Sous ce titre on englobe les travaux de caractérisation et de modélisation des composants de très forte puissance, GTO et diode, modules IGBT. Ils permettent la mise à jour de la base de données semi-conducteurs au fur et à mesure de l'évolution de ces semi-conducteurs pour les applications de traction électrique et de contrôle de l'énergie d'alimentation des lignes.
Caractérisation électrique et thermique des semiconducteurs (voir dans « Équipements scientifiques » : Banc de « caractérisation » de transistors IGBT
Le LTN est l'un des rares laboratoires publics, donc indépendants, en Europe à réaliser des travaux expérimentaux permanents, avec une capitalisation des connaissances, sur les composants haute tension de très forte puissance (jusqu'à 6000 V - 6000A).
Les travaux de caractérisation des composants GTO et modules IGBT servent à la compréhension des phénomènes complexes de comportement électrique liés à la température et aux phénomènes parasites. Une demande forte pour ce type de travaux existe de la part des opérateurs transport et énergie et des industriels.
Les modèles de pertes Joules dues à la commutation des composants de puissance, à l'allumage et au blocage, ne délivrent pas des résultats suffisamment fiables et précis sans un recalage sur la base de résultats de mesures. Ces données sont indispensables au dimensionnement des circuits de refroidissement.
Modélisation du comportement électrique des composants de puissance. Estimation des contraintes.
Les Pertes par effet Joule , source des contraintes thermiques, est un élément fondamental dan s la conception des composants.
IL existe une interaction intime entre le composant et son environnement électrique, la simulation des semi-conducteurs ne peut se concevoir que dans un environnement électrique représentatif de l'application.
Le but recherché étant la prévision et/ou la vérification des fonctionnements des circuits convertisseurs en tenant compte des contraintes subies par les semi-conducteurs, notamment lors des commutations. Dans le champ de l'électronique de très forte puissance, et en particulier celui de la traction électrique ferroviaire, cette prévision sur les pertes doit se faire avec suffisamment de précision et dans un domaine de validité le plus étendu possible. Une modélisation à constantes réparties a été conçue et adaptée aux tailles et calibres des semi-conducteurs.
- Travaux de modélisation sur les commandes ultra-dures des thyristors GTO : Des travaux théoriques sur ce sujet corroborés par des expérimentations menées dans les laboratoires de la Télémécanique ont permis de comprendre les effets dits « d'avalanche dynamique contrôlée » et de proposer une autre manière de commander les GTO à l'ouverture avec un gain unité.
- Insertion des modèles SIMDEP dans l'environnement SABER: Les modèles SIMDEP (Simulation des Dispositifs de l'Électronique de Puissance) développés au LTN ont été implantés en tant que modèle dans une bibliothèque du logiciel SABER. SABER est un simulateur de systèmes en électronique de puissance.
Application haute tension au contrôle et à la qualité de l'énergie
Le projet européen HVB (High Voltage Booster for railways) en partenariat avec la SNCF et financé par la DGVII porte sur l'étude d'un dispositif modulaire permettant de compenser les chutes de tensions des lignes d'alimentation ferroviaires 25kV-50Hz. La phase démonstrateur est en cours et se terminera fin 2002. Cet équipement peut être inséré dans les sous-stations d'alimentation électrique, ou sur la voie, par exemple en fin de ligne urbaine.
Ce dispositif, connecté au réseau 25kV, disposera d'un contrôle entièrement automatique, et présentera une très grande fiabilité, la défaillance conduisant à une transparence complète vis à vis du réseau existant.
Limiteur de courant haute tension
Ce contrat porte sur un programme de recherche sur les limiteurs de courants de court-circuit moyenne tension à électronique de puissance s'appuyant sur la mise en oeuvre de semi-conducteurs de puissance de dernière génération. L'objectif général est de réduire les pertes d'énergie des sous-stations électriques SNCF et EDF en disposant d'un organe de protection rapide et sûre, en remplacement du concept de protection basé sur le dimensionnement de l'impédance interne des transformateurs fixé par la valeur maximale admissible du courant de court-circuit.