Description du projet
Identifier les mécanismes de perte de puissance lors de la conversion de l’énergie électromagnétique
La plupart des besoins énergétiques mondiaux sont actuellement couverts par l’énergie électrique. Environ 30 % de l’énergie électrique produite passe par un convertisseur électronique de puissance, et ce chiffre devrait passer à 80 % dans les 10-15 prochaines années. Les convertisseurs électroniques de puissance correspondent aux systèmes et produits intervenant dans la conversion et le contrôle du flux d’énergie électrique. Les phénomènes physiques liés aux pertes de puissance dans les noyaux magnétiques utilisés dans ces systèmes sont mal compris et on ne dispose pas de modèles informatiques efficaces pour les pertes dans les bobinages. Le projet MULTIMAG, financé par l’UE, vise à mieux comprendre les mécanismes impliqués en développant des outils de modélisation multi-échelles efficaces. Les résultats du projet devraient contribuer à améliorer l’efficacité énergétique et la densité de puissance des dispositifs électroniques de puissance en réduisant au maximum les pertes de puissance.
Objectif
About 30 % of all the electrical power generated passes through a power electronic converter, and the proportion is expected to rise to 80 % in 10-15 years. The amount of electricity annually wasted due to the losses in such systems in the EU corresponds to at least billions of euros. A major part of these losses arises in passive magnetic components, such as inductors and transformers, which are also the largest and heaviest components of a power electronic device. The physical phenomena related to the power losses in the magnetic cores of these components are not properly understood at the moment. In addition, the engineering community is currently lacking efficient modeling tools for analyzing the losses in the windings of such components at high frequencies.
Improvement of high-frequency magnetic components would require accurate understanding of the power loss mechanisms. However, the device-level losses are affected by physical effects taking place in the microscopic grain and domain structures and very thin conductors, which are often subject to geometrical uncertainties. Accurate geometrical models cannot be used for analyzing the devices due to the impossibly large computational burden.
In MULTIMAG, we will address these challenges by establishing a set of new multiscale numerical modeling tools, which will provide insight into the origin of the power losses and make it possible to perform statistical analysis of the electromagnetic behaviour of such components. The application potential of these new numerical tools will be demonstrated by designing working prototypes of emerging power electronic devices, such as a solid-state transformer and a wireless power transfer system. We will also develop inverse problem approaches for identifying the models from available catalog data, lowering the threshold for adopting the models into use.
As the outcome, new means for improving the energy efficiency and power density of power electronic devices will arise.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
33100 Tampere
Finlande