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Theses Year : 2021

Contribution to the design basis and implementation high power low emission electromagnetic couplers

Coupleur électromagnétique de puissance à émissions réduites (CEMPER)

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Abstract

Nowadays the consumption of electricity is changed dramatically in a direction of continuously growing demand all around the globe. This leads to numerous environmental problems and climate emergency, pushing many countries to use more sources of sustainable and low-carbon electricity. Transport evolution is at the heart of this change. Although the market share of electric cars is only 2.5%, this number is increasing according to the dynamic growth of this market. Consequently, the power grid must be adapted in order to support this energy transition. Inductive Power Transfer (ITP) technology is a promising solution to meet the various challenges of the smart grid. In this context, the CEMPER project, French acronym of «Coupleurs ElectroMagnétique de Puissance à Emission Réduite», studies electronic systems for the efficient power transfer between two distant points. Among different applications, these systems can be used as a wireless ultra-fast charger for the electrical vehicles. The main innovation is related to the geometry of the coreless electromagnetic coupler. This geometry allows obtaining the optimal power transfer up to 300 kW with the efficiency of 96.5 % in the volume of less than 14 litres.Firstly, the different systems developed in this thesis were numerically modelled to verify their electrical performance. Then, the developed systems were tested experimentally at a high-power level in order to validate their operation in conditions close to real applications. In the final part of the work, the compliance of the systems with the ICNIRP 2010 standard was confirmed by direct measurements of the magnetic flux density and electric field.
Les usages liés à l’électricité ont beaucoup changé et les besoins en énergie électrique ne cessent d’augmenter. En effet, les multiples dégradations de l’environnement et l’urgence climatique poussent de nombreux pays à utiliser de plus en plus des sources de production d’énergie électrique durables et peu polluantes. L’évolution du transport est aussi en cœur de ce changement. Aujourd’hui, les voitures électriques représentent 2,5 % de l’ensemble du parc automobile, un chiffre toujours faible, mais qui continue de croître soulignant le dynamisme de ce marché. Par conséquent, le réseau électrique doit être adapté afin d’accompagner cette transition énergétique. La technologie de Transfert de Puissance Inductif est une solution clé pour répondre aux différentes contraintes du réseau électrique intelligent. Dans ce contexte, le projet CEMPER acronyme de « Coupleurs ElectroMagnétiques de Puissance à Emissions Réduites » a étudié des systèmes qui permettent d’une part le transfert de la puissance entre deux points distants et d’autre part qui pourront être utilisés pour le chargement sans-contact et ultra rapide des véhicules électriques. L’innovation principale est liée à la géométrie du coupleur électromagnétique sans noyau magnétique qui permet un transfert de puissance optimal (jusqu’à 300 kW avec une efficacité de 96,5 %) dans un volume ne dépassant pas 14 litres. Les différents systèmes développés dans cette thèse ont tout d’abord été modélisés numériquement pour vérifier leurs performances électriques, puis réalisés. Ensuite, des essais expérimentaux hautes puissances ponctuent l’étude afin de valider leurs fonctionnements dans la chaîne de transmission complète. Enfin, des mesures de la densité du flux magnétique et du champ électrique ont été entreprises pour vérifier la conformité des systèmes à la norme ICNIRP 2010.
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Dates and versions

tel-03927809 , version 1 (06-01-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03927809 , version 1

Cite

F.Z. Boudara. Coupleur électromagnétique de puissance à émissions réduites (CEMPER). Energie électrique. Université de Pau et des Pays de l'Adour - Laboratoire SIAME, 2021. Français. ⟨NNT : 2021PAUU3017⟩. ⟨tel-03927809⟩

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UNIV-PAU SIAME
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