Circuits magnétiques

Modéliser des composants magnétiques complexes

Toroidal inductor

Les inductances et transformateurs jouent un rôle important dans la réalisation de convertisseurs de puissance. Mais contrairement aux autres composants passifs, les composants magnétiques sont plutôt difficiles à modéliser, pour les raisons suivantes:

  • Un composant magnétique, surtout dans le cas de transformateurs avec plusieurs enroulements, peut avoir une structure géométrique complexe dans laquelle le flux circule dans plusieurs chemins couplés et non couplés.
  • Les matériaux magnétiques possèdent des caractéristiques souvent très non-linéaires.
  • Les pertes par hystérésis et courant de Foucault varient avec la fréquence ainsi que l‘amplitude du flux.

Dans PLECS, il est possible de modéliser des composants magnétiques à l’aide de circuits composés de blocs du domaine magnétique.  Comme dans le cas de la modélisation de systèmes thermiques, une analogie est faite avec l’électricité. Mais contrairement à la méthode traditionnelle, ou l’analogie est entre la reluctance magnétique et la résistance électrique, PLECS emploie une analogie entre la perméance et le condensateur. Ce choix s’avère plus intuitif et plus robuste pour la simulation de circuits non-linéaires.

Dans le domaine magnétique, les inductances et transformateurs sont modélisés directement en spécifiant les paramètres physiques, comme la section et longueur moyenne des perméances, la perméabilité du matériau et le nombre de spires des bobinages. Les pertes sont modélisées à l’aide de résistances magnétiques et par l’emploi de perméances avec hystérèse.

Il est naturellement aussi possible to modéliser des composants magnétiques  directement dans le domaine électrique, mais cette approche perd la relation avec les quantités physiques et ne permet pas d’inspecter la densité de flux et le champ magnétique. En outre, un simple changement de nombre de spires nécessite de recalculer toutes les valeurs d’inductance.

Exemple d’application : Convertisseur Cuk

Un convertisseur isolé du type Cuk avec composant magnétique intégré.  Grace au couplage particulier entre les différents bobinages, l’ondulation du courant d’entrée et de sortie est annulée.

Le circuit magnétique consiste de deux noyaux E opposés et séparés par un entrefer.

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