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Aerothermodynamic and electrical study of a Plasma Synthetic Jet actuator for flow control
No full textL’amélioration des performances aérodynamiques et environnementales est un enjeu majeur dans le domaine des transports terrestres et aériens. Pour pouvoir répondre à ses exigences, une des solutions est de contrôler les écoulements. Pour cela, des actionneurs performants sont nécessaires. Une technique innovante, le jet synthétique par plasma (JSP), consiste à appliquer une décharge haute tension dans une micro cavité. Un plasma est ainsi créé dans la chambre augmentant en quelques microsecondes la température et la pression du gaz générant un micro-jet par l’orifice de l’actionneur. Le but de la thèse est de développer cet actionneur, d’en comprendre son fonctionnement et de le mettre en oeuvre pour contrôler le bruit d’un jet subsonique à grand nombre de Mach.La première partie de l’étude s’applique à définir les besoins pour le contrôle d’écoulement et de réaliser un prototype d’actionneur. Il est ensuite caractérisé expérimentalement par des mesures de la décharge électrique et de l’aérodynamique du micro-jet. En s’inspirant du modèle de Braginskii, un modèle simple de la décharge électrique est réalisé et appliqué au JSP. Le rendement de l’actionneur en est déduit. Le modèle de Braginskii modifié est ensuite couplé à une modélisation URANS ce qui permet de simuler le fonctionnement en fréquence de l’actionneur. Ces résultats sont ensuite comparés avec les mesures de l’aérodynamique du micro-jet et montrent un excellent accord.L’actionneur est ensuite mis en application pour contrôler le bruit de jet. En premier lieu, des visualisations par strioscopie de l’interaction des micro-jets avec le jet principal sont effectuées. Des mesures acoustiques sont ensuite réalisées etmettent en évidence que les JSP sont de bons candidats pour contrôler le bruit de jet.Improvement of aerodynamics and environmental performances is a major issue for terrestrial and aeronautical industry.For fulfilling increasing demand, one of the answers is flow control. To achieve flow control, high performance actuators are needed. An innovative technique called Plasma Synthetic Jet actuator consists on applying an electrical discharge in asmall cavity. Plasma is created and increases gas temperature and pressure which results on the creation of a micro-jet through cavity opening.The PhD objectives are to develop the PSJ actuator, to describe actuator mechanisms and to apply it for controlling noise of a high subsonic jet. The first part of the study consists on defining flow control needs and on developing a PSJ actuator prototype. Then,actuator performances are characterised using electrical measurements of the discharge and using aerodynamic measurements. These measurements show that an electrical model of the discharge is needed. Based on the Braginskii model, a simple model is carried out and is applied to the actuator. Efficiency of the PSJ is deduced.The modified Braginskii model is then coupled with an URANS model to achieve frequency modelling of the actuator. Results match aerodynamics measurements .PSJ actuators are applied for controlling jet noise in a second part of the study. Schlieren visualisations are used to show micro-jet interaction with the main jet. Acoustic measurements are then performed and show that the PSJ is a goodactuator to control high subsonic jet noise
Evaluation and reduction of partial discharges in laminated bus bars
No full textL’objectif de cette étude a été de localiser les décharges partielles (DP) au sein des bus bars laminés, pour ensuite optimiser leur protocole de conception visant à augmenter leur tenue aux DP. Ce travail est ancré dans la problématique actuelle de réduction des volumes des équipements et d’augmentation des tensions de service, induisant des contraintes électriques plus sévères responsables de l’apparition des DP à de faibles tensions. L’étude du protocole de fabrication d’un bus bar laminé a mis en évidence l’influence de chaque étape de façonnage des conducteurs et d’assemblage des matériaux conducteurs et isolants entre eux, ainsi que l’impact des paramètres électriques des matériaux utilisés sur la tenue aux DP des véhicules test. Chaque étape de conception peut être réalisée suivant différentes méthodes, ou en utilisant divers matériaux ; la comparaison de toutes ces possibilités a mis en exergue leur impact sur le seuil d’apparition de DP. Les règles de conception d’un bus bar prédéfinies par l’entreprise ont ainsi pu être modifiées, dans le but d’optimiser la robustesse et la répétabilité des résultats de tests DP des véhicules test. Cependant, les solutions mises en évidence restent des solutions d’appoint par leur gain insuffisant en termes de tenue aux DP. Le second temps de l’étude a concerné la localisation des DP. Il a été mis en évidence une zone critique au sein des véhicules test représentatifs des bus bars laminés. Cette zone, plus communément appelée « point triple », est l’interface entre 3 milieux : un conducteur, un isolant solide et un gaz. Il génère un renforcement du champ électrique dans le matériau le plus faible, ici le gaz, qui induit l’apparition de DP à une tension de 1 kVrms pour une épaisseur d’isolant de 230 micromètres. En se focalisant sur cette zone, plusieurs procédés industriels ont été expérimentés, et se sont révélés impactants sur le seuil d’apparition de DP, en particulier le dépôt de résine au point triple, avec des tensions d’apparition de DP (TADP) d’environ 2 kVrms pour la même épaisseur d’isolation. Cependant, les résultats se sont avérés fortement dispersés, et ont conduit à développer une technique de dépôt autonome permettant une meilleure reproductibilité des résultats de tests DP. Finalement, la technique de dépôt développée fait appel à l’activation de liquide sous contraintes électriques. L’application d’une tension sinusoïdale d’amplitude égale à 900 Vrms et de fréquence égale à 10 Hz aux bornes des véhicules test, met en mouvement la résine déposée sous forme de gouttelettes au point triple. Cette technique permet son étalement à la surface du matériau diélectrique et par la même occasion au point triple. A cette fréquence on assimilera ce phénomène à de l’électromouillage. On observe ainsi une augmentation de la tenue aux DP, environ égale à 3 kVrms, et de la reproductibilité des résultats par rapport aux précédentes solutions testées.The objective of this study was to locate the partial discharges (PDs) occurrence within the laminated busbars, and then optimize their design protocol to increase their resistance to PDs. This work is linked to the current problem of reducing the volumes of equipment and increasing service voltages, leading to more severe electrical constraints responsible for the PDs occurrence at low voltages. The study of manufacturing protocol of a laminated busbar revealed the influence of each step of the conductors shaping and the sticking of conductive and insulating materials together, as well as the impact of the electrical parameters of the materials used, on the PD resistance of test samples. Each design step can be carried out using various methods, or using various materials ; The comparison of all these possibilities highlighted their impact on the PD inception voltage (PDIV). The predefined busbar design rules have been modified to optimize the robustness and the repeatability of the PD test results of test samples. However, the highlighted solutions remain supplementary solutions by their insufficient gain in terms of PD performance. The second phase of the study concerned the PD location. A critical area has been identified within the test samples representative of the laminated busbars. This area, more commonly called "triple junction", is the interface between 3 media : a conductor, a solid insulator and a gas. It generates a reinforcement of the electric field in the weakest material, in this case the gas, which induces the appearance of PD at a voltage of 1 kVrms for an insulation thickness of 230 micrometers. By focusing on this one, several industrial processes have been tested and have been shown to have an impact on the PDIV, in particular the deposition of resin at the triple junction with a PDIV of approximately 2 kVrms for the same insulation thickness. However, the results were highly dispersed and led to the development of an autonomous deposition technique allowing a better reproducibility of PD test results. Finally, the deposition technique developed, involves the activation of liquid under electrical stress. The application of a sinusoidal voltage of amplitude equal to 900 Vrms and a frequency equal to 10 Hz to the test samples terminals, sets in motion the resin deposited in the form of droplets at the triple junction. This technique allows its spreading on the surface of the dielectric material and at the same time at the triple junction. At this frequency, this phenomenon is assimilated to electrowetting. There is thus an increase in the PD resistance, PDIV equal to 3 kVrms, and of the reproducibility of the results, compared with the previous tested solutions
High temperature high voltage packaging of wide-band gap components
No full textEn électronique de puissance, un des principaux axes de recherche, concerne la montée en température. L'encapsulation et la passivation du module de puissance constituent, sous cette contrainte, des verrous technologiques. En effet, les matériaux polymères habituellement utilisés ne peuvent plus satisfaire des exigences en température fixée dans notre étude à 350°C sans pertes importantes de leurs propriétés diélectriques. L'isolation gazeuse a été alors envisagée et quelques résultats encourageants ont été dégagés. Le seuil d'apparition des décharges dans des gaz est étudié en vue de leur utilisation dans des modules de puissance à haute température. Deux gaz ont été sélectionnés pour leurs propriétés diélectriques et leurs GWP faibles : l'octafluoropropane (C3F8) et l'octafluorocyclobutane (c-C4F8), l'azote (N2) faisant référence pour comparaison. Au préalable, une étude sur les céramiques les plus utilisées à haute température est réalisée. Cette étude montre un changement du mécanisme de conduction de l'alumine et de l'AlN passant d'un régime capacitif à un régime résistif et modifiant au passage les propriétés de surface en facilitant l'écoulement des charges dans le volume du matériau tandis que le Si3N4 conserve un comportement capacitif et les charges en surface même à haute température. L'échauffement local des gaz met en évidence une diminution du seuil d'apparition des décharges avec la température et ce quel que soit le gaz étudié. La modification de la distance inter-électrodes permet de diminuer la variation du seuil d'apparition avec la température pour de faibles distances. Des expériences complémentaires ont été menées afin de comparer ces résultats à ceux obtenus lors d'un chauffage global. L'utilisation de gaz dans des packaging de puissance s'avère donc prometteuse mais demande une meilleure compréhension et maîtrise des mécanismes en jeu.In power electronics, one of the main research topics concerns high temperature operation of the components. Under such a constraint, the encapsulation and the passivation of the semiconductors devices in power module appear as physical and technological bottleneck. As a matter of fact, usual polymeric materials are unable to endure the temperature requirements set out in our study (350 °C) without significant loss of their dielectric properties. Therefore, gas insulation is considered and encouraging results have been obtained. The Discharges Inception Voltage is studied for different gases that could be used in high temperature power modules. Thanks to their dielectric properties and their low GWP, two gases have been selected: octafluoropropane (C3F8) and octafluorocyclobutane (c-C4F8), nitrogen (N2) being used as reference in this study. In a first step, the high temperature behaviors of the most widely used substrate materials (ceramics) are studied. A change of the conduction mechanism from a pure capacitive behavior (at low temperature) to a pure resistive one (at high temperature) is observed for both alumina and AlN samples. On the contrary, Si3N4 remains capacitive whatever the temperature. Such a behavior has an impact on the charges located at the surface. They disappear quickly for the two formers while they slowly decrease for the later. The field reinforcement associated to their existence and its impact on the DIV will not be the same. Whatever the gas under study, a local heating leads to a decrease in the DIV with temperature. A decrease of the distance between the two electrodes, leads to a decrease of the DIV changes vs Temperature. These results are compared to the measurements performed when the samples were uniformly heated. The use of gas in power packaging seems to be promising but it still needs a better understanding of the mechanisms involved
Contribution to the interconnection of active components integrated in laminated substrates : contribution of micro and nano-structured interfaces
No full textLes convertisseurs de puissance occupent une place importante dans l'ingénierie des systèmes électriques. Les puissances nominales augmentent et les convertisseurs statiques doivent répondre à ces besoins notamment en termes de compacité. Cette amélioration s'explique notamment par l'utilisation de dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite (WBG) à base de carbure de silicium (SiC) et de nitrure de gallium (GaN) qui autorisent des fréquences de découpage et une température de fonctionnement nettement plus élevées. Cependant, les temps de commutation plus courts qui en découlent ne sont exploitables que si les éléments parasites du boîtier sont réduits au minimum afin de profiter pleinement de ces nouveaux composants.Les éléments parasites, inductances en particulier, sont source de pertes qui réduisent l'efficacité et la fiabilité du convertisseur, et ce en générant du bruit par IEM (Interférences électromagnétiques). Les améliorations à apporter sont fondamentalement difficiles à obtenir avec les boîtiers d'aujourd'hui utilisant la technologie de câblage filaire comme interconnexion des composants actifs. Dans certaines applications, les dispositifs WBG peuvent fonctionner à des températures plus élevées que les composants en silicium (Si). La température maximale de jonction (Tj) des composants en SiC peut être supérieure à 200°C, alors que celle des interrupteurs en Si est d'environ 125°C. Les assemblages doivent pouvoir supporter des températures plus élevées et résister aux régimes transitoires de température qui en découlent. La technologie des PCB a l'avantage d'être un processus peu coûteux et bien maitrisé offrant la possibilité de produire des dispositifs à grande échelle, d'utiliser un pas fin, du cuivre épais pour le transport de la chaleur et du courant, des structures multicouches répétables, etc. L'intégration de puces de puissance dans les PCB a récemment suscité un grand intérêt. Plusieurs types d'interconnexion ont été proposés, sachant que l'un des plus grands avantages de la technologie d'enfouissement PCB des interrupteurs de puissance est la réduction des inductances parasites à un niveau proche du minimum théorique. La tendance est d'interconnecter les composants par micro-vias laser. Cependant, la conductivité thermique du diélectrique utilisé est inférieure à 1 W.m-1.K-1 pour le matériau polyimide, tel que le kapton, contre 170 W.m-1.K-1 pour le nitrure d'aluminium (AlN) des substrats céramique (DBC). À cela s'ajoutent des limites en termes de densité imposée par le procédé de fabrication, ce qui entraîne des limitations de courant et de flux thermique. Les commutations des composants actifs du convertisseur sont une source de variations de température du système. Un gradient de température est présent le long des interconnexions qui, combiné aux différents coefficients de dilatation thermique de chaque matériau, peut conduire à la fissure de l'interface micro- vias/puce et donc à la défaillance dans le temps. Ces mises en défaut des interconnexions attribuées aux contraintes cycliques appliquées affectent fortement la fiabilité du convertisseur. La solution proposée et développée au cours de ces travaux combine des technologies avancées des circuits imprimés et une solution d'interconnexion innovante " non rigide ", basée sur le dépôt électrolytique d'interfaces macro et nano structurées, suivi d'une thermocompression. L'ensemble peut ainsi constituer un bloc élémentaire pour la conception de convertisseurs de puissance avec un haut niveau d'intégration et de fiabilité grâce à une interconnexion entièrement en cuivre, espérée flexible, permettant un refroidissement double face. Les nano-fils utilisés comme interface thermique et électrique de la puce sont également espérés résistants aux contraintes cycliques.The power converters hold a central position in electrical engineering. The power ratings are increasing and the converters have to meet these needs in compact systems. For example, the current power density of commercialized power converters of 2 kW for photovoltaic application is around 1 kW.l-1, whereas in the "Little Box Challenge" organized by Google and IEEE reached 12 kW.l-1. This improvement is mainly explained by using wide band-gap (WBG) semiconductor devices based on silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) materials that permit significantly higher switching frequencies. However, the associated shorter switching times are only possible when all stray elements in the package are minimized in order to take all the benefit of these new components. The parasitic elements, and the package stray inductances in particular, are source of losses which reduce the efficiency and also cause less reliable operation and EMI noise. This is fundamentally difficult to achieve with the popular packages using wire-bonded interconnections. In some application, the WBG devices are expected to be able to work at higher temperature than silicon (Si) components. The junction temperature (Tj) of SiC components can be higher than 200°C in comparison of Si switches around 125°C. The package must endure high temperature and resist the ensuing large temperature transitions as well. The PCB technology has the advantage of being a cost efficient and well-established process. There is a possibility of massive parallel manufacturing, fine pitch, thick copper for heat and current transport, repeatable multilayer structures, etc. The embedding of power dies in PCB recently has solicited great interest. There are several kinds of proposed interconnections. The greatest advantage of the technology for power device packaging is the strip-line approach of distributing current, bringing down the stray inductance close to the theoretical minimum. The trend in PCB-embedding technology is to interconnect the components by using laser micro-vias. The thermal conductivity of the PCB core is less than 1 W.m-1.K-1 for the polyimide material such a kapton against 170 W.m-1.K-1 for aluminum nitride (AlN) for direct bonded copper (DBC) substrate. The micro-via approach suffers from the manufacturing limits imposed on their density, resulting in current and heat flux limitations. This variation of the conveyed power through the converter is a source of temperature variations in the power assembly. Temperature gradient is present along the interconnections which, combined with different thermal expansion coefficient of each material, leads to crack at micro-via/die interface and delaminates over time. These interconnection defects are affecting strongly the reliability of the converter, attributed to the applied cyclical stresses. The proposed solution combines advanced PCB technologies and " not rigid " innovative interconnection, based on electrolytic deposition of macro and nano structured interfaces, followed by thermo-compression. The assembly may thus be an elementary block for the design of power converters with high level of integration and reliability by means of a full copper and flexible interconnection allowing double-sided cooling. It is expected that the nano wires used as thermal and electrical die interface will be also more resistant to cyclical stresses
Moteur asynchrone alimente par un onduleur de courant a MLI
No full textSIGLEINIST T 74825 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Alimentations électriques et étude énergétique d'un générateur de jets synthétiques à plasma
No full textTOULOUSE3-BU Sciences (315552104) / SudocSudocFranceF
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