Laboratoire plasma et conversion d'énergie (LAPLACE)

Dépôt de nanopoteaux de cuivre sur un circuit imprimé en vue d'une interconnexion avec un composant. L'objectif est de remplacer les techniques d'assemblage classiques qui limitent l'intégration 3D. Ce type de technologie permettrait d'obtenir une interconnexion électrothermique performante et fiable vis-à-vis des solutions actuelles.

Dispositif d'étude d'un arc électrique dans un système de coupure de courant basse tension. Zoom sur des résistances de puissance qui régulent le courant de charge du banc capacitif, ainsi que sur le pont de diode qui permet de charger le banc en courant continu. Il s’agit d’éléments constitutifs de l’alimentation servant à générer l’arc dans le réacteur.

Intervention hors tension sur un convertisseur de forte puissance pour des applications ferroviaires.

Intérieur d'une cavité à retournement temporel microonde. Elle est en cuivre et c'est une version de laboratoire agrandie et simplifiée d'une chambre de combustion. Une antenne conique émet un signal microonde de puissance qui va se réfléchir de multiples fois sur les parois de la cavité, pour finalement se focaliser à un instant donné sur une sonde monopolaire. L’intensité du champ liée à la focalisation spatiale et temporelle permet d’allumer un plasma, qui lui-même est capable d’allumer un…

Mesures d'impédance sur des batteries automobile (plomb-acide) de récupération. L'objectif est de permettre un diagnostic rapide et fiable des batteries sur site, par exemple chez un fournisseur dans un village. Ceci, afin de pouvoir leur donner une seconde vie pour du stockage électrique, dans une installation d’électrification rurale à base de sources primaires renouvelables. Cet usage répond aux enjeux de l'innovation frugale : local et frugal pour diminuer l'empreinte écologique, mais aussi…

Machine électrique à flux axial sans fer réalisée par impression 3D. Le stator, visible au centre, est composé d’enroulements de cuivre. Ces derniers vont interagir avec les aimants du rotor, visibles à droite, pour générer le couple moteur. Ce moteur est plus léger, compact et facile à réaliser. Il est particulièrement adapté aux petits systèmes volants tels que les drones.

Des outils de calcul des champs et des routines d'optimisation (à l'écran) permettent de prévoir les performances d'un transformateur intercellules . Ils permettent aussi d'identifier les matériaux, les formes et les dimensions qui optimisent son volume, sa masse, ses pertes ou de choisir le compromis entre plusieurs de ces critères. Mais la physique correspondante est complexe et ne peut être que partiellement décrite dans les modèles ; la validation expérimentale sur prototype à l'échelle 1 …

Convertisseur de forte puissance pour des applications ferroviaires (partie puissance et partie commande).

Composants de la carte de commande FPGA (réseau de fonctions logiques programmables), utilisés pour la mise au point d’une loi de commande par allocation d'un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC : Modular Multilevel Converter). L'objectif est d’améliorer la réactivité de la commande, afin de prendre en compte un plus grand nombre d’interrupteurs.

Contrôle de connectiques entre une batterie située à l’intérieur d'une enceinte climatique et le bus de courant continu (DC) du banc de caractérisation de batteries. L’objectif est de caractériser les batteries, afin d’en définir un modèle le mieux abouti en relation avec une application réelle.

Machine synchro-réluctante assistée d'aimants permanents fonctionnant sans capteur de position. Elle constitue une solution pour réduire le coût des machines sans altérer les performances. L'objectif ici est de concevoir une machine avec des paramètres facilitant la reconstruction logicielle de la position.

Mesure de la topologie du champ magnétique généré dans le canal d'un propulseur plasma utilisé sur des microsatellites. Le design de ce propulseur a été optimisé, permettant de créer un effet de bouclier magnétique aux bombardements d’ions (durée de vie liée au volume de gaz embarqué), tout en gardant d’excellentes performances de poussée.

Analyse sur un oscilloscope des résultats et des formes d'ondes de la carte test "plug and play" connectée à un banc de caractérisation électrique. Ce banc permet de caractériser électriquement des composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance au carbure de silicium SiC (1200 V – 1700 V / 90 A) et au nitrure de gallium GaN (650…

Mise en place d'une sonde de courant, lors d'une intervention hors tension sur un convertisseur de forte puissance utilisé pour des applications ferroviaires.

Réglage du signal électromagnétique émis dans une cavité à retournement temporel microonde. Les scientifiques vérifient sur l’écran que celui-ci se focalise correctement à l’endroit et à l’instant voulus dans la cavité. Cette onde électromagnétique hyperfréquence est focalisée par retournement temporel. L'objectif est d'allumer un moteur aéronautique par retournement temporel microonde.

Circuit d'une alimentation d'ordinateur PC recyclée, destinée à charger une batterie automobile (plomb-acide) de récupération, à partir de panneaux solaires. L'objectif est de permettre la création locale et frugale de systèmes d’électrification rurale à base de sources primaires renouvelables. Cet usage répond aux enjeux de l'innovation frugale pour diminuer l'empreinte écologique, mais est aussi peu coûteux pour permettre l'accès à des populations défavorisées et servir ainsi de vecteur de…

Design optimisé d'une machine électrique dédiée à la motorisation d’un véhicule électrique. Le rotor de cette machine (à droite) est uniquement composé d'acier, ce qui la rend plus robuste que les autres typologies de machine. L'optimisation de forme menée sur ce rotor a permis de grandement réduire les vibrations parasites engendrées par la rotation.

Prototype de transformateur intercellules à 6 phases. La géométrie "monolithique rectangulaire" permet de mutualiser les flux des différentes bobines. En particulier, en utilisant la permutation de phases brevetée par l'équipe CS du laboratoire Laplace, le flux principal de chaque bobine devient le flux de retour de ses deux voisines, ce qui permet de réduire quasiment d'un facteur 2 la quantité de matériau magnétique utilisé. Indirectement cela permet aussi de réduire la longueur des…

Paramétrage de la commande d'un banc de caractérisation électrique de composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance au carbure de silicium SiC (1200 V – 1700 V / 90 A) et au nitrure de gallium GaN (650 V / 50 A).

Mise en service d'un démonstrateur de propulsion navale propre (clean ship, clean sea) et innovante, à commande évoluée, constitué d’une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW avec rapport de puissance stator/rotor unitaire et d’une "hélice virtuelle". L'objectif est de développer un double contrôle vectoriel garantissant la fiabilité opérationnelle et le rendement énergétique le meilleur possible de ce propulseur naval.

Bus bars de puissance d'un banc d'interconnexion batteries. Il permet une liaison très basse tension entre les batteries en test dans l’enceinte climatique et les équipements de charge et de décharge électrique de celle-ci.

Réglage des paramètres de la charge d'un démonstrateur de propulsion navale innovante à commande évoluée. Il s’agit d’une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW, à rotor bobiné, de haute tension, refroidie par eau, qui entraîne une charge type "hélice de bateau". Elle est alimentée par deux onduleurs identiques, au stator et au rotor. La commande évoluée de ce propulseur doit garantir les performances statiques et dynamiques en accord avec les spécifications navales.

Propulseur plasma utilisé sur de petits satellites. Il est composé de quatre bobines générant un champ magnétique de forme particulière à l’intérieur du propulseur. Le design de ce propulseur a été optimisé, permettant ainsi de réduire sa masse de 75% et d'allonger sa durée de vie à 15 ans (contre 10 ans initialement).

Analyse sur un oscilloscope des résultats et des formes d'ondes de la carte test "plug and play" connectée à un banc de caractérisation électrique. Ce banc permet de caractériser électriquement des composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance au carbure de silicium SiC (1200 V – 1700 V / 90 A) et au nitrure de gallium GaN (650…

Mise en place d'une sonde de tension différentielle, lors d'une intervention hors tension sur un convertisseur de forte puissance utilisé pour des applications ferroviaires.

Alimentation d'une cavité conique pour visualiser l'énergie électromagnétique dans cette cavité par échauffement. L’injection de puissance microonde par le câble coaxial bleu conduit à un échauffement de la paroi en cuivre de la cavité conique, dont la répartition spatiale, captée par caméra infrarouge, renseigne sur la configuration interne des ondes. Selon un travail publié par la NASA en 2016, une telle cavité ainsi alimentée devrait être le siège d’une force infime, qui contredirait les…

Mise au point d’une loi de commande par allocation pour un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC : Modular Multilevel Converter) et vérification des formes d'ondes électriques. La montée en puissance des convertisseurs induit un plus grand nombre de cellules organisées en série et/ou en parallèle, d’où une augmentation du nombre d’interrupteurs ce qui ouvre la voie à l’optimisation.

Caractérisation des performances d’une machine électrique. Les grandeurs observées permettant de juger la qualité de la machine sont : son couple, sa vitesse, sa tension et son courant d’alimentation, ainsi que son rendement.

Circuit de commande rapprochée (gate-driver) des différentes cellules d'un convertisseur d'énergie électrique multicellulaire parallèle. La juxtaposition de ces circuits de commande rapprochée illustre le caractère modulaire de ces structures de conversion. L'augmentation de puissance est obtenue en associant un nombre plus élevé de structures simples, identiques, qui peuvent être construites en série et bénéficier de ce fait d'une fiabilité accrue. En décalant légèrement dans le temps ces…

Connexion à un banc de caractérisation électrique d'une carte test "plug and play" comprenant un composant de puissance et sa commande rapprochée. Ce banc permet de caractériser électriquement des composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance au carbure de silicium SiC (1200 V – 1700 V / 90 A) et au nitrure de gallium GaN (650 V…

Test de la commande numérique temps réel, sur un microcontrôleur (commande algorithmique) et un circuit FPGA (commande rapprochée), d'un démonstrateur de propulsion navale propre, pour les différents points de fonctionnement du plan couple-vitesse selon les spécifications navales. Ce démonstrateur de propulsion navale innovante à commande évoluée est une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW à rotor bobiné, de haute tension, refroidie par eau, alimentée au stator et au rotor,…

Bus bars de puissance d'un banc d'interconnexion batteries. Il permet une liaison moyenne tension entre les batteries en test dans l’enceinte climatique et les équipements de charge et de décharge électrique de celle-ci.

Mesures d'impédance sur des batteries automobile (plomb-acide) de récupération. L'objectif est de permettre un diagnostic rapide et fiable des batteries sur site, par exemple chez un fournisseur dans un village. Ceci, afin de pouvoir leur donner une seconde vie pour du stockage électrique, dans une installation d’électrification rurale à base de sources primaires renouvelables. Cet usage répond aux enjeux de l'innovation frugale : local et frugal pour diminuer l'empreinte écologique, mais aussi…

Test d'une machine électrique linéaire tubulaire. La répartition tubulaire originale des conducteurs électriques de cette machine est pensée pour maximiser la force maximale générée. Cette machine peut être utilisée pour tout type d’application nécessitant un actionnement linéaire : électrovannes, système d’ouverture de volets d’avion, etc.

Zoom sur une partie d'un banc de caractérisation électrique et la carte test "plug and play" équipée de ses sondes de mesure. Cette carte comprend un composant de puissance et sa commande rapprochée. Ce banc permet de caractériser électriquement des composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance au carbure de silicium SiC (1200 V …

Pilotage d'un convertisseur de forte puissance pour des applications ferroviaires et contrôle des grandeurs électriques et thermiques mesurées via une interface homme-machine déportée.

Cavité conique en cuivre, dans laquelle les ondes électromagnétiques sinusoïdales, injectées via le câble bleu, résonnent à des fréquences spécifiques. Ces dernières peuvent être ajustées en enfonçant ou rétractant les vis de réglage. La résonance se manifeste en particulier par une forte intensité du champ électromagnétique dans la cavité et elle est associée à l’exaltation d’une force hypothétique. La mesure de cette hypothétique force, par un banc dédié très sensible, permettra de confirmer…

Mise au point d’une loi de commande par allocation pour un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC : Modular Multilevel Converter) et vérification des signaux de commande. L'objectif est d’évaluer une solution de commande câblée par carte FPGA (réseau de fonctions logiques programmables), afin d’améliorer la réactivité du contrôle par rapport aux solutions traditionnellement programmées (par microprocesseur).