F amplifiers have class-E features such as incorporation of the transistor parasitic capacitance into the circuit, exact truly switching time-domain solutions, and allowance for zero-voltage-switching operation. Additionally, some number of harmonics may be tuned in the fashion of inverse class F in order to achieve more desirable voltage and current waveforms for improved performance. All these variants led to a unique simplified electrical scheme which is analyzed with power electronic notions and also by taking into account the characteristics of the transistor. This leads to analytical explicit expressions of all electrical values, showing two different possible working ratings of the triode, depending on the value of the electrical charge of the generator. At last, a numerical application on a given transistor type shows how the application of this method. The objective of this theme is to improve the performances by the adequate introduction of the strategies of control ' Adaptive backstepping ' to maximize the power, the efficiency and the protection of the generator |
| Sommaire : |
RÉSUMÉ
ABSTRACT PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES SOMMAIRE LISTE DES FIGURES 6 LISTE DES TABLEAUX..9 NOTATIONS10 INTRODUCTION GENERALE ET ETAT DE L’ART 1. Etat de l’art12 2. Définition et principes de plasma 13 3. Génération d’un plasma 14 3.1 Fréquences dans un plasma 14 3.2 Grandeurs caractéristiques des plasmas 15 4. Classification des plasma16 5. Technologie par plasma 17 6. Les Plasmas thermiques17 6.1. Plasma à Couplage Direct (capacitif) (DCP) 18 6.2. Plasma à Couplage Inductif (ICP) 18 7. Introduction sur les convertisseurs HF 18 8. Commandes adaptatives Backstepping 20 9. Organisation du Manuscrit de Thèse 21 CHAPITRE I : CARACTÉRISTIQUES DU PLASMA ET TORCHE À COUPLAGE INDUCTIF I.1 Introduction..22 I.2. Grandeurs Caractéristiques des Plasmas 23 I.2.1 Densité électrique des particules chargées 23 Sommaire I.2.2 Température des espèces 23 I.2.3 Taux d’ionisation24 I.2.4 Longueur de Debye 24 I.2.5 Pression....24 I.3. Les Torches ICP 25 I.3.1 Définition...25 I.3.2 Construction des torches ICP 26 I.3.3 Amorçage d’une torche ICP et aspects électromagnétiques 28 a) Amorçage et puissance de maintien 28 I.4. Paramètres thermodynamiques d’un plasma inductif 30 I.4.1 Equilibre thermodynamique local 30 I.5. Les Installations des torches ICP.31 I.5.1 Installations de forte puissance.31 I.5.2 Installations de faible puissance .32 I.6. Applications des Torches ICP .33 I.7. Conclusion.34 CHAPITRE II : LES CONVERTISSEURS DE PUISSANCE (DE HAUTES FREQUENCES) II.1 Introduction .35 II.2 Covertisseurs de puissance.35 II.3. Les composants .36 II.2.1 les tubes éléctroniques.36 II.2.1.1 les diodes .36 ....II.2.1.2. La triode.- Principe de fonctionnement…37 II.3.3. Les Transistors.38 II.3.3.1 Modélisation des MOSFETs..40 Sommaire II.4. Classification des amplificateurs de puissance.41 II.4.1 Amplificateurs de puissance Classe A…41 II.4.2 Amplificateurs de puissance Classe B .41 II.4.3 Amplificateurs de puissance Classe C ...41 II.4.4 Amplificateurs de puissance Classe D..42 II.4.4.1 Généralités...42 II.4.4.2 Structure de la commande de l'étage de sortie .42 II.4.4.3 Rendement de l'étage de sortie…43 II.4.4.4 Choix de la fréquence de pulsation.43 II.5. Amplificateurs classe F, F-1 et E45 II.5.1 Amplificateurs classe F46 II.5.1 Amplificateurs classe F inverse.49 II.5.1 Amplificateurs classe E 50 II.6. Comparaison quantitative et qualitative..55 II.7. Amplificateur hybride classe E/F.57 II.7.1. Amplificateur classe E/F3..58 II.7.2. Amplificateur classe E/F2,3..59 - Formes d'onde et Adaptation d'harmoniques..60 II.8. Amplificateurs Push-Pull Classe E/Fodd..61 II.8.1 Théorie de fonctionnement..61 II.8.2 Amplificateur de Puissance Classe E/Fodd,2 type Push-Pull.61 II.9. Conclusion.62 Sommaire 4 CHAPITRE III : COUPLAGE ALIMENTATION-APPLICATEUR (PLASMA)- MODELISATION III.1 Introduction.65 III.2 Alimentation du plasma..66 III.2.1 Analyse du schéma d'un générateur haute fréquence..66 III.2.2 Onduleur classe E pour plasma inductif.66 III.2.2.1 Configuration du système.66 III.3 Modélisation du transformateur en HF.67 III.3.1. Constitution d’un transformateur.67 III.3.2. Le système magnétique..67 III.3.3. Le système électrostatique.69 III.3.4 Modèle électrostatique à 3 capacités..69 III.3.5 Modèle électrostatique complet..71 III.3.6 Suppression du couplage magnétique..72 III.4. Fonctionnement d'un onduleur résonant de classe E.73 III.4.1. Analyse de la topologie...74 III.4.2 Simulation de convertisseur classe E..75 III.4.3 Caractéristique de fréquence de la charge résonnante..76 III.5. Modélisation d’un Onduleur a résonance classe E/F2, E/F3 ..83 III.5.1 Méthode d’analyse..83 III.5.2 Procédé de conception...84 III.6. Résultats de Simulation..84 III.7 Conclusion.86 Sommaire CHAPITRE IV. COMMANDE BACKSTEPPING APPLIQUEE AU SYSTEME CONVERTISSEUR-APPLICATEUR IV.1. Introduction..88 IV.2. Régulateur LQR.88 IV.2.1. Conception du système….89 IV.2.2. Régulateur Linéaire discret ..89 IV.2.3. Simulation du convertisseur avec un Régulateur Linéaire.95 IV.3. Commande Backstepping..99 IV.3.1. Conception de la loi de commande par backstepping..99 IV.3.2. Application de la commande par Backstepping..101 IV.4. Système linéaire de classe SISO..101 IV.4.1. Filtre d’estimation d'état (Filtre de Kresselmier)104 IV.4.2. Les formes canoniques (strict feed-back forme)….104 IV.5. Application au système (ICP) .104 IV.6. Synthèse robuste par Backstepping..107 IV.7. Résultats de simulation..112 IV.8. Conclusion...120 Conclusion et Perspectives...121 Références bibliographiques...123 Annexes.130 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0282 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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