{{attacher fichier="P11A04Imag.jpeg" description="logo" class="right" }} {{attacher fichier="p11A04Imag2.jpeg" description="logo3" class="left" }} **==#C#Polytech'Clermont-Ferrand#C#==** **==#C#Génie électrique#C#==** **==#C# 2011#C#==** ---------------------------------------------- ======#B##C#Modélisation électrique du filament d'une lampe incandescente#C##B#====== **==#C#Sujet P11A04#C#==** **==#C#Projet GE2-GE3 2011#C#==** {{attacher fichier="P11A04Imag1.jpeg" description="log" class="center" }} ----------------------------------------- **==Entreprise : #B# Renesas Electronics#B#==** **==Client Renesas Electronics : #B#Jerome PILLET#B# ==** **==Tuteur industriel : #B#Jean-Yves RIGNAULT#B# ==** **==Tuteurs technique : #B#Michel JAMES & Alexis LANDRAULT#B#==** **==Responsable projet : #B#Jacques LAFFONT#B# ==** **==Equipe projet : #B#Hicham TOUDGHI & Saïdou NANA#B# ==** ------- 1) {{indiquer voir="Résumé"}} 1) {{indiquer voir="Abstract"}} 1) {{indiquer voir="Introduction"}} 1) {{indiquer voir="Présentation du sujet"}} 1) {{indiquer voir="Présentation de l'entreprise"}} 1) {{indiquer voir="Pourquoi ce projet ?"}} 1) {{indiquer voir="Présentation du projet"}} 1) {{indiquer voir="Cahier des Charges"}} 1) {{indiquer voir="Devéloppement"}} 1) {{indiquer voir="Etude préalable"}} 1) {{indiquer voir="Choix techniques"}} 1) {{indiquer voir="SPICE"}} 1) {{indiquer voir="Exemple de simulation"}} 1) {{indiquer voir="Planning"}} 1) {{indiquer voir="Jalons"}} 1) {{indiquer voir="Phase critique"}} 1) {{indiquer voir="Gestion de projet"}} 1) {{indiquer voir="W.B.S"}} 1) {{indiquer voir="Notes d'application"}} 1) {{indiquer voir="Bilan"}} 1) {{indiquer voir="Sujet 1"}} 1) {{indiquer voir="Sujet 2"}} 1) {{indiquer voir="Bibliographie"}} 1) {{indiquer voir="Etat d'avancement"}} 1) {{indiquer voir="Analyse critique"}} 1) {{indiquer voir="Perspectives"}} ** ---- ===={{indiquer ici="Résumé" texte="Résumé"}}==== **Le but du projet Modélisation électrique du filament d'une lampe incandescente est la conception d'un modèle thermoélectrique du filament en tungstène.Le processus de modélisation consiste à faire l'étude théorique du filament afin de déterminer ses caractéristiques techniques ( courant, tension, résistance )en fonction de la variation de la température générée, et d'en déduire un modèle physique par le logiciel SPICE. L'entreprise RENESAS, fabricant de systèmes de commande électroniques, bénéficiera de cette conception pour la simulation et la détermination de la durée de vie des lampes automobiles et l'amélioration de la qualité de leurs Drivers.** Mots clés : -** Modélisation - Lampe incandescente - Thermoélectrique - Tungstène - SPICE  ** ---- ===={{indiquer ici="Abstract" texte="Abstract"}}==== **The project goal Electrical modeling of the filament of an incandescent lamp is designing a model of thermoelectric filament tungstène.Le modeling process is to make the theoretical study of the filament to determine its technical characteristics (current, voltage, resistance) depending on the temperature variation generated, and to deduce a physical model by SPICE software. Renesas Company, a manufacturer of electronic control systems, will benefit from this design for simulation and determination of the life of automobile lamps and improving the quality of their drivers . ** Key Words : - **Modeling - incandescent lamp - Thermoelectric - Tungsten - SPICE** ---- ===={{indiquer ici="Introduction" texte="Introduction"}}==== **Dans le cadre de notre formation d'ingénieur au sein du Département Génie Electrique de Polytech ' Clermont Ferrand, nous avons été sollicité pour la modélisation électrique du filament d'une lampe incandescente au profit e l'entreprise RENESAS. La finalité de ce projet est de permettre à cette entreprise d' améliorer les performances de leurs systèmes de commande électronique afin d'augmenter la durée de vie des lampes utilisées dans le domaine de l'automobile et qui fonctionnent avec ces drivers. Notre client est M. Jérôme PILLET et représentant de l'entreprise RENESAS.Nous sommes de plus encadrés par deux tuteurs techniques qui sont M.Michel JAMES, M. Alexis LANDRAULT et par un tuteur industriel qui est M.Jean Yves RIGNAULT. Le développement de notre projet se déroule en deux phases: une étude de faisabilité en deuxième année (50H) et une phase de réalisation en troisième année (200H). ** ---- ===={{indiquer ici="Présentation du Sujet" texte="Présentation du Sujet"}}==== 4.1 Présentation de l'entreprise RENESAS ** RENESAS est : - Numéro un mondial des fournisseurs de microcontrôleurs - Leader dans le domaine des semi-conducteurs avancés - L’un des grands fabricants mondiaux de systèmes semi-conducteurs pour les téléphones mobiles et les applications automobiles. ** **Les lampes incandescentes sont beaucoup utilisées dans l’industrie notamment dans le domaine de l’automobile pour l’éclairage mais aussi pour la signalisation (phare, clignotant etc….).Ces appareils dont le fonctionnement sont pilotés par des systèmes de commandes de technologie divers peuvent avoir donc des durées de vies variées suivant les conditions d’utilisation et les technologies mis en œuvres. Quelque soit la technique utilisée pour le pilotage on constate au moment de la phase transitoire d’allumage, un très grand de démarrage important donc le pic de courant appelé INRUSH peut atteindre des dizaines d’ampères, valeur largement au dessus de la valeur nominale de fonctionnement** {{attacher fichier="P11A04inrush.jpeg" description="fIG" class="center" }} Nuisibilité du phénomène **Le tungstène, comme tous les métaux a une résistance plus faible à froid qu'à chaud. Cet état de fait se traduit par une surintensité lors de l'allumage de l'ampoule. L'intensité du courant peut alors atteindre 10 fois sa valeur normale pendant une durée très brève (couramment 1/6 de seconde). Ce pic de courant produit une érosion rapide du filament de tungstène. Pendant cet intervalle, alors que la plus grande partie du filament s'échauffe progressivement, les zones les plus minces sont portées à des températures les plus élevées. Les zones fragilisées du filament peuvent alors se rompre, c'est le claquage. Ceci explique pourquoi les lampes claquent de préférence lors de l'allumage.** {{attacher fichier="P11A04nuisible.jpeg" description="fig5" class="center" }} Conséquence: #R#Accélération de la fin de vie du filament#R# 4.2 Pourquoi ce projet ? -  **Amélioration de la durée de vie des lampes automobiles commandées par des Drivers RENESAS -  Développement de solutions appelées IPD's ( Intelligent Power Device ) -  Utilisation des solutions pour la commutation de charges variées. ** 4.3 Présentation du projet {{attacher fichier="P11A04projet.jpeg" description="projet" class="center" }} ---- ===={{indiquer ici="Cahier des Charges" texte="Cahier des Charges"}}==== **Le cahier des charges de notre projet se décline en ces points suivants: -  Etude théorique de la lampe incandescente -  Loi de variation de la résistance du filament -  Loi de variation thermique -  Proposition d'une méthode de modélisation -  Implantation du modèle générique dans un outil de simulation SPICE -  Application du modèle aux différents types de lampes utilisés -  Détermination des paramètres physiques - Vérification des modèles en comparant les résultats de la simulation avec les mésures  ** ---- ===={{indiquer ici="Developpement" texte="Developpement"}}==== 6.1 Etude préalable Ampoule incandescente  **Production de la lumière en portant à l'incandescence le filament de Tungstène.  L’ampoule est remplie d'un gaz inerte (argon, krypton...) afin d’éviter la température de fusion **Tfusion = 3683 K** .  Le filament porté à haute température émet un rayonnement dont le spectre est continu.  la loi de Stefan : **P = σT4 S**  Le filament est assimilé à un cylindre de longueur L, sa résistance est donnée par : **R = ρ L/(πa2).** **P**= puissance rayonnée **S** = surface en contact avec le milieu extérieur **σ** =5,67 10-8 W K-4 m-2 **ρ** =7,1 10-8 W m à 25C° **a** = rayon ** 6.2 Choix techniques Comportement du filament **Pour une tension d'alimentation U= 230 V aux bornes du filament, quelle est la puissance PJ dissipée par effet Joule ? Section du filament : πa2 =3,14*(2 10-5)2 = 1,256 10-9 m2. Résistance du filament : R = ρL/(πa2) = 7,1 10-8 *0,4/ 1,256 10-9 =22,6 ohms à 25°C. PJ = U2/R =2302/22,6 = 2,1 103 W Cette puissance dissipée par effet Joule est convertie en chaleur : la température du filament s'élève. Température d'équilibre du filament En régime permanent, la puissance en Joule est égale à la puissance rayonnée : σT4 S = 2,1 103 T = 5,2 103 K. Cette valeur est "#R#impossible#R#",le tungstène a fondu. En réalité la résistivité du tungstène dépend de la température suivant la loi : ρ = AT2 + BT avec A = 2,5 10-14 W m K-2 et B = 2,3 10-10 W m K-1. La température d'équilibre du filament est solution d'une équation du type : ** {{attacher fichier="P11A04formule1.jpeg" description="form" class="center" }} **Source: University of Negev Departement of Electrical engineering La température d'équilibre du filament est solution d'une équation du type : Résistance du filament : **R = ρ L/(π a2) = (AT2 + BT)L/(πa2) PJ = U2/R =U2 πa2/[(AT2 + BT)L] ** En régime permanent, la puissance en Joule est égale à la puissance rayonnée :** σT4 2 πaL =U2pa2/[(AT2 + BT)L] **soit** : {{attacher fichier="P11A04formule2.jpeg" description="form" class="center" }} **K = U2a/ (2L2) =2302*2 10-5 / (2*0,42) = 3,0 V2 m-1** Source: University of Negev Departement of Electrical engineering {{attacher fichier="P11A04diagram.jpeg" description="schema" class="center" }} **La température réelle du filament est voisine de 2850 K, inférieure à la température de fusion : le filament reste solide.** {{attacher fichier="P11A04bilan.jpeg" description="Fig1" class="center" }} Proposition - ** R = ρ L/(π a2) = (AT2 + BT)L/(πa2) -  Le client demande d'utiliser le logiciel SPICE -  Ce logiciel convient pour la modélisation de la résistance variable en fontion de la température -  PSPICE permet de modéliser un sous-circuit pour la gestion éventuelle de la variation de la resistance en fonction de la température -  Création d’un modèle thermoélectrique ** **PSPICE: version gratuite de SPICE** 6.3 SPICE SPICE **( #R#S#R#imulation #R#P#R#rogram with #R#I#R#ntegrated #R#C#R#ircuits #R#E#R#mphasis )** **Les étapes à suivre dans une simulation de circuits avec PSpice sont: · Etape 1 : Dessiner le schéma du circuit avec le module Schematics · Etape 2 : Choisir le type d'analyse {{attacher fichier="P11A04spice.jpeg" description="rond" class="center" }} · Etape 3 : Lancer la simulation · Etape 4 : Tracer les courbes avec le module Probe** 6.4 Exemple de simulation **Pont redresseur à diodes** {{attacher fichier="P11A04courbe.jpeg" description="vol" class="center" }} {{attacher fichier="P11A04Simul.jpeg" description="tore" class="center" }} 6.5 Planning {{attacher fichier="P11A04planning.jpeg" description="plan" class="center" }} 6.6 Jalons **-  20 septembre : Réception des lampes de RENESAS pour les études et le banc d’ essai: H9, H4, H7,P21W, ANSI 1156, R10W, R5W -  30 octobre : Finalisation du choix et validation du modèle -  22 novenbre :Fin projet de soutenance -  30 novembre : Fin implantation du modèle dans SPICE -  15 décembre : Fin étude , réalisation banc d’ essai et validation - Debut janvier : soutenance du projet ** 6.7 Phase critique Problématique du choix technique: -**  Validation du modèle -  Banc de test ayant comme principale paramètre la température ce qui entraîne un probléme dans la capture de la variation de température instantanée ** Proposition: **Réalisation d’un banc d’essai avec les tensions et courants de commande comme principales paramètres** ---- ===={{indiquer ici="Gestion de Projet" texte="Gestion de Projet"}}==== ---- ===={{indiquer ici="W.B.S." texte="W.B.S."}}==== ---- ===={{indiquer ici="Notes d'application" texte="Notes d'application"}}==== {{indiquer ici="sujet 1" texte="sujet 1"}} {{indiquer ici="sujet 2" texte="sujet 2"}} ---- ===={{indiquer ici="Bilan" texte="Bilan"}}==== ---- ===={{indiquer ici="Etat d'avancement" texte="Etat d'avancement"}}==== ---- ===={{indiquer ici="Analyse Critique" texte="Analyse Critique"}}==== ---- ===={{indiquer ici="Perspectives" texte="Perspectives"}}==== ---- ===={{indiquer ici="Bibliographie" texte="Bibliographie"}}==== @@Bilan Personnel@@