Dissertations / Theses: 'Champ électrique haute tension'

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El-Belghiti, Kamal. "Amélioration de l'extraction aqueuse de solutés des produits végétaux par champ électrique pulsé." Compiègne, 2005. http://www.theses.fr/2005COMP1563.

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Abstract:

Ce travail de thèse traite du développement d'un procédé d'extraction aqueuse de solutés des produits végétaux, couplée à un champ électrique pulsé modéré (CEPM). Il vise à améliorer le rendement en solutés et la cinétique de leur extraction. L'effet des paramètres du CEPM (intensité et nombre d'impulsions), de l'agitation au cours d'extraction, de la forme et la taille des particules, de la température de la solution et d'un champ centrifuge, a été étudié. L'essentiel de l'étude expérimentale de ce procédé a été mené sur des betteraves à sucre et des carottes sous forme de disques et de cossettes traités par CEPM de différentes intensités (200-1200 V/cm) et différents nombres d'impulsions (50-1000) d'une durée de 100 ilS. L'extraction aqueuse a été réalisée à température variable (20-50°C), sous agitation variable (0-750 tr/min) et en présence d'accélération centrifuge variable (0-9660xg). Après la mise en place d'une méthodologie expérimentale, nous avons montré que le CEPM augmente le rendement en solutés en fin d'extraction et que l'agitation, le chauffage modéré et le champ centrifuge accélèrent la cinétique de cette dernière, tandis que la réduction de la taille des particules augmente le rendement et accélère la cinétique. Une optimisation des paramètres du CEPM et d'extraction, nous a permis d'atteindre un rendement en solutés maximal (95%) avec une consommation d'énergie électrique de 6-7 et 9 kJ/kg respectivement pour les betteraves et les carottes. Par ailleurs, la combinaison du procédé avec le chauffage modéré et/ou le champ centrifuge nous a permis de réduire de 2 à 4 fois le temps d'extraction. La cinétique d'extraction aqueuse a été décrite par un modèle bi-exponentiel mettant en évidence deux étapes d'extraction : un lessivage rapide, ne pouvant pas être pris en compte par la loi de Fick, et une diffusion lente. Le CEPM a montré une inefficacité vis à vis des produits végétaux séchés (feuilles de thé noir et racines de Datura Innoxia). Dans ce cas, un traitement par décharges électriques à haute tension (DEHT) (40 kV) a permis d'accélérer l'extraction de solutés de ces produits
The work presented in this thesis deals with the development of a process of aqueous extraction of solute from vegetable products coupled to a moderate pulsed electric field (MPEF). It aims at the improvement of yield of solute and the extraction kinetics. The effect of MPEF parameters (intensity and number of pulses), agitation during extraction, shape and size of particles, solution temperature and centrifugaI field, has been studied. The main experimental work was carried out with samples of sugar beet and carrot, in form of disk and gratings, treated by MPEF of different intensities (200-1200 V/cm) and different numbers of pulses (50-1000) of 100 ilS. Aqueous extraction was carried out at various temperatures (20-50°C), under various agitation speeds (0-750 rpm) and centrifugaI accelerations (09660xg). After the development of an experimental methodology, we observed that the MPEF increases the final yield of solute. The agitation of solution, the moderate heating and the centrifugaI field accelerate the extraction kinetics. The reduction ofparticles size increases the yield of solute and accelerates the extraction kinetics. An optimisation ofboth MPEF and extraction parameters allowed to reach a maximal yield of solute (95%) under an electrical energy consumption of 6-7 and 9 kJ/kg for sugar beets and carrots, respectively. On the other hand, the combination of the process with moderate heating and/or centrifugaI field permitted to reduce from 2 to 4 times the extraction duration. . The aqueous extraction kinetics was described by a bi-exponential model involving two simultaneous processes: rapid washing, which cannot be taken into account by Fick's law, and slow diffusion. The MPEF has shown an inefficiency with dry vegetable products (Ieaves of black tea and roots of Datura Innoxia). A treatment by electric discharges of high tension (EDHT) (40 kV) allowed the acceleration of extraction from such products

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Daba, Abdel-Ghani. "Mesure de l'ionisation en fonction du champ électrique dans le tétraméthylsilane (TMS)." Grenoble 1, 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10095.

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Abstract:

Le groupe walic (warm liquid calorimetry) a construit un calorimetre prototype utilisant le tetramethylpentane (tmp) comme milieu detecteur et le plomb comme milieu absorbeur, pour etudier sa reponse aux differentes particules electrons ou hadrons. Le calorimetre a ete monte au laboratoire de fermilab pres de chicago, et il a ete expose a des pions et des electrons de differentes energies. Le resultat de ces mesures montre que le rapport e/h est different de l'unite a cause de la saturation du liquide: une solution est de travailler a champ electrique eleve. Le but de ce travail est l'etude de la reponse du tetramethylsilane (tms) a forts champs electriques, sachant que le tmp et le tms ont des proprietes voisines et se comportent de la meme maniere en fonction du champ electrique. A cet effet une cellule contenant le liquide a ete construite pour supporter des differences de potentiel elevees. Un banc de mesure a ete monte pour mesurer la charge deposee dans le liquide par les electrons emis par une source de rhutenium. Le declenchement est fait par un detecteur au silicium. Des amplificateurs bas bruit ont ete construits afin d'assurer le conditionnement du signal et pour eliminer les bruits d'origine exterieure a la chaine electronique, tout le systeme a ete place dans une double cage de faraday. Une etude theorique du bruit electronique a ete faite afin d'appliquer le filtrage adequat et d'extraire le signal du bruit. Malgre les problemes de bruits exterieurs importants, le banc de mesure a permis de sortir un signal de la chambre et d'etudier le comportement du liquide en fonction du champ electrique

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Ndoumbe, Jean. "Etude comportementale des gouttelettes d'eau déposées sur la surface d'un isolateur composite haute tension en présence du champ électrique." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00985438.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude expérimentale et théorique du comportement des gouttelettes d'eau (instabilité, déformation, coalescence), déposées à la surface d'un isolateur composite haute tension, en présence d'un champ électrique. La déformation des gouttelettes d'eau est étudiée en fonction de plusieurs paramètres tels que le volume, le nombre et la conductivité des gouttelettes ainsi que leurs positions par rapport aux électrodes. Un intérêt particulier est porté à la charge accumulée sur la surface d'une gouttelette. L'influence des gouttelettes sur la répartition du champ électrique ainsi que le facteur d'amplification du champ électrique par une méthode numérique sont étudiés. Une formulation mathématique de la déformation d'une gouttelette d'eau posée sur une surface d'isolateur est développée. Les mécanismes ainsi que les paramètres impliqués dans la coalescence d'une paire de gouttelettes d'eau sous l'effet du champ électrique sont également traités. Un modèle mathématique permettant d'analyser la coalescence d'une paire de gouttelettes d'eau posées sur la surface d'un isolateur en présence du champ électrique est proposé. Ce modèle est basé sur une approche à interface diffuse qui consiste essentiellement en un couplage entre les équations de Navier-Stokes, le calcul de la force électrique et une équation de type Cahn-Hilliard décrivant l'évolution de l'interface en prenant en compte les phénomènes de tensions superficielles. La démarche suivie et les résultats présentés dans ce travail ouvrent de multiples perspectives tant d'un point de vue expérimental que d'un point de vue de la modélisation et de la simulation numérique des phénomènes physiques intervenant sur des isolateurs de lignes de transport et de distribution de l'énergie électrique dans des conditions d'humidité (pluie, rosée ...).

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Delsart, Cristele. "Champs électriques pulsés et décharges électriques de haute tension pour l’extraction et la stabilisation en oenologie." Thesis, Bordeaux 2, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR21982/document.

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Abstract:

La filière viti-vinicole se doit de trouver des solutions au cours des années à venir afin de réduire son impact carbone de 20% et de proposer rapidement des alternatives au dioxyde de soufre. Ainsi, ce travail de thèse sur les champs électriques pulsés propose aux professionnels du vin une éco-innovation qui pourrait aider à répondre à ces deux problématiques. L’éco-innovation est de plus en plus considérée comme la clé de la compétitivité future dans le cadre du développement durable. Toutefois, avant d’être intégrée dans la production du vin, l’éco-innovation doit démontrer sa performance et son efficacité sans nuire à la qualité du produit et à la sécurité des consommateurs et doit être approuvée par les instances gouvernementales (OIV, UE...). A ce titre, la thèse a reçu un soutien financier conjoint du CIVB et de l’ADEME. Le principe des Champs Electriques Pulsés (CEP) est d’appliquer à un produit des impulsions électriques de quelques kilovolts durant un temps très court (quelques microsecondes) et répétées n fois. Les cellules contenues dans le produit traité (raisins, moût ou vin) voient leur potentiel transmembranaire augmenter jusqu’à l’induction de pores dans les membranes. L’irréversibilité des pores aboutit à l’extraction des composés cellulaires mais aussi à la mort des cellules. Ainsi, cette technologie, suivant le moment de son application en vinification et les paramètres opératoires, permet l’extraction des composés d’intérêts organoleptiques tels que les polyphénols mais aussi l’inactivation des microorganismes. Les CEP prennent en compte trois aspects importants pour la durabilité d’une technologie: l'environnement, l'économie et la qualité. En effet, cette technique a une série d'avantages pour le producteur de vins: elle est propre, rapide, peu chère, efficace, industrialisable et automatisable. Comparée à d’autres traitements tels que la pasteurisation, la filtration stérilisante, la thermovinification, la macération à chaud ou à froid, la cryoextraction ou encore la flash-détente, la consommation d'énergie est faible (quelques dizaines de kWh/tonne). La technologie des CEP est respectueuse de l’environnement puisqu’elle nécessite peu d’énergie et aucun intrant chimique. Elle est rapide et efficace car la durée du traitement n’est que de quelques dizaines à centaines de millisecondes. Enfin, les CEP sont une technologie non thermique et donc ne dégradent pas les molécules thermosensibles telles que les arômes. Les objectifs de ce travail de recherche ont été de comprendre l’effet des CEP sur les cellules, de déterminer les paramètres de traitement des CEP à employer pour réaliser l’extraction de composés d’intérêt des raisins et pour inactiver des microorganismes afin de stopper la fermentation alcoolique des vins liquoreux et de stabiliser microbiologiquement les vins rouges avant leur mise en bouteille en conservant la qualité du produit traité
The wine industry needs to find solutions in the coming years to reduce its carbon footprint by 20% and quickly propose alternatives to sulphur dioxide usage. This work on pulsed electric fields offers wine professionals an eco-innovation that could help to address these two issues. Eco-innovation is increasingly seen as the key to future competitiveness in the context of sustainable development. However, before being integrated in wine production, eco-innovation must demonstrate its performance and efficiency without compromising product quality and consumers safety so that it could be approved by government authorities (OIV, EU ...). As such, this thesis has received a joint financial support from the CIVB and the ADEME. The principle of Pulsed Electric Field (PEF) is to apply to a product; electrical pulses of a few kilovolts in a very short period time (a few microseconds) and then repeated n times. During treatment (grapes, grape must or wine) cells transmembrane potential increases till the induction of pores in the membranes. The irreversibility of the pores leads not only to the extraction of cellular components but also cell death. Thus, depending on the time of this technology application in winemaking and operating parameters, allows the extraction of sensory interests compounds such as polyphenols or the inactivation of microorganisms. PEF takes into account three important aspects to the sustainability of a technology: environment, economy and quality. This technique has a number of advantages for wine producers: clean, fast, inexpensive, efficient, industrializable and automated. Compared to other treatments such as pasteurization, sterile filtration, thermovinification, hot or cold maceration, cryoextraction or flash-release, its energy consumption is low (a few tens of kWh / tonne). PEF technology is environmentally friendly, as it requires little energy and no chemical inputs. It is fast and efficient because the processing time is only a few tens to hundreds of milliseconds. Finally, this technique is a non-thermal and therefore does not degrade the heat-sensitive molecules such as flavours. The objectives of this research work was to understand the effect of PEF on the cells, to determine the processing parameters during the extraction of compounds of interest grapes and to inactivate microorganisms in order to stop alcoholic fermentation of sweet wines and stabilize microbiologically red wines before bottling maintaining the quality of the processed product

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He, Qian. "Étude sur le mécanisme d'activation du bois/bambou/adhésif et amélioration du collage induit par le champ électrique à haute tension." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0147.

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Abstract:

Dans cette étude, les équipements avancés ont été sélectionnés afin d’étudier les effets de l’HVEF sur les propriétés physicochimiques du bois et du bambou, les effets du HVEF sur la structure chimique et les propriétés rhéologiques des adhésifs sous une série de paramètres HVEF. L’effet d’agrégation de l’adhésif à l’interface de liaison induite par HVEF a également été révélé et le modèle de prédiction micro-mécanique est établi. Les principales conclusions de cette étude sont les suivantes : 1. Après le traitement HVEF, l’activité de surface du bois et du bambou a augmenté de manière significative. De plus, avec l’augmentation de la tension/temps, les radicaux libres de surface, le rapport O/C et le nombre de groupes oxygène augmentaient de manière significative tandis que l’angle de contact diminuait. 2. Avec l’augmentation de la tension / temps, des réactions intermoléculaires significativement améliorées de la résine d’urée formaldéhyde et de la résine de phénol formaldéhyde ont été obtenues. Après un traitement de 60 kV/8 minutes, un incrément significatif des pics caractéristiques des groupes Cu2012O a été obtenu. Sous le traitement de HVEF, la dépendance de température/fréquence des comportements rhéologiques des deux résines a changé de manière significative. Par conséquent, le degré de polymérisation intermoléculaire du phénol formaldéhyde et de la résine d’urée formaldéhyde peut être considérablement amélioré et la viscoélasticité de la résine peut être améliorée sous traitement HVEF. 3. Après le traitement de HVEF, la distribution de l’adhésif à l’interphase de liaison était continue et uniforme. La profondeur de pénétration a été considérablement réduite. La densité et la force de liaison à l’interphase de liaison ont été sensiblement augmentées, et le taux de délamination a été réduit. Après traitement, la densité maximale à interphase est 1081 kg/m3, qui était 32% plus haut que le contrôle. La force de collage est passée de 0,66 MPa à 1,25 MPa et le taux de bris du bois a augmenté à 85 %, et le taux de délamination a diminué à 5,97 %. Pour le matériau en bambou, la résistance de liaison a été significativement améliorée après le traitement HVEF. La force de liaison de la peau de bambou et de la peau de bambou était de 9,51MPa, et le rapport de défaillance de bambou était de 60%. Dans la combinaison de la moelle de bambou et de la moelle de bambou, le taux de défaillance maximal de bambou était de 85%, qui a été augmenté de 70%. Par conséquent, dans le cadre du traitement HVEF, la distribution continue et uniforme des adhésifs interphasés de liaison peut être obtenue, ce qui peut améliorer considérablement les performances de collage du composite de bambou de bois et est propice à l’utilisation efficace du composite de bambou de bois.4. Selon le profil de densité verticale à l’interface de liaison, le modèle de rigidité stratifiée et de distribution des contraintes de l’interface de liaison a été établi. Les résultats ont montré que l’erreur relative était inférieure à ±15 %. Sur la base du modèle de distribution, les propriétés mécaniques macroscopiques du composite sont prédites avec la combinaison de la mécanique composite et de la théorie des plaques stratifiées, y compris le module élastique, la résistance à la flexion, le module de cisaillement et la résistance au cisaillement. Les résultats ont montré que l’erreur de prédiction des propriétés mécaniques est inférieure à 30%. Avec le modèle de distribution de rigidité et de résistance, l’effet du traitement HVEF peut être caractérisé quantitativement et les propriétés mécaniques des composites traités HVEF peuvent être prédites. En conséquence, le mécanisme de renforcement de la liaison interphase peut être révélé avec le modèle de distribution de la rigidité et de la résistance
In this study, the advanced equipments were selected in order to investigate the effects of HVEF on the physicochemical properties of wood and bamboo, the effects of HVEF on the chemical structure and rheological properties of adhesives under a series of HVEF parameters. The aggregation effect of adhesive at bonding interface induced by HVEF has also been revealed and the micro-mechanical prediction model is established.The main conclusions of this study are as follows:1.After HVEF treatment, the surface activity of wood and bamboo increased significantly. Moreover, with the increase of voltage/time, the surface free radicals, O/C ratio and the number of oxygen groups increased significantly while the contact angle decreased. Under the condition of 60kV, the surface activity highly increased. The increment of free radicals was 26%, the decrease of initial contact angle was 22%, the decrease of equilibrium contact angle was 23%, the increment of free energy component was 43% ~ 75%, the increment of O/C ratio was 34%, the increment of oxygen-containing groups were 39% (C‒OH), 149% (C‒O or C=O) and 97% (O‒C=O), respectively. Therefore, under HVEF treatment, the physical and chemical properties of wood and bamboo can be significantly improved, which is conducive to improving the interphase properties of composite materials.2.With the increase of voltage/time, significantly improved inter-molecular reactions of urea formaldehyde resin and phenol formaldehyde resin were obtained. After 60kV/8 min treatment, significant increment of the characteristic peaks of C‒O groups were obtained. Under HVEF treatment, the temperature/frequency dependence of the rheological behaviors of the two resins changed significantly. Therefore, the degree of inter-molecular polymerization of phenol formaldehyde and urea formaldehyde resin can be significantly improved and the viscoelasticity of the resin can be improved under HVEF treatment.3.After HVEF treatment, the distribution of adhesive at the bonding interphase was continuous and uniform. The penetration depth was significantly reduced. The density and bonding strength at the bonding interphase were significantly increased, and the delamination rate was reduced. After treatment, the maximal density at interphase is 1081 kg/m3, which was 32% higher than the control. The bonding strength increased from 0.66MPa to 1.25MPa and the wood breaking rate increased to 85%, and the delamination rate decreased to 5.97%. For bamboo material, the bonding strength was significantly improved after HVEF treatment. The bonding strength of bamboo skin and bamboo skin was 9.51MPa, and the bamboo failure ratio was 60%. In the combination of bamboo pith and bamboo pith, the maximum bamboo failure ratio was 85%, which was increased by 70%. Therefore, under HVEF treatment, the continuous and uniform distribution of bonding interphase adhesives can be obtained, which can significantly improve the bonding performance of wood bamboo composite, and is conducive to the efficient utilization of wood bamboo composite.4. According to the vertical density profile at the bonding interface, the laminated stiffness and stress distribution model of the bonding interface has been established. The results showed that the relative error was less than ±15%. Based on the distribution model, the macroscopic mechanical properties of composite are predicted with the combination of composite mechanics and laminated plate theory, including elastic modulus, bending strength, shear modulus and shear strength. The results showed that the prediction error of mechanical properties is less than 30%. With the stiffness and strength distribution model, the effect of HVEF treatment can be quantitatively characterized and the mechanical properties of HVEF treated composites can be predicted. As a result, strengthening mechanism of bonding interphase can be revealed with the the stiffness and strength distribution model

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Zavattoni, Laëtitia. "Conduction phenomena through gas and insulating solids in HVDC gas insulated substations, and consequences on electric field distribution." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT063/document.

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Abstract:

L'émergence des énergies renouvelables a entraîné le développement de nouvelles technologies pour la distribution de l'énergie sur de longues distances. Ces dernières sont basées sur le transport via de hautes tensions continues (HVDC) pour éviter les pertes capacitives. Ce réseau de distribution est interconnecté via des Postes Sous Enveloppes Métalliques (PSEM), dont l'isolation est composée de gaz sous pression (SF6) et d'isolants solides (résine époxy), qui doivent résister sous HVDC. Dans ces dispositifs, le champ électrique n'est plus déterminé par la permittivité relative des matériaux, mais par leurs résistivités et les phénomènes d'accumulation de charges. Dans le cas d'un isolant solide présentant une interface avec un gaz, des électrons ou des ions vont être susceptibles de se déplacer suivant les lignes de champ électrique et charger la surface de l'isolant solide. Le comportement des propriétés des isolants (solides et gazeux) constitue un enjeu majeur dans le développement de PSEM HVDC, notamment dans la compréhension des mécanismes d'accumulation et relaxation des charges.Dans ce travail de thèse, la caractérisation de l'isolant solide a d'abord été étudiée, basée sur des mesures de courants faibles bruits. Il est ainsi possible de mesurer le courant de fuite dans le volume et sur la surface des échantillons, dans une enceinte sous pression, à haut champ électrique et pour différentes températures. Ces mesures ont mis en évidence que les résistivités de volume et de surface sont fortement impactées par l'augmentation de la température et la teneur en eau des échantillons. Il a également été montré que la résistivité de surface a un comportement non-linéaire en fonction du champ électrique. Un modèle numérique a été développé pour simuler les résultats obtenus, et implémenter les propriétés de surface de l'isolant solide.Les propriétés isolantes du gaz ont également été étudiées pour différentes géométries de champ électrique, dans le but d'estimer la contribution du courant passant à travers le gaz, sur l'accumulation de charge en surface de l'isolant solide. Des courants non négligeables sont mesurés dans le gaz (~pA-nA). Pour déterminer les mécanismes responsables de la présence de tels courants, il a été caractérisé selon plusieurs paramètres (la rugosité de la surface de l'électrode, la nature du matériau, le champ électrique, la température et l'humidité relative). Cela a mis en évidence que les variations de courants dépendent du conditionnement du dispositif, et sont donc fortement influencés par l'humidité relative adsorbée sur les surfaces du dispositif (électrodes et cuves). En présence d'un système sec, de faibles courants sont mesurés (~pA), et augmentent en fonction de la température. A l'inverse, dans le cas d'un système humide, le courant diminue avec l'augmentation de la température. Ces résultats, combinés à l'influence de la rugosité de l'électrode, suggèrent fortement un mécanisme d'injection de charge à la surface de l'électrode, favorisé en présence d'eau adsorbée.Enfin, les résultats obtenus pour les deux isolants solides et gazeux sont utilisés pour élaborer un modèle numérique ayant une forme proche de celle de l'application industrielle, et permettent d'observer la modification de la distribution du champ électrique en présence de la concentration en eau et du gradient de température. Une estimation du courant circulant au travers des isolants est donc possible.En conclusion, ce travail donne les variations des résistivités de volume et de surface dans une résine époxy en fonction de la température et du champ électrique. Il met également en évidence la forte influence de l'humidité relative et de la température sur les mécanismes d'injection de charges qui contribuent au courant mesuré à travers le gaz. Cette caractérisation approfondie permet de développer une simulation qui prédit les variations de la distribution du champ électrique au sein d'un PSEM sous tension continue
The emergence of renewable energy leads to a development of new technologies for energy distribution across long distances. The latter will be based on High Voltage Direct Current (HVDC) to avoid capacitance losses. This network is interconnected using Gas Insulated Substation (GIS), which insulation is composed of pressurized gas (SF6) and solid insulators (epoxy resin), which have to withstand HVDC. The electric field is not anymore determined by permittivity of materials, but by resistivities and charge accumulation. In the case of an insulator with an interface with gas, electrons or ions will move across electric field lines and will charge the surface of the solid insulator. The behavior of insulator's properties (gas and solid) constitutes a major challenge for the development of HVDC GIS, to understand the charge relaxation/accumulation mechanisms.In this work, the characterization of solid insulator has first been investigated, based on a low-noise current measurement method. It is thus possible to measure the leakage current through samples and onto their surface, in a pressurized gas, at high electric field and for different temperatures. Those measurements permit to evidence that both volume and surface resistivities are strongly impacted by the increase of temperature and water concentration. It has also been shown that surface resistivity has a non-linear behavior with electric field. A numerical model was developed, to simulate experimental results, showing that the surface properties of the insulator can be implemented.Furthermore, the insulating properties of the gas were also investigated through different electric field geometry (coaxial and uniform), in order to estimate the contribution of current through gas on the charge accumulated on solid insulators. It has been found that a non-negligible current passes through the gas (~pA to nA). To determine the mechanisms responsible for such currents, the latter has been characterized depending on several parameters (electrode surface roughness, material nature, electric field, temperature and relative humidity). It revealed that the variations of currents are strongly impacted by the conditioning of the device and thus by the relative humidity adsorbed on electrodes and enclosure surfaces. In presence of a dry system (dry gas and device) low current were measured (~pA), which increases with temperature. On the contrary, in case of a “wet” system (humid gas and device) the current decreases with increasing temperature. Those results combined with the influence of the electrode roughness, strongly suggest a mechanism of charge injection at the electrode surface, enhanced by water adsorption.Finally, the results obtained for both solid and gaseous insulations are used to develop a numerical model with a shape close to the industrial application, and observe the modification of electric field distribution in presence of water concentration and temperature gradient. An estimation of current flowing through the insulator and gas is thus possible in case of uniform and gradient temperature.In conclusion, this work gives the variations of both volume and surface resistivities in an epoxy resin with temperature and electric field. It also evidences the major influence of relative humidity and temperature on charge injection mechanisms which contribute to the current measured through gas. The extensive characterization performed, enables to develop a simulation which predicts the variations of electric field distribution within an HVDC GIS

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Vu, Thi Thu Nga. "Étude des phénomènes de charges d'espace dans des matériaux de câbles et câbles modèles destinés à des applications au transport d'énergie en Haute Tension Continue (HVDC)." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2389/.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le cadre général du développement de câbles haute tension continue (HVDC) à isolation synthétique et se focalise sur l'étude des phénomènes d'accumulation de charges d'espace et de leurs conséquences sur la distribution de champ électrique dans les câbles et jonctions de câbles sous gradient thermique. Dans cette étude, des mesures de courant de conduction ont été réalisées sur deux matériaux polymères: le polyéthylène réticulé (XLPE), majoritairement utilisé comme isolant des câbles à haute tension, et un élastomère (EPDM) servant de matériau de raccordement. Ces résultats issus d'échantillons plans sont utilisés pour établir des modèles semi-empiriques de conductivité fonction de la température et du champ électrique. L'incorporation de ces modèles dans un logiciel de simulation numérique a permis par la suite de prédire les distributions de densité de charge et de champ dans différentes structures à géométrie plus complexe telles que les câbles et les associations d'isolants, modèles d'accessoires de câbles, soumis à diverses contraintes électriques et thermiques, en régime transitoire. Des mesures de charge d'espace, réalisées sur des bicouches d'isolants XLPE/EPDM, sur des câbles maquettes moyenne tension (MV) et mini-câbles, ont été effectuées par la méthode électro-acoustique pulsée. Les résultats obtenus dans les bicouches, modèles de jonctions, sous différentes conditions de température et de champ montrent que le signe de la charge d'interface dans les bicouches dépend de la température et du champ électrique. A ce comportement est associée une discontinuité du champ électrique dans les bicouches. Pour les câbles soumis à un gradient thermique, les résultats montrent le déplacement au cours du temps de la contrainte électrique maximale du semi-conducteur interne au semi-conducteur externe dû au gradient de conductivité électrique associé au gradient thermique selon le rayon du câble. Les résultats obtenus par simulation sur les structures bicouches (signe et densité de charge d'interface) et câbles MV sont compatibles avec les profils de densité de charges issus de la mesure sous différentes contraintes électriques et thermiques. Les écarts observés entre les résultats de simulation et de mesure sont attribués à la présence d'autres phénomènes d'accumulation de charges non pris en compte dans la simulation, liés entre autres à la présence de sous-produits de réticulation. L'effet des sous-produits de réticulation sur la réponse des isolants est considéré dans des mesures de charges d'espace sur mini-câbles et par l'évaluation des paramètres pertinents sur l'accumulation de charges appliquée à diverses formulations d'échantillons plans. Des distorsions très significatives du profil de champ électrique ont été mesurées, attestant de la tendance manifeste des sous-produits à se dissocier sous l'effet du champ et/ou à assister l'injection de charges
This work contributes to the development of polymer-insulated high voltage direct current (HVDC) cables, focusing on the investigation of space charge build-up phenomena and their consequences on electric field distribution within cables and cable joints under thermal gradient. In this study, conduction current measurements were realized on two different materials often used for HVDC cable construction, being cross-linked polyethylene (XLPE) used as cable insulation and an elastomer (EPDM) used in accessories. These data were used to build semi-empirical models of conductivity versus temperature and electric field. These models were incorporated in a commercial simulation tool in order to predict charge density and field distributions in more complex geometries such as cylindrical geometry and insulations association, submitted to various thermal and electrical stresses, in non-stationary conditions. Space charge measurements were carried out on bi-layers of XLPE/EPDM, and on medium voltage (MV) model cables and mini-cables, using the pulsed electro acoustic method. Results obtained on bi-layers as models of joints under various conditions of temperature and field show that the sign of the interfacial charges in the bi-layers depends on temperature and electric field. This makes non-homogeneous field distribution in bi-layers. For cables under thermal gradient, results show a switching in time of the position of field maximum from the inner semi-conductor to the outer semi-conductor due to the electrical conductivity gradient resulting from the thermal gradient along cable radius. Simulation results obtained on bi-layers (sign and density of charges) and within MV cables are consistent with charge density profiles obtained experimentally under various electrical and thermal stresses. Deviations between simulation and measurements are attributed to charge accumulation processes not accounted for in the model, involving notably cross-linking by-products. The effect of cross-linking by-products on the response of insulations is investigated through measurements on mini-cables and through the evaluation of parameters relevant to the accumulation of charges applied to various formulations of samples in plaque form. Substantial distortions of the electric field profile were measured, testifying for the evident propensity of by-products to dissociate under the electric field and/or assist charge injection

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Niu, Shiqin. "Conception, optimisation et caractérisation d’un transistor à effet de champ haute tension en Carbure de Silicium." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI136/document.

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Abstract:

La thèse intitulée "Conception, caractérisation et optimisation d’un transistor à effet de champ haute tension en Carbure de Silicium (SiC) et de leur diode associée", s’est déroulée au sein du laboratoire AMPERE sous la direction du Prof. D. PLANSON. Des premiers démonstrateurs de JFET ont été réalisés. Le blocage du JFET n'est pas efficace, ceci étant lié aux difficultés de réalisation technologique. Le premier travail a consisté en leur caractérisation précise puis en leur simulation, en tenant compte des erreurs de processus de fabrication. Ensuite, un nouveau masque a été dessiné en tenant en compte des problèmes technologiques identifiés. Les performances électriques de la nouvelle génération du composant ont ainsi démontré une amélioration importante au niveau de la tenue en tension. Dans le même temps, de nouveaux problèmes se sont révélés, qu’il sera nécessaire de résoudre dans le cadre de travaux futurs. Par ailleurs, les aspects de tenue en court-circuit des JFETs en SiC commercialement disponibles ont été étudiés finement. Les simulations électrothermiques par TCAD ont révélé les modes de défaillances. Ceci a permis d'établir finalement des modèles physiques valables pour les JFETs en SiC
Silicon carbide (SiC) has higher critical electric field for breakdown and lower intrinsic carrier concentration than silicon, which are very attractive for high power and high temperature power electric applications. In this thesis, a new 3.3kV/20A SiC-4H JFET is designed and fabricated for motor drive (330kW). This breakdown voltage is beyond the state of art of the commercial unipolar SiC devices. The first characterization shows that the breakdown voltage is lower (2.5kV) than its theoretical value. Also the on-state resistance is more important than expected. By means of finite element simulation the origins of the failure are identified and then verified by optical analysis. Hence, a new layout is designed followed by a new generation of SiC-4H JFET is fabricated. Test results show the 3.3kV JFET is developed successfully. Meanwhile, the electro-thermal mechanism in the SiC JFETs under short circuit is studied by means of TCAD simulation. The commercial 1200V SIT (USCi) and LV-JFET (Infineon) are used as sample. A hotspot inside the structures is observed. And the impact the bulk thickness and the canal doping on the short circuit capability of the devices are shown. The physical models validated by this study will be used on our 3.3kV once it is packaged

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Demers, Pierre. "Simulation numerique des vibrations induites par effet de couronne sur les conducteurs a haute tension." Thèse, Chicoutimi : Université du Québec à Chicoutimi, 1994. http://theses.uqac.ca.

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Jaffre, Yoann-Nicolas, and Yoann-Nicolas Jaffre. "Optimisation de réacteurs à plasmas non-thermiques pour le traitement des oxydes d'azote." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567199.

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Abstract:

Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d'azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en œuvre d'une de ces solutions par l'utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d'échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l'influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d'azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L'optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l'amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d'une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d'azote. différentes sources de tension ont été testées. L'analyse des décharges s'appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d'azote dans du diazote est proche de 80 %.

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Douar, Adnane. "Recherche de matériaux isolants pour la conception d'une nouvelle génération de connecteurs électriques haute tension : influence de la pollution sur les phénomènes de décharges partielles du contournement et de claquage." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0046/document.

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Abstract:

Dans le présent travail, nous abordons une problématique essentielle liée aux accessoires des lignes électriques et plus particulièrement au connecteur à perforation d’isolant (TTDC 45501 FA), commercialisé par la société Sicame située à Arnac-Pompadour (Corrèze). Ce produit permet d’effectuer des dérivations de courant en moyenne tension gainé HTA entre 15 et 25kV. Cependant, il devient nécessaire de concevoir une nouvelle génération de connecteurs capable de fonctionner à une tension de 52 kV en raison de la constante augmentation des besoins en électricité. En réalité, le principal souci concernant ces produits réside dans l’apparition de décharges partielles dans le volume constitué par la matière isolante (polyamide 6 chargée à 50% en poids de fibres de verre). Ces décharges engendrent un vieillissement prématuré du produit sous l’action conjuguée d’une atmosphère corrosive (brouillard salin) et d’un champ électrique. Ainsi, l’objectif de la présente thèse est de faire, dans un premier temps, un choix approprié de matériaux isolants parmi des polymères thermoplastiques, thermodurcissables époxydes ou élastomères en EPDM, capables de résister à plusieurs contraintes : thermique, électrique, mécanique, chimique et climatique. La partie expérimentale concerne, tout d’abord, la mesure de la tension de contournement, de l’activité des décharges partielles se propageant à la surface des matériaux isolants et de la tension de claquage, en tension alternative (A.C.). Pour cela, des échantillons polymères qui comportent des surfaces planes ou des surfaces pourvues de protubérances ont été moulés en vue de comparer leur comportement diélectrique en présence d’atmosphères polluées de type brouillard salin; ces mesures sont nécessaires pour effectuer un choix approprié du matériau à intégrer dans le connecteur. Par la suite, l’étude et la caractérisation optique et électrique de décharges glissantes, se propageant en surface de divers matériaux polymères, en tension impulsionnelle (L.I.) pour les deux polarités (positive et négative) et pour deux types de champ électrique (normal et tangentiel) sont présentées pour le cas d’une interface solide/air. La mesure de la longueur finale des décharges glissantes et la visualisation de l’onde de courant sont les deux paramètres principaux pour différencier les caractéristiques des matériaux utilisés. L’ensemble des résultats de mesures a permis de sélectionner les résines époxydes cyclo-aliphatiques (CEP) comme candidates potentielles pour la conception d’une nouvelle génération de connecteurs. De plus, la simulation du champ électrique, à l’aide du logiciel Flux 2D/3D, sur le connecteur électrique (TTDC 45501FA) a permis d’aboutir à la proposition d’un prototype de connecteur présentant une nouvelle géométrie et pouvant fonctionner à 52kV
In the present study, we deal with an essential problem related to electrical lines accessories and more particularly to piercing connectors (TTDC 45501FA) commercialized by a private company named Sicame and which is located in Arnac-Pompadour (Corrèze, France). This product/accessory is designed to provide power diversions on medium voltage live lines HVA operating between 15 and 25kV. However, it becomes required to design a new generation of piercing connectors able to operate on 52kV live lines because of the electrical power demands that are steadily increasing. Actually, the main concerns about these products are the occurrence of partial discharges within the insulating material volume (polyamide 6 containing 50%wt of glass fibers). Most of the time, these discharges induce an early ageing process of the accessory under the combined effects of a corrosive environment (as salt fog) and an electric field threshold. Thus, the main objective of the present Ph.D. thesis is to carry out an appropriate choice of insulating materials among several tested polymers such as thermoplastics and thermosetting epoxy resins and EPDM elastomers that are capable of withstanding several constraints: thermal and electrical and mechanical and chemical conditions. The experimental section is focusing on the measurements of flashover voltage and partial discharges activity propagating on polymeric surfaces and breakdown voltage within material bulks under A.C voltage. That is why polymeric samples with plane surfaces and textured surfaces are molded to compare their resistance to partial discharges when being subjected to polluted environments such as salt fog; these measurements are necessary to choose the suitable materials for the required application to be integrated in the new generation of connectors. Then, the optical and electrical characterization results of creeping discharges propagating on several polymeric surfaces under lightning impulse (L.I.) voltage with its both polarities (positive and negative) and for two kinds of applied electric field (normal and tangential) are presented in the case of solid/air interfaces. Final length measurements of creepage discharges are the main parameter for distinguishing material properties. The whole obtained results (under AC and LI voltages) allow us to point out the cycloaliphatic epoxy resins as potential candidates to the conception of a new generation of piercing connectors. In addition, the electric field simulation and modelling of the TTDC 45501FA connector by using the Flux 2D/3D software seems to be helpful to design a connector prototype which exhibits a new geometry and is able to reach a voltage level that equals 52kV

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Jaffré, Yoann-nicolas. "Optimisation de réacteurs à plasmas non-thermiques pour le traitement des oxydes d'azote." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2010. http://www.theses.fr/2010ECDL0022/document.

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Abstract:

Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d’azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en œuvre d’une de ces solutions par l’utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d’échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l’influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d’azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L’optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l’amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d’une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d’azote. différentes sources de tension ont été testées. L’analyse des décharges s’appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d’azote dans du diazote est proche de 80 %
Despite recent technological advances, thermal combustion in vehicles still generates a large amount of polluting gases that pure catalytic systems are unable to treat efficiently during the various phases of motor function. Nitrogen oxides are among the more problematic of the polluting gases, and a solution for their removal is critical. This work is aimed at the implementation of a solution using non-thermal plasma. The control and understanding of electrical discharges in gas enables to generate non-thermal plasmas, where only the electrons are raised to a high temperature. A non-thermal plasma treatment does not significantly heat the gas, but it still triggers important molecular changes. Under the influence of intense electric fields and depending on the initial gas composition, nitrogen oxides are either oxidized or reduced. In order to increase the gas reactivity, different geometric configurations of the reactors have been optimized and implemented. The optimization of each configuration is based on calculations of the electrostatic field, for which the amplitude of applied voltage was kept lower than 20 kV. Some of the reactors were constructed with dielectric barriers with varying arrangements, sizes, and materials. To evaluate reactor treatment efficiency of nitrogen oxides, a specialized experimental bench was constructed. Different voltage sources were tested, and the discharge was analyzed via voltage and current measurements. The experiments showed that 80 % of the nitrogen oxides in nitrogen could be reduced usinga wire-cylinder configuration with a suitable intermediate frequency AC voltage source

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Tezenas, du Montcel Benoît. "Étude expérimentale et modélisation d’un plasma de vapeurs métalliques dans une ampoule à vide pour le développement de disjoncteurs Haute-Tension." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0110.

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Abstract:

Dans le cadre d’un projet étudiant la possibilité de remplacer le SF6 par du vide comme milieu de coupure dans les disjoncteurs Haute-Tension, un travail ayant pour objet d’acquérir une meilleure compréhension du comportement d’un arc de vapeurs métalliques à grandes distances inter-électrodes (> 10 mm) et contrôlé par un champ magnétique axial (AMF) a été entrepris. Ce travail a premièrement donné lieu à l’élaboration d’une expérience au cours de laquelle des arcs, créés entre deux contacts en CuCr25 fixes, ont été visualisés par vidéo rapide dans une maquette démontable d’ampoule à vide. Différents types de régime d’arc ont été observés. En outre, à l’aide d’une méthode numérique de détection des spots cathodiques, nous avons pu étudier l’évolution de la distribution spatiale des spots cathodiques, mesurer l’intensité moyenne du courant porté par un spot et déterminer le profil radial moyen de la densité de courant cathodique. Cette thèse a aussi eu pour objet le développement d’un modèle magnétohydrodynamique à 2 fluides, 2D-axysimétrique et quasi-stationnaire, de la zone d’écoulement hydrodynamique de l’arc, permettant de traiter le cas des régimes d’arc diffus supersonique et diffus subsonique. Ce modèle a permis d’étudier le comportement du plasma d’arc en fonction des intensités du courant d’arc et de l’AMF et de la distance inter-électrodes
In the frame of a project investigating the possibility to replace SF6 by vacuum as a breaking medium in High-Voltage circuit breakers, a study that focusses on acquiring a better understanding of the behavior of a metal vapor arc at long contact gap (> 10 mm) and controlled by an axial magnetic field (AMF) has been undertaken. The study involves first the building of an experimental setup where arcs, created between two fixed CuCr25 contacts, were visualized using a high-speed camera in a vacuum demountable chamber. Various types of arc regime have been observed. Moreover, by means of a numerical method of detection of the cathode spots, we were able to study the evolution of the spatial distribution of the cathode spots, to measure the average current carried by a spot and to determine the average radial profile of the current density at the cathode surface. This study had also for object the development of a 2D-axisymetric and quasi-steady magnetohydrodynamic model of the hydrodynamic flow region of the arc based on a two-fluid approach. The model allows to simulate the supersonic and the subsonic diffuse arc regimes. It is used to study the arc behavior as a function of to the arc current, the AMF intensity and the contact gap

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El, Makoudi Ikram. "Étude et fabrication de transistors à enrichissement de la filière InAlAs/InGaAs pour applications millimétriques faible bruit." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10069/document.

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Abstract:

Pour les applications électroniques analogiques, des composants fonctionnant en hautes fréquences avec un faible niveau de bruit sont nécessaires. Pour le développement de circuits numériques hauts débits de type DCFL, il faut utiliser des transistors à effet de champ à tensions de seuil positives. De plus, la tenue en tension est aussi une contrainte. La structure HEMT métamorphique à enrichissement AlInAs/GaInAs sur GaAs développée par la société OMMIC en 2007 répond à ces exigences et constitue le point de départ de cette étude. Le but de cette thèse est en effet de fournir une structure de HEMTs à enrichissement (E-HEMTs) de la filière AlInAs/InGaAs pour applications faible bruit sur substrat InP, afin de tirer profit de sa forte mobilité électronique, tout en maintenant de bonnes caractéristiques statiques et dynamiques. Notre travail d’optimisation, de réalisation et de caractérisation de structures permet d’atteindre des fréquences de coupure FT, FMAX de respectivement 204 GHz et 327 GHz, pour un NFmin de 0.96 dB et un gain associé de 13.2 dB à 30 GHz, pour des structures présentant d’excellentes performances statiques : tension de seuil positive de 30 mV, tension de claquage grille - drain de –7 V, transconductance de 1040 mS/mm. Ces résultats placent ce HEMT sur InP à l’état de l’art des transistors HEMTs à enrichissement, et en font un concurrent des transistors HEMTs à déplétion pour les applications faible bruit
The increasing needs of high frequency electronic systems combined with constant efforts in miniaturization require low noise and high frequency Field Effect Transistor with high operation voltage. For digital applications, enhancement mode HEMT is needed. The enhancement-mode metamorphic AlInAs/GaInAs HEMT on GaAs substrate developed in OMMIC in 2007 meet these requirements and it represents the starting point of our study. The aim of our work is to provide AlInAs/InGaAs E-HEMTs for low noise applications, on InP substrate in order to take advantage of its high electronic mobility, while maintaining high static and dynamic performances. We first optimized the structure, then we realized and characterized E-HEMTs which reach high cutoff frequencies, such as 204 GHz for FT and 327 GHz for FMAX, combined with a low noise figure of 0.96 dB and an associated gain of 13.2 dB at 30 GHz. These structures also show high static performances such as a 30 mV threshold voltage, a gate-to-drain breakdown voltage of –7 V, and a high transconductance of 1040 mS/mm. These results make this pseudomorphic E-HEMT on InP substrate at the state of the art of the enhancement mode HEMTs, and it even competes with the best low noise applications depletion mode HEMTs

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Benbakhti, Brahim. "Analyses physique et thermique de transistors à effet de champ de la filière GaN : optimisation de structures pour l'amplification de puisssance hyperfréquence." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2006/50376_2006_294.pdf.

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Abstract:

Les performances en puissance hyperfréquence des composants à base de nitrures sont fortement affectées par certains phénomènes physiques. La thermique, le claquage et la présence de pièges constituent les principales causes limitatives de ces composants. L'augmentation de la température altère les propriétés de transport dans le matériau et par conséquent, réduit ses performances électriques et hyperfréquences. Dans le cadre de composants de cette filière ce phénomène est particulièrement important compte tenu des puissances mise en Jeu. Le GaN est un semiconducteur III - V à grand gap dont la tension de claquage intrinsèque est très élevée. Les composants de type HEMT peuvent donc fonctionner à des tensions élevées mais la répartition du champ électrique constitue une limitation qui peut être améliorer grâce à des topologies particulières. Ce travail est consacré à l'analyse physique et thermique ainsi qu'à l'optimisation des différentes topologies de composants à base de GaN. Une attention particulière a été apportée, au niveau de la modélisation, entre le couplage physique-thermique. Cette étude permet de quantifier les performances en puissance et en fréquence de ces structures afin d'en déterminer les limites et de repousser ces dernières par le choix de la structure et/ou par un management thermique judicieux. Quant aux limites en tension, elles peuvent être améliorées par l'ajout d'une électrode de champ adéquate (Field-Plate) avec un design très réaliste du transistor HEMT. Cette étude a permis d'expliquer quantitativement le phénomène de saturation du courant entre deux contacts ohmiques. Quant aux résultas relatifs à l'optimisation des structures FieldPlate, ils sont en parfaite adéquation avec le comportement électrique observé expérimentalement. Les modèles physique développés s'avèrent être des outils de prédiction extrêmement utile pour les technologues et permettent une compréhension rigoureuse des phénomènes physiques observés.

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Gros, Cécile. "Extraction aqueuse et athermique de l'huile de lin assistée par décharges électriques de haute tension." Compiègne, 2005. http://www.theses.fr/2005COMP1564.

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Abstract:

La réduction de l'émission de polluants dans l'environnement passe par la substitution des lubrifiants pétroliers par des biolubrifiants. Le but est de proposer un procédé d'extraction d'huile efficace, sans solvant organique et athermique. L'étude du broyage et de la maturité des graines sur le pressage a conduit à un rendement de 70%. Nous avons mis en lumière le verrou technologique que représente le mucilage (mélange de polysaccharides). Pour son extraction, une solution originale basée sur l'application de Décharges Electriques de Haute Tension (DEHT) dans l'eau est proposée et appliquée au tourteau obtenu à l'issue du pressage. L'optimisation de l'extraction aqueuse par DEHT (pH, température, ratio eau/tourteau, nombre d'impulsions) permet d'atteindre des rendements de 80 à 98%. En conclusion, le procédé proposé se compose des étapes suivantes: un broyage, un pressage, un blutage, deux traitements par décharge électrique suivis d'une centrifugation
The reduction of pollutants emission in the environment involves the substitution of mineral lubricants by biolubricants. Our goal is to propose an efficient oil extraction process without organic solvent and heating. The study of crushing and maturity of seeds on expression allows to achieve a yield of 70%. We clarified the technological boIt that the mucilage (mixture of polysaccharides) represents. For its extraction, an original solution based on application of High Voltage Electrical Discharges (HVED) in water is proposed and applied to the oil cake obtained after expression. The optimization of aqueous extraction enhanced by DEHT (pH, temperature, ratio eau/tourteau, number of impulsions) allows to reach yields from 80 to 98%. Ln conclusion, the new process is composed of the following stages : crushing, expression, crushing and two HVED treatments follow-ups by centrifugation

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Beauguitte, Dimitri. "Étude du vieillissement électrique du polyéthylène téréphtalate pour applications haute tension." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20189.

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Abstract:

Dans la plupart des disjoncteurs haute tension à isolation gazeuse (DIG), les conducteurs électriques sont maintenus par des supports isolants à base de résine époxyde. En raison de problèmes à la fois économiques et écologiques (recyclage difficile), ces matériaux tendent à être remplacés par des polymères thermoplastiques. Ce travail porte sur l'analyse des propriétés diélectriques et du comportement du polyéthylène téréphtalate, censé remplacer les époxydes dans les DIG et dans d'autres applications haute tension. Les différentes propriétés diélectriques du PET en couches épaisses à l'état initial (rigidité diélectrique, résistivité, constante diélectrique, facteur de pertes, tenue aux décharges partielles, propriétés de conduction) sont déterminées et étudiées à différentes températures. Dans le but d'appréhender les limites d'utilisation du matériau et son comportement dans le temps, une étude de vieillissement électrothermique accéléré sous fort champ alternatif (50 Hz) est présentée
In most high voltage gas insulated switchgears (GIS), electrical conductors are maintained by insulating materials based on epoxy resin. Due to economical and environmental problems (difficulties to recycle), these materials are subject to be replaced by thermoplastic polymers. This study focuses on the analysis of dielectric properties and behaviour of polyethylene terephtalate, intended to be used in GIS and other high voltage applications. Several properties of thick PET layers at initial state (breakdown strength, resistivity, dielectric constant, loss factor, resistance to partial discharges, conduction properties) are studied at different temperatures. An accelerated electrothermal ageing study undertaken under ac field (50 Hz) is presented in order to approach the limits of use of the materials and to evaluate its long term behaviour

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Risaletto, Damien. "Caractérisation électrique en commutation de diodes haute tension en carbure de silicium." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0026/these.pdf.

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Abstract:

Les systèmes intégrés de puissance sont de plus en plus utilisés. Cette technologie rend coûteux le prototypage itératif, c'est pourquoi il est nécessaire de recourir à la simulation des convertisseurs. Pour cela il est nécessaire de modéliser les composants du système. Dans le cadre du GdR "Intégration des systèmes de Puissance à 3 Dimensions", le laboratoire AMPERE a réalisé des diodes PIN en SiC de calibre 4,8kV. La caractérisation statique et en commutation de ces diodes permet de connaître leurs performances et extraire les paramètres technologiques utilisés dans leur modèle : WB, ND, τ et A. La caractérisation électrique utilise des circuits de commutation adaptés aux performances exceptionnelles des diodes SiC (haute tension, rapide). Le dimensionnement et la modélisation des cicruits, ainsi que l'extraction des paramètres sont développés dans la thèse. La validation des paramètres est effectuée dans un circuit original, un circuit de commutation résistive, spécialement développé pour ce type de diodes. Les mesures et les simulations sont suffisamment proches pour valider la procédure de caractérisation et le modèle de la diode. Avec l'obtention du modèle de la diode SiC, il devient possible de simuler son fonctionnement dans un convertisseur
The integrated power systems are more and more used. These technology prototypes are very expensive; this is why converter simulation is necessary. So it’s necessary to model all the components of the system. For the research group “ISP3D”, the laboratory AMPERE has realized 4,8 kV silicon carbide diodes. The static and switching characterization of these diodes provide their performances and enable to extract the technological parameters used by their model : WB, ND, τ and A. The SiC diodes are characterized using a new switching circuit specifically designed for the exceptional performances of these devices. The design and modeling of the circuits, thus the extraction parameters are presented in the thesis. The parameters validation is realized in a resistive switching circuit, specifically developed for this type of diodes in this thesis. The experiments and simulations are in a sufficiently good agreement to validate the characterization process and the diode model. Once the SiC diode model obtained, it becomes possible to simulate the operation of a converter including SiC devices

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Arnaud, Agnes. "Etude des dispositifs électroluminescents à fort champ électrique pour la détection de tension." Grenoble INPG, 2002. http://www.theses.fr/2002INPG0108.

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Huang, Runhua. "Conception, suivi de fabrication et caractérisation électrique de composants haute tension en SiC." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00708553.

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Abstract:

Les composants actifs en électronique de puissance sont principalement à base de Silicium. Or, le silicium a des limites en termes de température d'utilisation, fréquence de commutation et de tenue en tension. Une alternative au Si peut être les semi-conducteurs à grand gap tels que le SiC-4H. Grâce aux travaux de plusieurs équipes de chercheurs dans le monde, les performances s'améliorent d'année en année. Le laboratoire AMPERE conçoit, réalise et caractérise des composants de puissance en SiC-4 H. Cette thèse s'inscrit dans les projets SiCHT2 et VHVD du laboratoire. Le travail réalisé au cours de cette thèse repose sur la conception la fabrication et la caractérisation électrique de composantes haute tension en SiC-4H. Les paramètres de protection pour la diode bipolaire 6500V sont optimisés à l'aide des simulations à base d'éléments finis. Les paramètres du SiC pour les modèles utilisés pour la simulation sont développés par des travaux précédents. Ensuite, le masque est dessiné. La diode est réalisée chez IBS. La première caractérisation est effectuée avant le recuit post-métallisation en directe et inverse sans passivation finale. Après le recuit post-métallisation la résistance de contact est plus faible. La caractérisation de la tenue en tension a été effectuée à AMPERE puis à l'ISL à très haute tension. A l'aide de simulations à base d'éléments finis, les paramètres tels que la résistance de contact et la durée de vie des porteurs ont été affinés à partir des caractérisations électriques obtenues par l'expérience. Les autres travaux portent sur la conception, les optimisations et les fabrications des diodes 10 kV et transistors 6500 V.

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Serbia, Nicola. "Convertisseurs modulaires multiniveaux pour le transport d'énergie électrique en courant continu haute tension." Thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://www.theses.fr/2014INPT0007/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration entre le LAboratoire PLAsma et Conversion d’Énergie (LAPLACE), Université de Toulouse, et la Seconde Université de Naples (SUN). Ce travail a reçu le soutien de la société Rongxin Power Electronics (Chine) et traite de l’utilisation des convertisseurs multi-niveaux pour le transport d’énergie électrique en courant continu Haute Tension (HVDC). Depuis plus d’un siècle, la génération, la transmission, la distribution et l’utilisation de l’énergie électrique sont principalement basées sur des systèmes alternatifs. Les systèmes HVDC ont été envisagés pour des raisons techniques et économiques dès les années 60. Aujourd’hui il est unanimement reconnu que ces systèmes de transport d’électricité sont plus appropriés pour les lignes aériennes au-delà de 800 km de long. Cette distance limite de rentabilité diminue à 50 km pour les liaisons enterrées ou sous-marines. Les liaisons HVDC constituent un élément clé du développement de l’énergie électrique verte pour le XXIème siècle. En raison des limitations en courant des semi-conducteurs et des câbles électriques, les applications à forte puissance nécessitent l’utilisation de convertisseurs haute tension (jusqu’à 500 kV). Grâce au développement de composants semi-conducteurs haute tension et aux architectures multicellulaires, il est désormais possible de réaliser des convertisseurs AC/DC d’une puissance allant jusqu’au GW. Les convertisseurs multi-niveaux permettent de travailler en haute tension tout en délivrant une tension quasi-sinusoïdale. Les topologies multi-niveaux classiques de type NPC ou « Flying Capacitor » ont été introduites dans les années 1990 et sont aujourd’hui couramment utilisées dans les applications de moyenne puissance comme les systèmes de traction. Dans le domaine des convertisseurs AC/DC haute tension, la topologie MMC (Modular Multilevel Converter), proposée par le professeur R. Marquardt (Université de Munich, Allemagne) il y a dix ans, semble particulièrement intéressante pour les liaisons HVDC. Sur le principe d’une architecture de type MMC, le travail de cette thèse propose différentes topologies de blocs élémentaires permettant de rendre le convertisseur AC/DC haute tension plus flexible du point de vue des réversibilités en courant et en tension. Ce document est organisé de la manière suivante. Les systèmes HVDC actuellement utilisés sont tout d’abord présentés. Les configurations conventionnelles des convertisseurs de type onduleur de tension (VSCs) ou de type onduleur de courant (CSCs) sont introduites et les topologies pour les systèmes VSC sont ensuite plus particulièrement analysées. Le principe de fonctionnement de la topologie MMC est ensuite présenté et le dimensionnement des éléments réactifs est développé en considérant une commande en boucle ouverte puis une commande en boucle fermée. Plusieurs topologies de cellules élémentaires sont proposées afin d’offrir différentes possibilités de réversibilité du courant ou de la tension du côté continu. Afin de comparer ces structures, une approche analytique de l’estimation des pertes est développée. [...]
This work was performed in the frame of collaboration between the Laboratory on Plasma and Energy Conversion (LAPLACE), University of Toulouse, and the Second University of Naples (SUN). This work was supported by Rongxin Power Electronic Company (China) and concerns the use of multilevel converters in High Voltage Direct Current (HVDC) transmission. For more than one hundred years, the generation, the transmission, distribution and uses of electrical energy were principally based on AC systems. HVDC systems were considered some 50 years ago for technical and economic reasons. Nowadays, it is well known that HVDC is more convenient than AC for overhead transmission lines from 800 - 1000 km long. This break-even distance decreases up to 50 km for underground or submarine cables. Over the twenty-first century, HVDC transmissions will be a key point in green electric energy development. Due to the limitation in current capability of semiconductors and electrical cables, high power applications require high voltage converters. Thanks to the development of high voltage semiconductor devices, it is now possible to achieve high power converters for AC/DC conversion in the GW power range. For several years, multilevel voltage source converters allow working at high voltage level and draw a quasi-sinusoidal voltage waveform. Classical multilevel topologies such as NPC and Flying Capacitor VSIs were introduced twenty years ago and are nowadays widely used in Medium Power applications such as traction drives. In the scope of High Voltage AC/DC converters, the Modular Multilevel Converter (MMC), proposed ten years ago by Professor R. Marquardt from the University of Munich (Germany), appeared particularly interesting for HVDC transmissions. On the base of the MMC principle, this thesis considers different topologies of elementary cells which make the High Voltage AC/DC converter more flexible and easy suitable respect to different voltage and current levels. The document is organized as follow. Firstly, HVDC power systems are introduced. Conventional configurations of Current Source Converters (CSCs) and Voltage Source Converters (VSCs) are shown. The most attractive topologies for VSC-HVDC systems are analyzed. The operating principle of the MMC is presented and the sizing of reactive devices is developed by considering an open loop and a closed loop control. Different topologies of elementary cells offer various properties in current or voltage reversibility on the DC side. To compare the different topologies, an analytical approach on the power losses evaluation is achieved which made the calculation very fast and direct. A HVDC link to connect an off-shore wind farm platform is considered as a case study. The nominal power level is 100 MW with a DC voltage of 160 kV. The MMC is rated considering press-packed IGBT and IGCT devices. Simulations validate the calculations and also allow analyzing fault conditions. The study is carried out by considering a classical PWM control with an interleaving of the cells. In order to validate calculation and the simulation results, a 10kW three-phase prototype was built. It includes 18 commutation cells and its control system is based on a DSP-FGPA platform

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Brisset, Alexandra. "Physique des décharges nanosecondes diffuses générées sous champs électriques extrêmes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS456.

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Abstract:

Les plasmas non-thermiques à haute pression sont très étudiés pour comprendre en détails les mécanismes de développement des décharges qui les créent et les processus cinétiques induits. Ils activent une chimie hors-équilibre spécifique très intéressante pour de nombreuses applications. De fortes concentrations d'espèces très réactives sont ainsi générées avec un coup énergétique relativement faible. A pression atmosphérique, la décharge est généralement filamentaire et instable. Ces dernières années, des études ont mis en évidence de nouveaux types de décharges stables et diffuses, au sens de l'extension spatiale de la décharge qui peut s'étendre sur des échelles centimétriques. Ces décharges sont très intéressantes car elles combinent à la fois un important volume plasmagène, et des champs électriques très élevés. Cependant, la physique de ces décharges est mal connue.Les travaux menés dans cette thèse aborderont tout d'abord des mécanismes physiques de déclenchement de la décharge. Différents régimes de décharge seront présentés par des mesures d’imagerie rapide et par l'étude des signaux électriques. En particulier ils détermineront l'influence de la tension sur les vitesses de propagation et les profils d'intensité lumineuse. Nous mesurerons ensuite la distribution spatio-temporelle du champ électrique et étudierons ces spécificités. Puis nous étudierons comment l'énergie injectée participe à la réactivité chimique de la décharge. Notamment, la température et les densités absolues d’espèces réactives majoritaires (O, O3, N2(B,C)) sont mesurées. Enfin, nous nous intéresserons aux mécanismes de relaxation énergétique en post-décharge. De nombreux diagnostics, souvent complémentaires, permettront de lier la succession des processus physico-chimiques au cours du développement temporel de la décharge depuis son déclenchement jusqu'à sa relaxation complète
Non-thermal high-pressure plasmas are extensively studied to understand in detail the development mechanisms of the discharges that create them and the kinetic processes induced. They activate a specific non-equilibrium chemistry that is very interesting for many applications. High concentrations of highly reactive species are thus generated with a relatively low energy consumption. At atmospheric pressure, the discharge is generally filamentary and unstable. In recent years, studies have identified new types of stable and diffuse discharges, in the sense of the spatial extension which can extend over centimetre scales. These discharges are very interesting because they combine both a large plasma volume and very high electric fields. However, the physics of these discharges is not well known.The work carried out in this thesis will addressfirst of all, physical mechanisms of triggering of the discharge. Different discharge regimes will be presented through rapid imaging measurements and the study of electrical signals. In particular, they will determine the influence of voltage on propagation rates and light intensity profiles. We will then measure the spatial and temporal distribution of the electric field and study its specificities. Then we will study how the injected energy contributes to the chemical reactivity of the discharge. In particular, the temperature and absolute densities of the majority of reactive species (O, O3, N2(B,C)) are measured. Finally, we will look at the mechanisms of energetic relaxation in post-discharge. Many diagnostics, often complementary, will make it possible to link the succession of physico-chemical processes during the temporal development of the discharge from its initiation to its complete relaxation

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Randrianarivao, Dannet. "Modélisation des écoulements dans un disjoncteur haute tension." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1781/.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude théorique du comportement du plasma dans un disjoncteur haute tension (DHT) pendant la phase de fort courant jusqu'au passage par zéro du courant alternatif. La pression de remplissage initiale est de 6 bars et l'intensité maximale de 57 kA. L'étude est principalement orientée sur l'influence de l'ablation des parois en téflon (C2F4) et sur la montée en pression dans les volumes d'expansion thermique. Une bonne description de cette montée en pression est indispensable car elle conditionne le soufflage de l'arc et le recouvrement diélectrique lors du passage par zéro du courant. Un modèle magnétohydrodynamique transitoire basé sur la méthode des volumes finis a été développé à partir du code commercial ArobaseFluent complété par de nombreux modules spécifiques à la description du plasma en présence de l'arc électrique. Le modèle prend en compte la description du plasma en écoulement en considérant : l'effet Joule, les forces de Lorentz ainsi que les phénomènes de turbulence et l'ablation des tuyères. Afin de pouvoir quantifier le flux d'énergie déposé par rayonnement à la paroi, différents modèles ont été implantés et appliqués tels que les modèles P-1 et DOM. Finalement un modèle hybride alliant les avantages de chacun d'eux est proposé après validation. Dans un premier temps, quelques notions générales sur les DHT sont données. Nous présentons ensuite la mise en place du modèle avec les différents modules implantés. Les résultats théoriques relatifs à la montée en pression sont comparés avec des résultats expérimentaux. La masse ablatée, ramenée à l'énergie fournie, est aussi comparée et validée avec les résultats expérimentaux. Cette masse ablatée conduit à une déformation de la géométrie que nous prenons en compte. Nous étudions l'influence du changement de la géométrie sur la montée en pression et donc sur la capacité du disjoncteur à bien fonctionner suivant le nombre des tirs. Finalement revenant sur un acquis de la communauté, une explication sur les mécanismes conduisant à la montée en pression dans les volumes de chauffage est avancée
This work deals with the theoretical study of plasma behavior in high voltage circuit breaker (HVCB) during the high current to the zero crossing of the alternating current. The initial pressure is 6 bars and the maximum intensity is 57 kA. The study was mainly focused on the influence of ablation of the Teflon walls (C2F4) and the pressure increase in the thermal expansion volume. A good description of this pressure rise is essential because it affects the blowing of the arc and dielectric covering at the zero crossing of the current. Magneto hydrodynamic transient model based on finite volume method has been developed using the commercial code Fluent Arobase complemented by numerous modules which are specific to the description of the plasma in the presence of the electric arc. The model takes into account the description of the plasma flow by considering: the Joule effect, the Lorentz forces, the turbulence phenomena and the ablation of nozzles. In order to quantify the radiative flux deposited to the wall, different models such as the P-1 and the DOM approaches have been implemented and applied. Finally, a hybrid model which is benefiting from the advantages of both models is proposed after validation. At first, some backgrounds on HVCB are given. We then present the implementation of the model with different installed modules. The theoretical results related to the pressure rise are compared with experimental results. The ablated mass, corresponding to the deposited energy to the wall, is also compared and validated with experimental results. This ablated mass leads to a geometry deformation that we have also taken into account. We study the influence of the geometry deformation on the pressure rise and therefore the life span of the circuit breaker. Finally, an explanation of the mechanisms leading to the pressure increase in the heating volume is proposed

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Leirens, Sylvain. "Approche hybride pour la commande prédictive en tension d'un réseau d'énergie électrique." Rennes 1, 2005. http://www.theses.fr/2005REN1S130.

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Abstract:

Dans le cadre d'une approche quasi-statique pour les réseaux électriques, des modèles dynamiques non-linéaires permettent de reproduire des phénomènes tels que des écroulements de tension. La présence de variables à valeurs continues et discrètes dans les équations confèrent aux modèles un caractère hybride qui doit être pris en compte dans les méthodes. Pour une approche hybride des réseaux électriques, nous avons proposé une méthode de commande prédictive hybride basée sur un modèle de prédiction affine par morceaux (PWA) qui permet de prévoir le comportement du système dans un futur proche afin de choisir la meilleure action à mener (au sens d'un critère donné). Le modèle de prédiction est obtenu en procédant à une linéarisation formelle des équations non-linéaires. Le caractère hybride se retrouve dans le problème d'optimisation associé à la commande prédictive et nous avons proposé un algorithme d'optimisation mixte par énumération partielle dédié à la commande prédictive des systèmes de la classe PWA. Des résultats ont été obtenus et présentés pour deux réseaux d'études à 4 et 9 nœuds.

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Chevrier, Pierre. "Simulation numérique de l'interaction arc électrique - écoulements gazeux dans les disjoncteurs moyenne et haute tension." Grenoble INPG, 1990. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00337263/.

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Abstract:

On simule l'écoulement de gaz avec arc électrique au moment d'une interruption du courant dans un disjoncteur haute ou moyenne tension. Les équations de Navier Stokes compressible sont résolues pour un gaz réel non visqueux. L'arc électrique est du gaz chaud et conducteur. Le rayonnement est pris en compte. L'équation d'état et les propriétés du gaz sont tabulées. On présente une analyse du problème physique et des équations a résoudre. Deux modélisations numériques monodimensionnelles, par une methode d'éléments finis (avec upwind et capture de choc) et par une methode a pas fractionnaires séparant le traitement des phénomènes de diffusion et de convection, ont été implémentées. Elles ont permis d'affiner le modèle et de mettre en évidence l'importance du rayonnement. La dernière partie est relative au développement d'un code de calcul industriel 2 d plan ou axisymetrique. Seule la methode a pas fractionnaires a été implémentée. Le code permet de résoudre le problème sur des maillages non structures et mobiles. Des tests numériques valident les schémas mis en œuvre

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Hund-Huart, Muriel. "Étude des transferts interfaciaux en extraction liquide-liquide sous champ électrique." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 1988. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845221.

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Abstract:

L'application d'un champ électrique en extraction liquide-liquide permet de modifier les transferts interfaciaux. Une cellule à interface plane est utilisée pour l'étude des transferts sous champ électrique pour trois systèmes ternaires. Deux phénomènes sont mis en évidence: - un effet électrostatique (orientation de molécules) qui augmente ou diminue le transfert selon la polarité de la tension, - un effet électrohydrodynamique (modification de la tension interfaciale) qui améliore toujours le transfert Pour les systèmes étudiés, les espèces transférées sont principalement des molécules, et non des ions. Les variations de tension interfaciale observées sont proportionnelles au carré de la tension appliquée. Un contacteur à électrodes externes est utilisé pour l'étude de gouttes soumises à des oscillations forcées, dans le cas de l'extraction de l'acide acétique. Un champ pulsé, de fréquence égale à la fréquence naturelle de résonance des gouttes, provoque une diminution de la vitesse de chute et une augmentation du coefficient de transfert. Ces modifications sont d'autant plus importantes que les gouttes sont petites. Une des interprétations avancées s'appuie sur l'augmentation des turbulences interfaciales.

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Hund-Huart, Muriel. "Etude des transferts interfaciaux en extraction liquide-liquide sous champ électrique." Paris, ENMP, 1988. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845221.

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Abstract:

L'étude expérimentale du transfert de matière est réalisée pour 3 systèmes ternaires mettant en jeu principalement des molécules plutôt que des ions. Deux phénomènes sont observés: un effet électrostatique (orientation des molécules) et un effet électrodynamique (modification de la tension interfaciale). Un contacteur à électrode externe, soumis à des oscillations forcées est utilisé pour l'extraction de l'acide acétique. Lorsque la fréquence des oscillations est égale à la fréquence de résonance naturelle des gouttes on observe une diminution de la vitesse de chute et une augmentation du coefficient de transfert. La taille des gouttes a aussi une influence.

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Kohler, Sophie. "Contribution au développement et à la dosimétrie multi-échelles de dispositifs pour l’exposition de cellules biologiques à des impulsions électriques nanosecondes et subnanosecondes de haute intensité." Limoges, 2013. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/e4cb8901-5864-474c-9cc5-9b5baced9a6a/blobholder:0/2013LIMO4021.pdf.

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Abstract:

Pour des intensités de champ électrique suffisantes, des études expérimentales réalisées in vitro ont montré que les effets biologiques des impulsions microsecondes sont localisés à la membrane externe, tandis que ceux des impulsions nanosecondes se manifestent à la fois à la membrane externe et aux membranes intracellulaires. Les mécanismes bio-physiques à l’origine des effets observés ne sont toutefois pas encore élucidés. Des études numériques ont par ailleurs suggéré qu’en diminuant la durée des impulsions au régime subnanoseconde, il deviendrait possible d’induire des effets biologiques à l’intérieur même des organelles intracellulaires. Dans cette thèse, nous proposons et étudions un système d’exposition ainsi que des techniques de dosimétrie expérimentale et numérique en vue d’explorer in vitro les effets biologiques d’intenses champs électriques pulsés nanosecondes et subnanosecondes. Nous montrons la capacité d’un générateur innovant, basé sur une structure coaxiale, à fournir les impulsions de tension requises. Nous proposons ensuite des cellules transverses électromagnétiques pour délivrer les impulsions à des cellules biologiques contenues dans une boîte en plastique. Pour la macrodosimétrie à l’intérieur des échantillons, un prototype de sonde électro-optique est caractérisé puis mis à profit. Nous montrons également que le système d’exposition étudié est adapté pour des mesures de température intracellulaire par microfluorimétrie. Enfin, nous proposons et démontrons un outil numérique pour des études dosimétriques à l’échelle atomique. La méthode développée combine des résultats de dynamique moléculaire à un code de modélisation électrostatique implémentant la méthode des différences finies en trois dimensions
For sufficiently high intensities, in vitro experimental studies have shown that the biological effects of microsecond pulses are located at the plasma membrane, while those of nanosecond pulses may as well occur at intracellular membranes. The biophysical mecanisms underlying the observed biological effects are not yet clear. In addition, numerical studies have suggested that electric pulses with subnanosecond duration may be able to trigger biological effects directly inside the intracellular organelles. In this work, we propose and study an in vitro exposure system as well as experimental and numerical dosimetry techniques with the purpose of investigating the effects of intense nanosecond and subnanosecond pulsed electric fields. We show the ability of a novel generator based on a coaxial structure to produce the expected pulses. We then propose the use of transverse electromagnetic (TEM) cells to deliver the pulses to biological cells contained in a plastic dish. An electro-optic probe is characterized and validated for macrodosimetric measurements inside the cell culture medium. We also show that the TEM cell-based setup is adapted for intracellular measurements using microfluorimetry techniques. Lastly, we report a numerical tool for dosimetric studies at atomic scale. The method that has been developed combines results of molecular dynamics simulations to a quasi-electrostatic approach using a 3D finite-difference-method code

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Tumayan, Rémi. "CEM des batteries haute tension allégées pour véhicule électrique : Caractérisation de matériaux et étude du rayonnement électromagnétique." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0049/document.

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Abstract:

Dans l’industrie automobile, le véhicule électrique séduit de plus en plus de clients. Ce qui limite sa progression dans le marché est son manque d’autonomie. Une des solutions permettant d’augmenter l’autonomie d’un véhicule est de réduire sa masse en modifiant la géométrie des pièces et les matériaux utilisés. Cependant, de tels changements peuvent avoir des impacts sur la CEM du véhicule.Les travaux de cette thèse portent sur l’étude de l’allègement du blindage des batteries de traction pour véhicule électrique du point de vue de la CEM. Plusieurs méthodes de caractérisation de matériaux sont mises en place dans ce document. Une méthode innovante reposant sur l’utilisation d’une cellule TEM ou d’une stripline a été développée durant ces travaux de thèse, elle permet de mesurer la permittivité relative complexe d’un matériau diélectrique inconnu entre 1 kHz et 1 GHz. Les propriétés électromagnétiques ainsi mesurées sont insérées dans des modèles numériques 3D. Les méthodes numériques adaptées à ce type d’étude sont les différences finies dans le domaine temporel et la méthode des moments. L’étude du rayonnement de la batterie a été effectuée grâce à une maquette à l’échelle ½ en chambre semi-anéchoïque et en chambre réverbérante à brassage de mode selon des montages normatifs. Des configurations plus complexes ont ensuite été étudiées en tenant compte de l’intégration du pack-batterie dans le véhicule
In automotive industry, electric vehicle is becoming more and more attractive for car buyers. The market penetration of electric vehicle is limited by its short range. One of the solutions to increase the range is to lower the weight of the vehicle by modifying the geometry or the material composition. Nevertheless, such changes may have consequences on the EMC of the vehicle.The work of this thesis concern the study of weight reduction of the battery shield from an EMC point of view. Several methods for materials characterization are set in this document. A method which uses a TEM cell or a stripline has been designed during this thesis to measure the complex relative permittivity of an unknown dielectric material. Then, the measured properties are inserted into numerical 3D models. The numerical techniques that fit this study are the finite differences in time domain and the method of moments. The study of radiated electromagnetic field from a battery has been performed thanks to a ½ scale model in semi anechoic chamber and mode-stirred reverberation chamber according to standard setups. More complex configurations were studied taking into account the integration of the battery-pack into the vehicle

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Alcicek, Guven. "Contribution à l'étude du vieillissement et à l'intégration des supercondensateurs dans une chaîne de propulsion électrique haute tension pour des applications véhicule électrique." Thesis, Belfort-Montbéliard, 2014. http://www.theses.fr/2014BELF0246/document.

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Abstract:

Les supercondensateurs présentent un intérêt grandissant pour des applications embarquées. De récentes études (Supercapacitors USA, 2013) montrent que leur intégration dans un véhicule hybridé électriquement peut contribuer à multiplier par deux la durée de vie des batteries. Cependant, leur vieillissement n’est pas totalement maîtrisé et suscite encore de nombreuses interrogations.L’étude menée dans le cadre de cette thèse aborde la problématique du vieillissement du supercondensateur, et sa mise en application dans une chaîne de propulsion électrique haute tension. Les travaux ont porté sur les modes de vieillissements accéléré par floating (tension et température constantes) et par cyclage (charge décharge à courant constant), et ont permis l’élaboration d’un protocole d’essai fiable et répétitif permettant de minimiser les perturbations lors des mesures en modes fréquentiel et continu dites respectivement AC et DC. Les études faites sur le vieillissement par floating ont permis non seulement d’aboutir à une estimation de la durée de vie des supercondensateurs mais aussi d’analyser certaines causes du vieillissement de ces éléments.Durant cette étude nous avons également intégré un pack de supercondensateurs dans une plateforme d’un véhicule électrique équipé d’un pack de batteries au lithium fer phosphate. Cette étude a permis de mettre expérimentalement en évidence l’apport des supercondensateurs lors de phases transitoires (accélération, freinage, sollicitations brusques) et la réduction induite des sollicitations dynamiques sur la batterie
Ultracapacitors present a growing interesting in at various the embedded applications. Recently published studies show that different integrations of ultracapacitor in the Hybrid Electric Vehicle (HEV) permits to increase the battery’s lifetime up to twice. In the meantime, the aging of ultracapacitor is not fully known and still waits many questions have to be responded.This thesis is studying the aging of the ultracapacitor and their integration in a HEV. The work focused on the accelerated aging in floating mode such as constant voltage and temperature and also in cycling mode such as charge-discharge for a constant current. This study permits us to find a reliable and a repeatable test protocol in order to minimize the noise during the measurement of a frequencial and a continuous mode. In the meantime, the floating mode allows to estimate the supercapacitors’ lifespan and also to determine some reasons of the aging.Besides, we have also included a pack of ultracapacitors in an EV platform based on a pack of lithium iron phosphate. The experimental test demonstrated clearly a contribution of the ultracapacitors during a transient phase (acceleration, braking, sudden stress) and the dynamic strain reduction on the battery

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Rebzani, Nesrine. "Etude des phénomènes électro-thermiques dans l'appareillage haute tension." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENI056/document.

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Abstract:

Après sa production dans des centrales, l'électricité est acheminée sur de longues distances à travers le réseau électrique qui comporte des appareils haute tension destinés à la protection des installations. Parmi ces dispositifs, le GIS (Gaz Insulated Switchgear), dans lequel l'isolation électrique est assurée par le gaz SF6, est très utilisé. Il est soumis à des normes de sécurité imposant, notamment, des seuils de température à ne pas dépasser durant son fonctionnement. La connaissance et la maîtrise des phénomènes électromagnétiques et thermiques à l'origine des augmentations de température dans le GIS sont des enjeux cruciaux. Elles permettent un dimensionnement plus rapide et plus précis des appareils, aboutissant à un unique essai de validation des critères fixés par les normes. Elles fourniront également des solutions visant à réduire les échauffements des GIS. Cette réduction est importante car elle permet la circulation d'un courant plus élevé dans le GIS, ce qui aboutit à une amélioration des performances de l'appareil. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse présentent une analyse des phénomènes électro-thermiques dans le GIS et plus précisément dans les jeux de barres. Ils permettent la détermination des paramètres influençant l'augmentation de température dans cette géométrie. La contribution de chaque mode de transfert de chaleur (convection, rayonnement) est estimée et discutée. Une modélisation numérique du champ de température induite par la circulation du courant dans les jeux de barres est également proposée, en tenant compte du couplage avec le champ de vitesse induit
Electricity is produced by power stations and is transported throughout the electric-power transmission at long distances with high voltage apparatus. The GIS (Gas Insulated Switchgear) is widely used switchgear. The electric insulation is ensured by the gas SF6. Security IEC norms impose temperature rises not to be exceeded during GIS operating. It is important to know and control the electromagnetic and thermal phenomenons which generate temperature rises. The switchgear design could then be faster and more precise, leading to only one successful temperature rise test. Solutions to reduce temperatures could also be found. The temperature rise reduction is crucial as it allow a higher current flowing through the GIS and an increase of its efficiency. The word achieved during this thesis presents an analysis of electro-thermal phenomenons in GIS and, more precisely, in busbars. It leads to the determination of the parameters influencing temperature rises and of the heat transfers proportion which is assessed and discussed. A numerical modelization is carried out to examine the temperature rises induced by the current flow in busbars

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Sirat, Jacques-Ariel. "Etude expérimentale de la localisation faible dans GaAs : dimensionnalité, régime haute température, et effet de champ électrique." Grenoble 1, 1986. http://www.theses.fr/1986GRE10128.

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Abstract:

Mesures de resistance continue sur gaas effectuees sous champ magnetique, champ electrique continu, en impulsions, en hyperfrequences. Quelques effets lies aux longueurs de coupures sont analyses : basse dimensionnalite, cross-over dimensionnels, taille finie du desordre. Ce dernier effet apparait dans la magnetoresistance a la limite "haute temperature" et il provoque une non-linearite en champ electriqu liee a la diffusion elastique sous champ electrique. A basse temperature, l'attenuation de la localisation par le champ electrique est essentiellement un effet thermodynamique : les electrons sont chauffes au dessus de la temperature des phonons

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Bouti, Salima. "Etude du vieillissement thermique à long terme du PET : application à l'isolation électrique dans des disjoncteurs haute tension." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL017N.

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Abstract:

Les isolateurs diélectriques utilisés dans les disjoncteurs haute tension développés par Areva, sont fabriqués à partir du PET (polyéthylène téréphtalate). Ce polymère semi-cristallin a remplacé, depuis quelques années, les résines époxy. Il a été choisi pour ses propriétés mécaniques et diélectriques, mais surtout pour sa recyclabilité. Le souci dans cette application, concerne l’évolution dans le temps de ses caractéristiques sachant les contraintes d’application. En effet, dans les conditions de travail, les isolateurs maintiennent des conducteurs électriques. Les pertes thermiques affectent certaines zones pouvant atteindre, voire dépasser, la température de transition vitreuse du matériau [70-80°C]. Par conséquence, les pièces isolatrices subissent un phénomène de vieillissement qui nécessite un suivi dans le temps afin d’étudier l’évolution de leur caractéristiques Dans ce contexte, nous avons étudié le vieillissement thermique du PET. Ainsi des échantillons ont été mis dans des étuves sous vide, chacune réglée à une température : 60, 80, 115 et 125°C pendant différentes durées (jusqu’à 12 mois de vieillissement), puis retirés et testés au fur et à mesure du vieillissement. Différentes techniques ont été employées pour analyser les propriétés du semi-cristallin en question, i.e. l’étude calorimétrique différentielle (DSC), les diffractions aux rayons X aux grands et petits angles (WAXS/SAXS). L’analyse thermomécanique (DMA) et finalement les essais de traction.Les résultats de DSC révèlent une augmentation du taux de cristallinité. Les analyses thermomécaniques ont montré une faible augmentation du module de Young qui pourrait être le résultat d’une évolution de la cristallisation. Les températures de fusion sont restées quasiment stables, par contre une augmentation des températures de transition vitreuse a été remarquée. Les analyses des spectres de diffraction aux rayons X aux grands angles, ont confirmé la croissance du taux de cristallinité. En outre les longues périodes calculées, diminuent. Nous avons ainsi vérifié l’apparition de cristallites dans phase amorphe. Par ailleurs un comportement de fragilité continue en fonction du temps et de la température du vieillissement, a été constaté. Les observations au MEB ont révélé la présence d’une importante quantité de particules supposées être des agents nucléants (talc, SiO2, MgO…)
For insulating application, AREVA has chosen PET (polyethylene terephthalate) to substitute the epoxy resin as material for insulators in High Voltage Gas Insulated Substation. The main problem of this application is the fact that in operating conditions, the temperature of the PET plates would reach even exceed its glass transition [70°C-80°C]. The material undergoes aging phenomena which affect the temperature-dependent properties. The current investigation aims at observing and analyzing the gradual evolution of the mechanical, morphological and dielectric properties during thermal aging. To reach this goal, semi crystalline PET samples have been aged under vacuum at different temperatures i.e. 60°C, 80°C, 115°C and 125°C for various periods of time (until 12 months). The characterizations have been performed using several techniques: Differential scanning calorimetric (DSC), wide and small angle X-ray scattering (WAXS/SAXS), thermo-mechanical analysis (DMA), tensile test and morphological observation.The DSC measurements show that the crystallinity ratio increases with temperature and time of aging. The glass transition has increased. However no significant changes have been seen on the melting temperature. The DMA results agree with the DSC measurement in so far as it has revealed an expected increase of the Young modulus for all the samples studied. Significant differences have been observed using X-ray scattering: while the crystallinity ratio did increase, the long period has decreased specially for the case of aging at 115 and 125°C. The DMA measurements showed an almost stable glass transition around 80°C but an increase for samples aged at 125°C. When the samples have been subjected to the tensile test, a significant brittleness rise has been noticed. In addition, the SEM has revealed the presence of important amount of nucleant agent (talc, SiO2, MgO …)

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Jaffré, Yoann-Nicolas. "Optimisation de réacteurs à plasmas non-thermiques pour le traitement des oxydes d'azote." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567149.

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Abstract:

Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d'azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en oeuvre d'une de ces solutions par l'utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d'échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l'influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d'azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L'optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l'amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d'une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d'azote. Différentes sources de tension ont été testées. L'analyse des décharges s'appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d'azote dans du diazote est proche de 80 %.

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Steckler, Pierre-Baptiste. "Contribution à la conversion AC/DC en Haute Tension." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI075.

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Abstract:

Le courant alternatif (AC) se prêtant bien à la majorité des problématiques de production, de transport et de distribution de l'électricité, on comprend qu'il soit massivement utilisé. Cependant, depuis plus d'un siècle, les bénéfices du courant continu haute tension (HVDC, pour High Voltage Direct Current) pour les longues distances sont bien connus. Aux interfaces, des convertisseurs AC/DC sont requis, leur composition évoluant au fil des avancées technologiques. Après avoir présenté les spécificités du HVDC et les contraintes qu'il introduit sur les convertisseurs AC/DC, ce manuscrit se focalise sur trois topologies : Modular Multilevel Converter (MMC), Alternate Arm Converter (AAC) et Series Bridge Converter (SBC). Elles sont présentées, dimensionnées et analysées en détail, puis comparées de façon quantitative en utilisant des indicateurs de performance originaux. Il en ressort que le MMC et le SBC sont particulièrement intéressants. La méthode de commande conventionnelle du MMC est ensuite présentée et ses propriétés structurelles sont mises en évidence. Une première loi de commande originale est présentée, avec des performances similaires mais une complexité inférieure à l'état de l'art. La seconde est non linéaire, basée sur la théorie de la platitude différentielle, et permet un suivi de puissance très rapide tout en assurant la stabilité exponentielle globale du système. Ces lois de commande sont évaluées en simulation, avec un modèle moyen et un modèle détaillé intégrant 180 sous-modules par bras. La dernière partie concerne le SBC. Après l'avoir modélisé, des résultats concernant une analyse structurelle de la topologie sont présentés ainsi qu'une loi de commande originale. Le rôle fondamental du transformateur pour les convertisseurs à structure série comme le SBC est souligné. Enfin, les performances de la loi de commande proposée sont testées en simulation
As Alternating Current (AC) is well suited for most of the production, transmission, and distribution applications, its massive use is easy to understand. However, for over a century, the benefits of High Voltage Direct Current (HVDC) for long-distance energy transmission are well known. To connect both, AC/DC converters are mandatory, whose nature evolves with technological progress. After the problematic induced by HVDC on AC/DC converters is presented, this manuscript is focused on three topologies: Modular Multilevel Converter (MMC), Alternate Arm Converter (AAC) and Series Bridge Converter (SBC). They are presented, sized, analyzed thoroughly, and compared in quantitative terms, using original key performance indicators. It appears that MMC and SBC are particularly promising. The conventional control method of the MMC is then presented, and its structural properties are highlighted. A first original control law is presented, with similar performances but less complexity than the state-of-the-art. A second control law, non-linear and based on differential flatness theory, is introduced. It allows a very fast power tracking response while ensuring the global exponential stability of the system. These control laws are tested in simulation, using an average model and a detailed model with 180 sub-modules per arm. The last part is dedicated to the SBC. After a modeling step, some results regarding its structural analysis are presented, and an original control law is introduced. The essential role of the transformer for series converters like the SBC is highlighted. Finally, the performance of the proposed control law is assessed in simulation

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BAC, Jérôme. "Contribution à l'étude et à la réalisation de commutateurs et de générateurs haute tension transitoires." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009770.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse constitue une contribution au développement de dispositifs entrant dans le cadre de la génération de fortes puissances électriques pulsées. Le chapitre 1 est consacré à l'étude de thyristors haute tension fonctionnant en transitoires rapides. Les performances de différents types de thyristors sont analysées. Un certain nombre de commutateurs que nous avons réalisés sont présentés ainsi qu'une application relative à un électrofiltre fonctionnant sous alimentation pulsée. Le chapitre 2 analyse le fonctionnement de deux dispositifs amplificateurs de tension : le générateur de Marx et le transformateur d'impulsions. Concernant les générateurs de Marx, on analyse le rôle des éléments parasites qui contribuent à leur bon fonctionnement dans une structure classique utilisant des commutateurs à gaz et l'on propose une modification de cette structure initiale afin d'en améliorer leur déclenchement. Cette étude débouche sur les réalisations de générateurs de Marx à éclateurs à air et de générateurs de Marx à thyristors. Un transformateur d'impulsions haute tension est développé afin de résoudre un problème de reproductibilité de signaux ULB. Enfin, le chapitre 3 présente notre contribution à l'étude du générateur d'onde foudre SUPER DICOM, réalisé par THALES pour le Centre d'Essais Aéronautique de Toulouse (C.E.A.T.). Différents moyens de déclenchement des éclateurs de ce générateur sont testés et comparés. Pour terminer, une étude comparative portant sur les performances des éclateurs à air représentatifs de ceux utilisés pour ce générateur a été menée, sous tensions continue et impulsionnelle et pour deux matériaux : le laiton et le graphite.

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Wang, Wenlu. "Eco-conception des systèmes de transmission de l'énergie électrique." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00627890.

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Abstract:

Les demandes pour la préservation de l'environnement ainsi que les préoccupations pour un développement durable, ont augmenté considérablement ces dernières décennies à travers le monde. Ce souci environnemental est également présent dans l'industrie électrique et les approches d'éco-conception sont de plus en plus présentes dans la conception et la réalisation des composants et systèmes de transmission et de distribution (T & D) de l'énergie électrique. Cette étude est menée, dans le but d'analyser les impacts des systèmes de transmission de l'énergie électrique sur l'environnement, de localiser les principales sources de pollution environnementale. Les impacts environnementaux d'un cas réel du système de transmission à 765 kV AC du Venezuela sont étudies, à l'aide de l'Analyse du Cycle de Vie (ACV). Les principales sources de pollution de l'environnement du système de transmission sont localisées, qui sont les pertes d'énergie dans les lignes de transmission et les transformateurs de puissance ainsi que les émissions de SF6 des disjoncteurs. En outre, l'analyse des impacts environnementaux de l'Ultra Haute Tension (UHV) et Très Haute Tension (THT) de lignes de transmission est menée, concernant l'efficacité énergétique d'une série de lignes de transmission (500 kV AC, 765 kV AC, 1200 kV AC, ± 500 kV DC et ± 800 kV DC) et les émissions de CO2-équivalent en raison des pertes d'énergie dans les lignes de transmission ; et l'ACV d'une ligne de transmission à 1000 kV AC nouvellement construite en Chine.

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Desmars, Loriane. "Etude des propriétés électriques et thermiques de matériaux composites à matrice époxy-anhydride pour l'isolation haute tension." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI021.

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Abstract:

L’avènement des énergies renouvelables, notamment offshore, et la nécessité de transporter l’électricité sur des distances toujours plus grandes tout en réduisant les pertes en ligne requièrent la mise en place d’un nouveau réseau électrique plus performant, le supergrid. L’amélioration des sous-stations ultra haute tension en courant alternatif (UHVAC) de type poste sous enveloppe métallique (PSEM), i.e. la réduction de leur empreinte au sol ou leur montée en tension, s’inscrit parmi les défis engendrés par le développement du supergrid. L’amélioration de la tenue aux contraintes électrothermiques des isolants solides employés dans les PSEM a été identifiée comme le principal verrou technologique pour le perfectionnement de ces appareillages, déjà pleinement maîtrisés en HVAC. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été motivés par la nécessité de développer un matériau isolant électrique plus performant que les matériaux existant actuellement sur le marché. L’un des matériaux couramment employés pour la fabrication d’isolants solides pour PSEM, une matrice époxy-anhydride chargée d’alumine micrométrique, a servi de référence commerciale à notre étude. Suite à une étude bibliographique, nous avons choisi de conserver la matrice époxy du système commercial de référence et de jouer sur les charges inorganiques employées pour optimiser les propriétés du matériau isolant. Les travaux présentés mettent en évidence l’influence de la nature des charges inorganiques (alumine ou nitrure de bore hexagonal), de leur facteur de forme (quasi sphérique ou lamellaire) et de leur fraction volumique sur la conductivité thermique, le coefficient d’expansion thermique, les propriétés mécaniques dynamiques, les propriétés diélectriques, la conductivité électrique à haute tension (DC) et la rigidité diélectrique (AC) des matériaux composites. L’étude expérimentale des relations structure-propriétés est complétée par un travail de modélisation des propriétés diélectriques et de la conductivité thermique des matériaux composites
The integration of renewable energies to the power grid requires its modification in order to ensure its stability, security and efficiency. Improving ultra-high voltage alternative current (UHVAC) gas insulated substations (GIS), e.g. reducing their size or increasing their voltage, is one of the challenges induced by the development of the future power grid, the supergrid. Increasing the ability of solid insulators used in such equipment to withstand electro-thermal stress has been identified as the main obstacle to overcome. The work presented in this manuscript has been motivated by the necessity to develop more efficient electrical insulating materials compared to commercially available ones. An epoxy-anhydride matrix filled with micron sized alumina, often used to produce GIS solid insulators, has been used as a reference for this study. We decided to keep the matrix of the reference material throughout our work and to concentrate on the filler influence in order to optimize the properties of the composites. The impact of the nature of the filler (alumina or hexagonal boron nitride), its shape factor (platelets or almost spherical particles) and its volume fraction upon thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, dynamic mechanical properties, dielectric properties, high voltage direct current (DC) conductivity and AC breakdown strength have been highlighted. The experimental study of structure-property relationships is completed by dielectric properties and thermal conductivity modelling using the effective medium theory

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Chevalier, Florian. "Conception, fabrication et caractérisation de transistors à effet de champ haute tension en carbure de silicium et de leur diode associée." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01016687.

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Abstract:

Dans le contexte des transports plus électriques, les parties mécaniques tendent à être remplacées par leurs équivalents électriques plus petits. Ainsi, le composant lui-même doit supporter un environnement plus sévère et de lourdes contraintes (haute tension, haute température). Les composants silicium deviennent alors inappropriés. Depuis la commercialisation des premières diodes Schottky en 2001, le carbure de silicium est le matériau reconnu mondialement pour la fabrication de dispositifs haute tension avec une forte intégration. Sa large bande d'énergie interdite et son fort champ électrique critique permettent la conception de transistors à effet de champ avec jonction (JFET) pour les hautes tensions ainsi que les diodes associées. Les structures étudiées dépendent de nombreux paramètres, et doivent ainsi être optimisées. L'influence d'un paramètre ne pouvant être isolée, des méthodes mathématiques ont été appelées pour trouver la valeur optimale. Ceci a conduit à la mise en place d'un critère d'optimisation. Ainsi, les deux grands types de structures de JFET verticaux ont pu être analysés finement. D'une part, la recherche d'une structure atteignant les tensions les plus élevées possible a conduit à l'élaboration d'un procédé de fabrication complexe. D'autre part, un souci de simplification et de stabilisation des procédés de fabrication a permis le développement d'un composant plus simple, mais avec une limite en tension un peu plus modeste.

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Boggiano, Laurent. "Etude, conception et développement industriel d'un mesureur de bruit de fond de transistors à effet de champ, haute tension, de puissance." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20109.

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Abstract:

Cet appareillage permet de mesurer le bruit de transistors mos de puissance en regime ohmique (i#d max; 3 a; v#d#s max:15 v) ou en regime de saturation (v#d#s max:350 v, i#d max:3 ma). La polarisation du transistor est realisee par un ensemble d'alimentations faible bruit concues a partir de la mise en cascade de 3 modules de regulation. Les asservissements mis en jeu permettent de garantir un point de fonctionnement stable sans degrader les caracteristiques de bruit. Les alimentations v#d#s fort courant et haute tension presentent respectivement des tensions de bruit propre de 1,4 et 1,8 nv efficace par racine carree de hz a 31,6 hz. Le bruit du transistor est traite par une chaine de mesure de bruit composee d'un amplificateur large bande, de rejecteurs, de fibres entre 31,6 hz et 3,16 khz d'un multiplexeur et d'un convertisseur analogique-numerique. L'automatisation du mesureur est realisee par 2 microprocesseurs, l'un gerant les protocoles de polarisation, l'autre dedie a la mesure de bruit. Pour rendre convivial les relations homme-machine, le mesureur est pilote par un micro-ordinateur

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Nichele, Sylvain. "Modélisation physique et simulations numériques des écoulements dans les disjoncteurs électriques haute tension." Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10110/document.

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Abstract:

Les simulations numériques sont devenues un outil indispensable dans la conception des chambres de coupure des disjoncteurs électriques haute tension. Elles sont utilisées non seulement dans le dimensionnement des différentes pièces, mais elles fournissent également une aide précieuse dans la compréhension des phénomènes intervenant entre les deux électrodes au moment de la coupure. L’arc électrique généré entre ces deux électrodes rassemble de nombreux domaines de la physique plus ou moins complexes. Tous ces phénomènes ne sont pas encore parfaitement compris. Avec l’évolution de la puissance de calcul, ces simulations peuvent prendre en compte de plus en plus de phénomènes. Mais pour des raisons de temps de développement, la question des phénomènes à prendre en compte dans ces simulations se pose. Le but de telles simulations est de déterminer de manière rapide si une configuration est plus ou moins capable qu’une autre de couper sous une contrainte donnée. Ainsi, il est important de prendre en compte uniquement les phénomènes physiques importants et nécessaires pour avoir une réponse la plus décisive possible et la plus rapide possible, de la réussite ou non à la coupure d’une configuration testée. Dans cette thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés aux déséquilibres thermiques et chimiques qui pourraient intervenir dans les disjoncteurs électriques haute tension au moment de la coupure. En effet, pour des raisons de temps et de coût de calcul, la plupart des simulations numériques actuelles sont réalisées en faisant une hypothèse forte : l’hypothèse d’Equilibre Thermodynamique Local (ETL). Cette hypothèse consiste à considérer que dans chaque maille de notre domaine d’étude et à chaque pas de temps, on a un équilibre thermodynamique réalisé. Faire cette hypothèse nous permet d’utiliser les lois de conservation (masse, quantité de mouvement et énergie) en allégeant le problème. Mais en réalité, cette hypothèse est mise à mal dès que l’on est en présence de forts gradients de température ou de densité. Pour réaliser ces simulations, le code numérique CARBUR a été utilisé. Des modules d’arc électrique (effet Joule et rayonnement) et d’électrode mobile ont été implémentés afin de pouvoir simuler au mieux le comportement du gaz présent dans les disjoncteurs électriques haute tension. Six études différentes ont été réalisées et sont présentées. Ces études portent sur les influences de la forme du bout des électrodes, d’une modélisation en Navier-Stokes par rapport à une modélisation en Euler, de la nature du gaz (SF6, CO2 et N2), du déséquilibre thermique dans le cas de l’azote ou encore du positionnement des termes sources de l’arc électrique dans les différentes équations d’évolution des énergies. Dans ce travail, une étude sur différents modèles cinétiques chimiques est proposée. Dans ces modèles, 5 espèces chimiques sont présentes : N2, N, N+, N2+ et e-. En ce qui concerne la température, on en distingue 4 : T, TVib-N2, TVib-N2+ et Te
The numerical simulations are become a very important tool to design the high voltage circuit breaker (HVCB) chamber. They help for the understanding of the different phenomena which can take place between the 2 electrodes during an interruption process. The electric arc brings together many fields of physics more or less complex and many of these phenomena are still poorly studied. So many aspects remain to be explored to improve simulations. With the increase of the calculation power, these numerical simulations can take into account more phenomena. However, for reasonable simulation times, we need to know which phenomena are preponderant. The aim of these numerical simulations is to rapidly conclude on the capacity of geometry to success an interruption process compared to different other geometries, under a given stress. In this PhD dissertation, we are particularly interested on thermal and chemical non equilibrium that can occur in HVCB during an interruption process. Currently, most simulations are carried out with a strong hypothesis: the hypothesis of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE). This assumption allows us to alleviate the problem and to reduce the computing time. But this assumption becomes not valid when high temperature or density gradients occur. To do these simulations, the CARBUR numerical code has been used. In order to simulate flow behaviors in HVCB, an electrical arc (Joule effect and radiation) model and a module of mobile electrode have been added. Six different studies have been done and are presented: influence of the electrode shape, influence of the Navier-Stokes equations compared to the Euler equations, influence of the gas (SF6, CO2 et N2), influence of the thermal non equilibrium in a nitrogen case, influence of the position of the arc source terms in the different energy equations. In this work, a study on different nitrogen chemical kinetics is proposed. In these models, 5 chemical species are distinguished: N2, N, N+, N2+ and e-. Finally, 4 different temperatures are used: T, TVib-N2, TVib-N2+ and Te

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Yao, Ziwen. "Régulateur adaptatif robuste pour les liaisons de transport a courant continu en haute tension." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL051N.

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Abstract:

Cette thèse présente un ensemble de méthodes de synthèse du contrôle commande adaptatif robuste dans le domaine fréquentiel pour les liaisons de transport à courant continu en haute tension destine à améliorer la stabilité en basse fréquence du réseau. Cet ensemble de méthodes consiste en une méthode de modélisation des réseaux d'interconnexion, une méthode d'analyse de stabilité pour les réseaux d'interconnexion, une approche d'identification des réseaux électriques et une approche de synthèse du régulateur adaptatif-robuste. La méthode de simplification de modélisation des réseaux d'interconnexion est fondée sur des propriétés algébriques: l'y-symétrie et la possibilité de découplage de la matrice de caractéristiques de fréquence des réseaux. Basé sur ces propriétés et sur le critère de stabilité de Nyquist généralisé, un critère de stabilité est proposé pour les réseaux d'interconnexion. L'approche d'identification des réseaux électriques est fondée sur ces propriétés algébriques et est réalisée à l'aide de la transformation de Fourier. Afin de montrer les avantages ainsi que les inconvénients des méthodes proposées cette thèse est illustrée par différents résultats de simulation numérique. Dans ces simulations numériques sont étudiés les phénomènes d'interaction torsionnelle entre la liaison TCCHT IFA 2000 et les turboalternateurs voisins

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Gallot-lavallée, Olivier. "Etude de la charge d'espace et des phénomènes luminescents comme précurseurs du vieillissement électrique d'une résine époxy utilisée dans l'isolation haute tension." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010051.

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Abstract:

La résine époxy dont ce travail fait l'objet, trouve son application dans les transformateurs moyenne et haute tension. Sa particularité est d'être renforcée par des particules métalliques et minérales et d'être utilisée au dessus de sa température de transition vitreuse (Tg=65°C). La durée de vie de cette résine - comme celle de tout isolant organique de type polymère - peut être conditionnée par la contrainte électrique et notamment par des mécanismes de dégradation et de rupture diélectrique. En amont de cela il y a le vieillissement électrique dont aucun mécanisme physique n'est à ce jour démontré. Une hypothèse cependant est avancée : la charge d'espace et l'électroluminescence seraient des marqueurs de vieillissement électrique. Dans les termes de cette hypothèse, nous avons voulu comprendre le comportement de cette résine vis-à-vis de la charge d'espace, de l'électroluminescence, du courant, et de la photoluminescence. Nous avons notamment révélé que des phénomènes de charge d'espace et d'électroluminescence tiennent place dans cette résine époxy, avec une forte accélération des processus au-delà de 10kV/mm. Il reste à valider la phase en aval de notre modèle de vieillissement, à savoir : l'implication de la charge d'espace et de phénomènes collatéraux à l'électroluminescence dans la formation de vacuoles et/ou dans la modification critique des propriétés électriques, phénoménologie usuellement associée à la question du vieillissement électrique.

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Gallot-Lavallée, Olivier. "Etude de la charge d'espace et des phénomènes luminescents comme précurseurs du vieillissement électrique d'une résine époxy utilisée dans l'isolation haute tension." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30157.

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La résine époxy dont ce travail fait l'objet, trouve son application dans les transformateurs moyenne et haute tension. Sa particularité est d'être renforcée par des particules métalliques et minérales et d'être utilisée au dessus de sa température de transition vitreuse (Tg=65ʿC). La durée de vie de cette résine - comme celle de tout isolant organique de type polymère - peut être conditionnée par la contrainte électrique et notamment par des mécanismes de dégradation et de rupture diélectrique. En amont de cela il y a le vieillissement électrique dont aucun mécanisme physique n'est à ce jour démontré. Une hypothèse cependant est avancée : la charge d'espace et l'électroluminescence seraient des marqueurs de vieillissement électrique. Dans les termes de cette hypothèse, nous avons voulu comprendre le comportement de cette résine vis-à-vis de la charge d'espace, de l'électroluminescence, du courant, et de la photoluminescence. Nous avons notamment révélé que des phénomènes de charge d'espace et d'électroluminescence tiennent place dans cette résine époxy, avec une forte accélération des processus au-delà de 10kV/mm. Il reste à valider la phase en aval de notre modèle de vieillissement, à savoir : l'implication de la charge d'espace et de phénomènes collatéraux à l'électroluminescence dans la formation de vacuoles et/ou dans la modification critique des propriétés électriques, phénoménologie usuellement associée à la question du vieillissement électrique
The epoxy resin on which this work is based finds its application in transformers for low and high voltage. Its characteristic is to be reinforced by metal and mineral particles and to have a working temperature above its glass transition temperature (Tg=65ʿC). The life time of the resin - like that of any organic insulator of polymeric type - is conditioned by the electric stress and in particular by degradation mechanisms and dielectric breakdown. Upstream from that there is the mechanism of electric ageing on which no physical description exists to date. However, an assumption is put forward: space charge accumulation and electroluminescence would constitute markers of electric ageing. Following this assumption, we undertook to bring understanding on the behaviour of this resin with respect to space charge, electroluminescence, current and photoluminescence. We have especially revealed that electroluminescence and space charge accumulation phenomena are active in this epoxy resin, with a strong acceleration of the processes beyond 10kV/mm. The steps downstream to the ageing model remains to be validated, namely: the implication of space charge and of side phenomena to electroluminescence in the formation of voids and/or in the critical modification of electric properties, that are phenomenologies usually associated to the question of electric ageing

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Seznec, Benjamin. "Modélisation des phénomènes physiques intervenant au cours de l’émission électronique sous haute tension sous vide." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS525/document.

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Que ce soit dans l‟étude du claquage sous vide ou dans les sources d‟électrons par effet de champ, l‟émission électronique est un phénomène physique essentiel qui a lieu et devient dominante à la cathode sous haute tension. Dans le cas du claquage sous vide, la première étape de ce mécanisme est l‟émission d‟électrons au sommet de rugosités présentes sur la surface. Celles-ci peuvent être représentées sous la forme de pointes. Dans le cas des sources d‟électrons, l‟émission des électrons peut se faire au niveau d‟émetteurs qui eux aussi peuvent être décrits sous la forme de « pointes » distribués de manière ordonnée sur la surface. Un modèle numérique décrivant l‟émission thermo-ionique assistée par effet de champ a été développé dans le cas d‟une pointe axisymétrique et dont le traitement peut être réduit en 2D.Il s‟agit là d‟un problème multi-physique couplé nécessitant la résolution de problèmes de différentes natures : quantiques, électrostatique, électrocinétique et thermique. A partir de ce modèle, l‟étude de l‟émission et du claquage au sommet d‟une pointe soumise à une pulse électrique de l‟ordre de la nanoseconde a été étudiée. L‟étude de l‟émission électronique sur une cathode soumise à la haute tension et illuminé par un laser picoseconde a ensuite été faite en développant un modèle qui décrit notamment le chauffage du métal en régime hors équilibre. Enfin, dans le cas du claquage sous vide, la modélisation de l‟interaction entre des microparticules, présente dans l‟espace inter-électrodes,et de l‟émission électronique provenant du sommet d‟une rugosité a été realisée. Différents régimes de trajectoires de la microparticules ont été observée suivant le courant appliqué au sommet de la rugosité
Electron emission in vacuum from a cathode at high voltage is an important physical phenomenon for the study of vacuum breakdown or electron sources. In the vacuum breakdown, the first step of this mechanism is electron emission at the top of the microprotrusions on the surface. Microprotrusions or emitters in electron sources have the shape of a tip. A numerical model describing the thermo-field emission has been developed for a 2D axisymmetric tip. The problem is multi-physical and it is necessary to solve problems of different natures: quantum mechanics, electrostatic, electric current and thermal heating. With this model, it is possibleto study electron emission and vacuumbreakdown when nanosecond high voltage pulses are applied. Furthermore, the study of electron emission when a picosecond pulsed laser illuminates a high voltage cathode has been performed. A new model has been developped to describe the photo-electric effect and a two-temperature model has been implemented to describe the heating of the cathode in a non-equilibrium regime. Finally, the modeling of the interaction between microparticles and electron emission from microprotusions has been realised, in order to study the breakdown voltage. Different trajectories of microparticles have been identified based on the results, depending on the electron emission current

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Said, Sylvere. "Mécanisme de dégradation de films de polypropylène imprégné sous champ électrique en présence d'oxygène." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1994. http://www.theses.fr/1994GRE10047.

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Ce travail concerne le mecanisme de degradation de condensateurs moyenne tension au polypropylene impregne en presence d'oxygene. Cette etude a ete realisee sur des modeles de condensateurs en geometrie plane, avec des conditions experimentales (champ electrique alternatif compris entre 66 v/m-200 v/m, atmosphere d'oxygene, temperature de 80c) qui nous ont permis d'obtenir des resultats proches de la realite industrielle. Le vieillissement des condensateurs est essentiellement evalue par leur duree de vie et l'evolution des caracteristiques physico-chimiques du polymere et de l'impregnant. Le polymere est caracterise par sa rigidite dielectrique, ses pertes en basse tension, sa masse macromoleculaire (determinee par chromatographie sur gel), son absorption infra-rouge, sa cristallinite (mesuree par diffraction x aux grands angles) et l'observation microscopique de sa surface. Le liquide est caracterise par ses pertes dielectriques, son indice d'acidite, son absorption ultra-violette et infra-rouge. Nous montrons que la degradation du film par un mecanisme radicalaire conduit a un abaissement de sa rigidite dielectrique qui est responsable du claquage du condensateur. La presence de tetrachlorure de carbone et d'eau dans l'impregnant accelere le mecanisme de degradation du polypropylene en creant aux electrodes des especes capables d'initier une reaction radicalaire. L'acceleration de la degradation en presence d'oxygene s'explique par le schema classique de l'oxydation du film. Nous attribuons l'abaissement de la tension de claquage a la mise en solution de fragments de bas poids moleculaires. L'analyse de l'action des epoxydes sur les differentes etapes du mecanisme de degradation que nous proposons, nous permet d'ecarter son action comme antioxydant, piegeur d'acide ou encore comme reticulant du polypropylene. Pour interpreter leur action stabilisatrice dans la degradation des condensateurs, nous suggerons que les epoxydes agissent sur les especes formees aux electrodes

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Gillette, Laurane. "Système de mesure de champ électrique pour la caractérisation sans contact, vectorielle et à grande dynamique de la tension basse fréquence en environnement industriel." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT118.

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Abstract:

L’objectif de ces travaux de thèse est de faire la preuve de concept, la validation expérimentale et la réalisation de système de mesure de champ électrique pour la caractérisation de câbles monoconducteur, multiconducteurs ou d’équipements de tension basse fréquence en environnement industriel. Ces travaux répondent à des problématiques de diagnostic énergétique ou de caractérisation d'appareillage haute tension. Le système permet une mesure vectorielle, sans contact des champs rayonnés par les conducteurs afin de s’affranchir de la nécessité d’habilitation électrique (aucune ouverture d’armoire électrique) et surtout sans nécessiter l’interruption de la chaîne de production. Les mesures sont faites en temps réel et permettent d’obtenir des informations sur les tensions, les phases ou encore les positions des conducteurs au sein d’un câble. Deux technologiques différentes sont proposées afin de répondre à cette problématique. La première technologie développée est basée sur l’effet Pockels et amène à la réalisation de sonde électro-optique totalement diélectrique donc non invasive pour la mesure. Cette sonde électro-optique permet, selon la configuration, la mesure des trois composantes du champ électrique. Cette première technologique est utilisée pour les systèmes haute tension. Une deuxième technologie, électrique, permet de répondre aux attentes des industriels en termes de coût et est utilisée pour des applications basse tension, comme le diagnostic électrique des câbles de tension. Un autre aspect a été développé dans le cadre des travaux de thèse afin de proposer une mesure puissancemétrique. Une technologique qui permet la mesure de champs magnétiques pour compléter les informations relatives aux câbles ou équipements industriels a été développé. Cette mesure se fait également sans contact et permet d’obtenir des informations sur le courant et ainsi déduire des informations sur la puissance. Le système électro-optique a permis de caractériser des systèmes haute tension tels que des câbles, des isolateurs ou encore des appareillages de commutation à isolation gazeuse (GIS). Le système électrique (pince puissancemétrique) a permis la caractérisation complète de câble d'énergie: position des conducteurs, tension des conducteurs, courant, phase, détection d'harmoniques ou mesure de décharges partielles
The aim of this work is to propose the proof of concept, the experimental validation and the realization of electric field measurement system for the characterization of cables (single or multicore) or low frequency voltage equipment in industrial environment. The problematic are the energy diagnostics and high voltage device characterization. The developed system allows a conctact-less vector measurement of the fields radiated by drivers without requiring the interruption of the production chain. The measurements are made in real time and allow to obtain information about the voltage, the phase or the positions of the conductors in a cable. Two different technologies are proposed to address this problem. The first developed technology is based on the Pockels effect and leads to the realization of an electro optic probe totally dielectric and non invasive for the measurement. This electro optic probe allows, depending on the configuration, to measure the three components of the electric field. This technology is used, mainly, for high voltage applications. A second technology, based on electric sensors, is suitable for the industrial's expectations in terms of cost. It is used for low voltage applications such as electric diagnostics voltage cables. A complementary study has been developed to propose a wattmeter clamp. Thus, a technology allowing to measure the magnetic field has been implemented. This development is also contactless and provides information on the current in order deduce information on power. The electro-optical system has allowed characterization of high-voltage systems such as cables, insulators or switchgear gas-insulated (GIS). The electrical system (wattmeter clamp) offers a complete characterization of power cable: position of drivers, voltage drivers, current, phase, harmonic detection or measurement of partial discharge

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Fruchier, Olivier. "Etude du comportement de la charge d'espace dans les structures MOS : vers une analyse du champ électrique interne par la méthode de l'onde thermique." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00140084.

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Abstract:

L'isolant électrique est un élément essentiel des composants électroniques. Or, à cause des défauts présents dans l'isolant, des dysfonctionnements apparaissent dans les équipements électroniques provoquant des problèmes de fiabilité. Il est donc essentiel de quantifier et d'identifier la nature des charges d'espaces crées par ces défauts. Pour des raisons de miniaturisation des composants, les techniques de caractérisations actuelles semblent montrer leurs limites. La méthode de l'onde thermique permet de quantifier et de donner la répartition de la charge d'espace sur une forte épaisseur de diélectrique. L'adaptabilité de la méthode pour des couches diélectriques beaucoup plus minces ainsi que l'étude des résultats obtenus constitue l'essentiel du travail de cette thèse. La méthode proposée permet de donner les tensions caractéristiques de la structure MOS tout en effectuant une analyse en régime statique de la structure.

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Oustad, Dounia. "Etude de l'intérêt de la montée en tension du bus DC pour minimiser les pertes dans l'onduleur d'un véhicule électrique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN008/document.

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Abstract:

L'autonomie est, à l'heure actuelle, un des points les plus bloquants des véhicules électriques. Une optimisation du rendement de la chaîne de conversion est donc un objectif primordial. La thèse s'inscrit donc dans un contexte d'efficacité énergétique et d'intégration en électronique de puissance. Il s'agira d'améliorer les rendements de conversion et la puissance massique à la fois par le choix de technologies adaptées et par la conception de structures de conversion optimisées. Dans un premier temps, nous présentons l’impact de l’évolution de la tension de batterie HT sur le choix des technologies de composants de puissance. Différentes architectures de conversion sont également présentées et l’accent est mis sur un convertisseur en particulier : L’onduleur. Puis, nous comparons les relevés expérimentaux à ceux qui peuvent sont fournis par des fabricants pour certains composants et dans certaines conditions de fonctionnement. Ces essais permettent également d’enrichir les données des fabricants. Enfin, nous comparerons l’impact de la montée en tension des batteries HT sur les performances de différentes structures d’onduleurs (2 et 3 niveaux), pour différentes technologies de composants semi-conducteurs de puissance et pour différents points de fonctionnement de la machine associée
Currently, autonomy of electric vehicles is one of the most blocking points for developing such mean of transport. An optimization of the efficiency of the power train is thus a primordial objective. The thesis is part of a context of energy efficiency and integration in power electronics. This will improve conversion efficiencies and mass power both by the choice of appropriate technologies and design optimized conversion structures. First, we present the impact of the evolution of the HT battery voltage on the choice of power component technologies. Different conversion architectures are also presented and the focus is on a particular converter: The inverter. Then, we compare the experimental records to those that can be supplied by manufacturers for certain components and under certain operating conditions. These tests also make it possible to enrich the data of the manufacturers. Finally, we will compare the impact of the voltage rise of the HT batteries on the performances of various inverter structures (2 and 3 levels), for different technologies of semiconductor power components and for different operating points of the machine associated

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Casarin, Jérémy. "Caractérisation et mise en œuvre de composants SiC Haute Tension pour l'application transformateur moyenne fréquence en traction ferroviaire." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0123/document.

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Abstract:

L'objectif du projet CONCIGI-HT (CONvertisseur alternatif-continu Compact à Isolement Galvanique Intégré Haute Tension) est d'augmenter le rendement des chaînes de traction tout en réduisant la masse et le volume de la fonction de conversion Alternatif/Continu. Pour cela, l'ensemble transformateur basse fréquence - redresseur est remplacé par une structure multi-convertisseurs, directement connectée à la caténaire haute tension et intégrant des transformateurs fonctionnant en moyenne fréquence (plusieurs kHz). Cette thèse concerne plus particulièrement la caractérisation et la mise en œuvre de composants semi-conducteurs haute tension dans des structures de conversion statiques à étage intermédiaire moyenne fréquence. L'étude est effectuée sur la base d'une chaîne de traction de 2 MW fonctionnant sur un réseau 25 kV/50 Hz. Le premier chapitre présente l'état de l'art de l'Automotrice à Grande Vitesse (AGV) récemment produite par ALSTOM. C'est la chaîne de traction de cet engin qui sert de référence pour l'étude des nouvelles topologies à transformateur moyenne fréquence. Le deuxième chapitre décrit tout d'abord la structure d'une chaîne de traction classique et présente ensuite deux topologies multicellulaires à transformateur moyenne fréquence applicables en traction électrique ferroviaire (la structure indirecte à redresseur de courant MLI et convertisseur DC/DC à résonance ainsi que la topologie directe associant des convertisseurs duaux). Les avantages et inconvénients de ces topologies sont mis en évidence. Le troisième chapitre concerne la mise en œuvre et la caractérisation en commutation douce de composants Silicium 6,5 kV dans les deux topologies présentées précédemment. Deux bancs de test, représentant un étage élémentaire de conversion, ainsi que des allumeurs spécifiques dédiés à la commutation douce, ont été réalisés. Ils permettent l'étude des semi-conducteurs en régime permanent dans des conditions nominales de fonctionnement (3,6 kV / 100 A). Le quatrième chapitre présente la mise en œuvre et la caractérisation de composants en carbure de silicium (SiC). Pour cela des modules de puissance à base de puces 10 kV (MOSFET et Diodes) ont été réalisés. Les résultats expérimentaux, obtenus sur les bancs de test réalisés au chapitre précédent, mettent en évidence une réduction significative des pertes et démontrent la viabilité de la topologie à convertisseurs duaux pour une application en 25 kV/50 Hz. La conclusion présente un premier design d'un bloc élémentaire et les gains en masse et volume ainsi que les économies d'énergies qui pourront être obtenus par rapport à une structure classique
The objective of the CONCIGI-HT project (Compact AC/DC converter with Integrated High Voltage Galvanic Insulation) is to increase the efficiency of traction drives while reducing the mass and volume of the AC/DC conversion. To do that, the part low-frequency transformer - rectifier is replaced by a multi-converter topology, directly connected to the high voltage power supply and incorporating medium frequency transformers (several kHz). This thesis relates more particularly to the characterization and implementation of high voltage semiconductors in conversion topologies with intermediate medium frequency link. The study is performed on the basis of a traction drive of 2 MW operating on a 25 kV/50 Hz power supply. The first chapter presents the state of the art of the Automotrice à Grande Vitesse (AGV) recently produced by ALSTOM. The traction drive of this vehicle is used as a reference for the study of new topologies with medium frequency transformer. The second chapter first describes the structure of a conventional traction drive and then presents two multicellular topologies with medium frequency transformer applicable to railway traction (the indirect structure with PWM rectifier and DC/DC resonant converter and the direct topology combining dual converters). The advantages and disadvantages of these topologies are highlighted. The third chapter deals with the implementation and soft switching characterization of 6.5 kV Silicon components in both topologies presented above. Two test benches, representing a basic conversion stage, as well as specific drivers dedicated to the soft switching, has been made. They allow the study of semiconductors in nominal operating conditions (3.6 kV / 100 A). The fourth chapter presents the implementation and characterization of silicon carbide components (SiC). For this, power modules based on 10 kV chips (MOSFET and Diodes) have been achieved. The experimental results obtained on test benches made in the previous chapter, show a significant reduction in losses and demonstrate the viability of the dual converter topology for a 25 kV/50 Hz application. The conclusion presents the first design of an elementary block and gains in mass and volume as well as the energy savings that can be achieved compared to a conventional structure

Dissertations / Theses on the topic 'Champ électrique haute tension'

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