Literatura académica sobre el tema "Défaut de circuit-Ouvert (OCF)"

Les hacheurs élévateurs à quatre phases parallèles et à commandes entrelacées (4IBC) sont largement utilisés dans les véhicules électriques à hydrogène (FCEVs) afin d’adapter la tension de la pile à combustible (PAC) au bus DC, assurer la tolérance aux défauts et réduire les ondulations de courant de la PAC. Etant donné que le poids et le volume constituent de réelles contraintes dans ces applications, la topologie du hacheur élévateur à quatre phases parallèles couplées inversement en cascade cyclique (4IBC-IC) a été adoptée. L’objectif de cette thèse consiste à améliorer la disponibilité des convertisseurs DC/DC, qui constitue une préoccupation majeure dans l’électronique de puissance. Dans ce contexte, un contrôle tolérant aux défauts de type court-circuit (SCF) et de type circuit ouvert (OCF), a été développé. La méthode de diagnostic proposée se base sur la mesure de la valeur moyenne des courants des inductances pour pouvoir identifier la phase en défaut, l’isoler et reconfigurer les signaux de commandes des phases saines. La régulation de la tension de sortie et des courants de phases est assurée par des correcteurs PI. Cette approche a été validée par simulation sur Matlab/Simulink et en simulation virtuelle en temps réel (VHIL) sur le logiciel Typhoon. Ces principaux résultats démontrent l'efficacité et la robustesse de cette approche à maintenir un fonctionnement optimal en mode sain et défaillant, sans générer de fausses détections.En raison des difficultés rencontrées pour obtenir des inductances couplées, la validation expérimentale de l’approche proposée a été validée sur un convertisseur 4IBC classique. Le contrôle tolérant aux défauts (FTC) a été exécuté et intégré sur La MicroLabBox DS1202 en utilisant une implémentation mixte entre son processeur et sa carte FPGA. Les résultats expérimentaux valident l’efficacité des résultats de simulation. Cette approche ne nécessite pas de capteurs supplémentaires, ni de temps d'échantillonnage élevé et elle est facile à mettre en œuvre. Elle peut facilement être intégrée aux contrôles existants et peut même être étendue à d'autres topologies de convertisseurs multi-phases.Afin de remédier aux limitations du correcteur PI, une amélioration des boucles de régulations a été proposée en utilisant des contrôleurs non-linéaires, qui sont robustes aux perturbations et aux variations et permettent d'améliorer la dynamique du convertisseur. Cette approche repose sur le contrôle par platitude de la tension de sortie et le contrôle par mode glissant pour la régulation des courants de phases. La particularité de cette amélioration est l'utilisation d'un observateur pour estimer la tension d'entrée et le courant de charge, afin d'optimiser judicieusement le nombre de capteurs sans utiliser de capteurs supplémentaires. L'approche de diagnostic proposée est également intégrée et communique les informations de présence de défauts avec les boucles de régulation et avec l'observateur afin d'optimiser le fonctionnement du convertisseur en mode défaillant. Les résultats de simulation montrent la robustesse de cette approche face aux variations et aux perturbations. Ces contributions améliorent la disponibilité et la robustesse des convertisseurs DC/DC et renforcent la position des FCEVs en tant qu'option viable et prometteuse pour le transport durable
Fuel cell electric vehicles (FCEVs) are seen as potential solutions and represent one of the most recent advances in the field of transport to reduce CO2 emissions. As the fuel cell is the main power source, a boost converter is required to increase its low voltage and adapt it to the DC bus voltage. The four-phase interleaved DC/DC boost converter with inverse cyclic cascade coupled inductors (4IBC-IC) has been confirmed as the most suitable architecture for fuel cell electric vehicles. Not only does it improve efficiency and reduce the converter’s size, but it also helps to extend the fuel cell's lifespan by reducing input current ripple. Since semiconductors are very fragile components, they can fail and degrade fuel cell system performance. Even if the converter architecture is fault-tolerant, it requires a fault-tolerant controller to ensure optimal operation in the event of disturbances or faults. In this context, a signal-based fault-tolerant control is proposed in this thesis to diagnose both short-circuit fault (SCF) and open-circuit-fault (OCF). Once the fault is detected, it is isolated by the control unit and the converter architecture is then reconfigured according to the fault location to ensure optimal operation. PI correctors are implemented to ensure the regulation of the output voltage and phase currents. Due to the unavailability of coupled inductors, this approach has been validated experimentally on a classical four-phase interleaved boost converter (4IBC) test bench using the MicroLabBox DS1202 with its processor and internal FPGA board to implement the fault-tolerant control.Simulation, on Matlab/Simulink and virtual hardware simulation (VHIL), and experimental results validate the robustness of the proposed fault-tolerant control. It is easy to implement and can quickly identify faults without the need for additional sensors. It operates efficiently without requiring high sampling rates, addressing one of the key limitations of signal-based methods. Given its simplicity of implementation, the proposed method can be easily integrated into existing controls and can even be extended to other multilevel converter topologies.To improve the robustness of the control unit, a novel fault-tolerant robust control approach has been proposed by replacing the traditional PI controllers with flatness-based and sliding mode controllers while incorporating an observer. The observer plays a key role in accurately estimating the input voltage and load current, ultimately ensuring high robustness against disturbances. A judicious optimization of the number of sensors is thus achieved, minimizing the cost and the probability of measurement errors. Simulation results in the Matlab/Simulink environment confirm the effectiveness of this approach. This significant contribution strengthens the reliability and robustness of DC/DC converters with coupled inductors and consolidates the position of the FCEVs as a promising sustainable mobility solution

Le principal objectif de nos travaux était l’établissement de modèles suffisamment précis pour étudier le comportement des machines électriques en présence d’un défaut de court-circuit entre spires et d’en déduire les signatures pertinentes pour la détection de ce type de défaut. L’autre objectif était de dimensionner des machines électriques à courant de court-circuit d’amplitude limitée pour réduire le risque de propagation du défaut. La première approche de modélisation consiste à effectuer une étude complète en utilisant la méthode d’éléments finis pas à pas dans le temps. Les résultats obtenus par ce modèle "éléments finis" concernant une MSAP et une MAS, saines et aussi en présence de plusieurs défauts "entre spires" de niveaux de sévérité différents, concordent avec ceux obtenus expérimentalement sur deux bancs d’essai. La seconde approche a consisté à mettre au point un modèle "circuits électriques" dont la complexité dépend du type de structure magnétique et du type de bobinage de la machine étudiée. Nous avons proposé deux méthodes de détermination des paramètres : 1- des méthodes numériques (éléments finis) ; 2- l’établissement des nouvelles expressions analytiques. Dans le dernier chapitre, une méthode basée sur la segmentation des aimants sous un pôle qui n’est en fait qu’une démultiplication du nombre de pôles au rotor sans modification du bobinage statorique est proposée est utilisé pour réduire le courant de défaut
The main objective of this research is to establish the sufficiently precise models to study the behavior of electrical machines in the presence of inter-turn short circuit fault and then find the relevant signatures to detect this type of fault. The other objective is to design a limited short-circuit current electrical machines to reduce the risk of fault development. The first modeling approach is a comprehensive study using the time stepping finite element method. The results obtained by this model "finite element" on a MSAP and MAS, healthy and faulty, for different levels of fault severity, are close with those obtained experimentally by two test benches. The second approach is to develop a model circuit electric, whose complexity depends on the type of magnetic structure and the type of machine winding. We have proposed two methods for determining the model parameters: 1 - numerical methods (FEM) which require long time bur very precise; 2 – establish new analytical expressions which is fast but less precise. In the last part, a method based on segmentation of the magnet is presented in order to reduce the short circuit current. The segmented PM motor contains the reduced fault current and can be used in the application which requires high degree of reliability

Le principal objectif de nos travaux était l’établissement de modèles suffisamment précis pour étudier le comportement des machines électriques en présence d’un défaut de court-circuit entre spires et d’en déduire les signatures pertinentes pour la détection de ce type de défaut. L’autre objectif était de dimensionner des machines électriques à courant de court-circuit d’amplitude limitée pour réduire le risque de propagation du défaut. La première approche de modélisation consiste à effectuer une étude complète en utilisant la méthode d’éléments finis pas à pas dans le temps. Les résultats obtenus par ce modèle "éléments finis" concernant une MSAP et une MAS, saines et aussi en présence de plusieurs défauts "entre spires" de niveaux de sévérité différents, concordent avec ceux obtenus expérimentalement sur deux bancs d’essai. La seconde approche a consisté à mettre au point un modèle "circuits électriques" dont la complexité dépend du type de structure magnétique et du type de bobinage de la machine étudiée. Nous avons proposé deux méthodes de détermination des paramètres : 1- des méthodes numériques (éléments finis) ; 2- l’établissement des nouvelles expressions analytiques. Dans le dernier chapitre, une méthode basée sur la segmentation des aimants sous un pôle qui n’est en fait qu’une démultiplication du nombre de pôles au rotor sans modification du bobinage statorique est proposée est utilisé pour réduire le courant de défaut
The main objective of this research is to establish the sufficiently precise models to study the behavior of electrical machines in the presence of inter-turn short circuit fault and then find the relevant signatures to detect this type of fault. The other objective is to design a limited short-circuit current electrical machines to reduce the risk of fault development. The first modeling approach is a comprehensive study using the time stepping finite element method. The results obtained by this model "finite element" on a MSAP and MAS, healthy and faulty, for different levels of fault severity, are close with those obtained experimentally by two test benches. The second approach is to develop a model circuit electric, whose complexity depends on the type of magnetic structure and the type of machine winding. We have proposed two methods for determining the model parameters: 1 - numerical methods (FEM) which require long time bur very precise; 2 – establish new analytical expressions which is fast but less precise. In the last part, a method based on segmentation of the magnet is presented in order to reduce the short circuit current. The segmented PM motor contains the reduced fault current and can be used in the application which requires high degree of reliability

La sûreté de fonctionnement de la conversion d’énergie est indispensable pour un grand nombre d’applications, en particulier lors de la mise en œuvre de convertisseurs multiniveaux. Par conséquent, il est important d’assurer la continuité de service de ces convertisseurs, lors de la défaillance d’un des semi-conducteurs. Dans cet objectif, ce mémoire propose un onduleur monophasé multiniveaux à tolérance de pannes, de structure Neutral Point Clamped (NPC) en pont en H, à cinq niveaux. L’algorithme de diagnostic de défaut est basé sur une étude préliminaire des modes de défaillance et repose donc sur analyse des conséquences d’un défaut, basée sur de la logique. Il ne nécessite ni modélisation des composants de l’onduleur, ni calculs complexes. Bien que moins sujettes à défaillance que les interrupteurs actifs, les diodes de clamp peuvent également être en défaut. Dans ce mémoire, l’identification d’une diode de clamp défaillante est également étudiée. De plus, un quantificateur de tension est mis en œuvre lors du diagnostic, afin d’éviter toute fausse détection en raison des erreurs de mesure et des chutes de tension dans le circuit. Suite au diagnostic d’un défaut, des mesures correctives sont appliquées afin de pouvoir assurer la tension et le courant de sortie à leurs valeurs nominales, lors de la défaillance en circuit ouvert d’un interrupteur actif, d’une diode de clamp ou d’une diode de roue libre. Le contenu harmonique des grandeurs électriques de sortie de l’onduleur n’est donc pas affecté par le défaut. La structure proposée pour l’onduleur à tolérance de pannes ne comporte ni contacteur, ni interrupteurs bidirectionnels ; les mesures correctives peuvent donc être appliquées très rapidement. Une sélection de résultats de simulation et de résultats expérimentaux illustre et démontre l’efficacité et la validité de l’approche proposée. Un défaut est détecté en 20 µs et localisé entre 20 et 60 µs après son apparition, selon le semi-conducteur défaillant (interrupteur actif ou diode de clamp)
Ensuring service continuity in safety-critical applications is indispensable. In some of these applications, the multilevel inverters play a vital role. Hence, employing a multilevel converter with fault tolerant feature is of great importance. In this regard, a fault tolerant five-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter is proposed in this research work. The proposed fault diagnosis algorithm is based on failure mode analysis, which is a logic based approach. The realization of this strategy does not require any component modeling and complicated calculations. Although switches are more fragile than clamping diodes, clamping diodes are also subjected to breakdown. Hence, identification of a defective clamping diode is also studied in this research work. Moreover, for fault detection procedure, a voltage quantifier is proposed to avoid any misdiagnosis arising from measurement errors and voltage drop in the circuit. Following to the fault diagnosis, the proposed fault tolerant strategy aims to restore the rated voltage and current at the inverter terminal in the presence of an open-circuit fault in a switch or in a clamping or anti-parallel diode. Compared with healthy operation, harmonic content of the terminal voltage and current is not increased. The proposed fault tolerant structure does not include any contactor or bidirectional switch, which allows fast triggering of fault tolerant operation. The simulation and experimental results are presented to validate the effectiveness of the proposed approaches. A fault is detected in 20 µs and localized between 20 and 60 µs after occurrence, depending on the faulty semiconductor (switch or clamping diode)

This work is dedicated to faulty induction motors. These motors are often used in industrial applications thanks to their usability and their robustness. However, nowadays optimisation of production becomes so critical that the conceptual reliability of the motor is not sufficient anymore. Motor condition monitoring is expanding to serve maintenance planning and uptime maximisation. Moreover, the use of drive control sensors (namely stator current and voltage) can avoid the installation and maintenance of dedicated sensors for condition monitoring.

Many authors are working in this field but few approach the diagnosis from a detailed and clear physical understanding of the localised phenomena linked to the faults. Broken bars are known to modulate stator currents but it is shown in this work that it also changes machine saturation level in the neighbourhood of the bar. Furthermore, depending on the voltage level, this change in local saturation affects the amplitude and the phase of the modulation. This is of major importance as most diagnosis techniques use this feature to detect and quantify broken bars. For stator short-circuits, a high current is flowing in the short-circuited coil due to mutual coupling with the other windings and current spikes are flowing in the rotor bars as they pass in front of the short-circuited conductors. In the case of rotor eccentricities, the number of pole-pairs and the connection of these pole-pairs greatly affect the airgap flux density distribution as well as the repartition of the line currents in the different pole-pairs.

These conclusions are obtained through the use of time-stepping finite element models of the faulty motors. Moreover, circuit models of faulty machines are built based on the conclusions of previously explained fault analysis and on classical Park models. A common mathematical description is used which allows objective comparison of the models for representation of the machine behaviour and computing time.

The identifiability of the parameters of the models as well as methods for their identification are studied. Focus is set on the representation of the machine behaviour using these parameters more than the precise identification of the parameters. It is shown that some classical parameters can not be uniquely identified using only stator measurements.

Fault detection and identification using computationally cheap models are compared to advanced detection through motor stator current spectral analysis. This last approach allows faster detection and identification of the fault but leads to incorrect conclusions in low load conditions, in transient situations or in perturbed environments (i.e. fluctuating load torque and unideal supply). Efficient quantification of the fault can be obtained using detection techniques based on the comparison of the process to a model.

Finally, the work provides guidelines for motor supervision strategies depending on the context of motor utilisation.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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De nos jours, l’exploitation des énergies renouvelables afin de générer de l’électricité est en croissance soutenue puisqu’elles sont à ressource illimitée, gratuites et ne provoquent pas de déchets ou d’émissions polluantes. Dans cette thèse, on se propose d’étudier l’un de ces types d’énergie à savoir l’énergie issue des courants marins. Il s’agit plus particulièrement de s’intéresser à la commande tolérante aux défauts des systèmes de récupération de l’énergie des courants marins. Le potentiel de la production d'électricité à partir des courants marins est estimé à une production de 100 GW dans le monde. Cependant, ces chaînes de conversion d’énergie sont exposées et soumises à des contraintes fonctionnelles et environnementales importantes et sévères. Ces contraintes favorisent inévitablement la dégradation des performances des différents blocs fonctionnels de ces systèmes et l’accélération de leur processus de vieillissement, conduisant ainsi à l’apparition des défauts d’origines mécaniques et/ou électriques. Ainsi, la mise en place des techniques de commande tolérantes aux défauts de ces systèmes permettra d’améliorer la fiabilité, les performances et réduire les coûts relatifs au fonctionnement en mode dégradé et aux opérations de maintenance. Le but des travaux de cette thèse est l’étude, la modélisation et la simulation d’une chaîne de conversion hydrolienne à vitesse variable dans le cas sain et le cas d’un défaut (soit au niveau de la machine synchrone à aimants permanents (défaut de la désaimantation) ou au niveau du convertisseur statique (défaut d’un circuit ouvert d’un interrupteur). Il s’agira donc d’étudier les différentes commandes tolérantes aux défauts utilisées en cas d’un défaut au niveau de la génératrice ou au niveau de l’électronique de puissance associée
Nowadays, the exploitation of renewable energies in order to generate electricity is growing steadily because they are unlimited resources, free and don’t cause waste or polluting emissions. In this context, it is proposed to study one of these types of energy, which is marine currents energy. In particular, we are interested in fault-tolerant control of tidal turbines. The potential for power generation from marine currents is estimated at 100GW in the world. However, tidal turbines are submitted to severe operational and environmental constraints. These constraints inevitably will lead to these systems performance degradation and the acceleration of their aging process, thus leading to the occurrence of mechanical and/or electrical faults. The implementation of fault-tolerant control techniques will improve the tidal turbines reliability, performance, and reduce costs relating to maintenance operations. The aim of this thesis is to study, model, and simulate a tidal turbine system in healthy and faulty conditions (either in the converter (switch open circuit) or in the permanent magnet synchronous generator (magnet failure). Various fault-tolerant control approaches are therefore evaluated and compared under these specific failure It will therefore be necessary to study the various fault-tolerant controls used in the event of a fault in the generator or in the associated power electronics

Aujourd'hui, les systèmes photovoltaïques connectés au réseau sont de plus en plus utilisés parmi les systèmes à énergies renouvelables. L’élément clé du système de conversion de puissance est le convertisseur statique connecté au réseau. Pour les applications de faible puissance, le convertisseur monophasé est le meilleur compromis. Les structures de conversion mono-étage permettent d’avoir un rendement plus élevé ainsi qu'un coût et une taille réduits. Cependant, dans des conditions de faible irradiation la tension PV chute, ce qui entraîne l'arrêt de l'onduleur et la perte totale de puissance injectée. Par conséquent, les systèmes à un étage de conversion souffrent d'une plage de fonctionnement réduite. Dans ce travail, nous proposons des solutions pour améliorer le rendement et la fiabilité des systèmes mono-étage connectés au réseau. Pour cela, dans la première partie, un contrôleur basé sur le mode glissant terminal rapide est combiné à un contrôle direct de la puissance. Il est associé à un algorithme de suivi du point de puissance maximale. Les simulations et les résultats expérimentaux sur un banc d'essai de 1kW montrent l'efficacité de la proposition en termes de performance dynamique, de faible distorsion harmonique totale et de robustesse aux variations d'irradiance. Les systèmes mono-étage sont également confrontés à une ondulation de puissance sur le bus continu à la fréquence double de celle du réseau. Ces ondulations de puissance sont néfastes à la durée de vie des panneaux solaires. Ainsi, la deuxième partie de ce travail propose de développer un dispositif qui simultanément réduit les ondulations de puissance et compense la chute de tension. Le dispositif est constitué de deux convertisseurs statiques : un flyback à faible puissance et un pont complet (H-bridge). Le compensateur hybride augmente la plage de fonctionnement de l'onduleur, empêchant son arrêt. Il contribue aussi à augmenter la fiabilité du système. Un banc expérimental de 1kW a été dimensionné et réalisé. Il a permis d’évaluer le dispositif sur plusieurs points de fonctionnement. Les résultats en régime permanent montrent que le compensateur hybride peut simultanément réaliser une atténuation de 85% des ondulations de puissance et une compensation de 20% de la chute de tension. Le dispositif a également de bonnes performances en régime transitoire. Dans la troisième partie de ce travail, la surveillance des modules PV est abordée afin d'augmenter la fiabilité. La méthode proposée est basée sur la spectroscopie d'impédance. Elle ne nécessite pas d’équipement supplémentaire car elle utilise le circuit qui permet d’atténuer les ondulations de puissance. De plus elle ne nécessite pas d'interrompre la production d'électricité. Les résultats de simulation, à l'aide de MATLAB-Simulink®, montrent une réduction de plus de 80% de l'amplitude des ondulations de la tension aux bornes des modules PV. Les résultats montrent que la spectroscopie d'impédance permet d’estimer les paramètres de l'impédance du module PV avec une erreur relative inférieure à 5%. L’évolution de ces paramètres en cours de fonctionnement devrait permettre de surveiller l’état de santé du panneau
Today, grid-connected photovoltaic systems are becoming an increasingly important part of renewable energy. The power conversion system's heart is the grid-connected interface converter based on power electronics. The single-phase inverter is the best compromise for low power applications as an interface for power conversion. Single-stage systems offer higher efficiency and lower cost and size. However, the PV voltage drops under low irradiance conditions, leading to inverter shut down and the total injected power loss.As a consequence, single-stage systems suffer from a low operating range. This work addresses the critical issues of the single-stage single-phase grid-connected PV system, including reliability and efficiency. A fast terminal sliding mode combined with direct power control is proposed in the first part. It is associated with a maximum power point tracking algorithm with power output. Simulations and experimental results on a 1kW test bench show the proposal's effectiveness in terms of dynamic performance, low total harmonic distortion and robustness to irradiance variations. Single-phase power systems also face pulsating power at twice the mains frequency on the DC bus. This pulsating power should not be transferred to the PV side as it reduces the efficiency of the solar panel. Thus, the second part of this work proposes a dual-function decoupling circuit: it mitigates pulsating power and compensates for the voltage drop. Thanks to the following additional power converters, these objectives are fulfilled: a low power flyback and an H-bridge. The hybrid compensator increases the inverter's operating range, prevents its shutdown, and increases the system reliability. A 1kW experimental bench has been designed to evaluate the proposal for several operating points. The steady-state results show that the hybrid compensator can simultaneously achieve 85% compensation of the pulsating power and 20% compensation of the voltage drop. The circuit also shows good transient responses. In the third part of this work, monitoring and fault diagnosis of PV modules are addressed to increase system reliability, efficiency, and safety. The proposed fault diagnosis method is based on online PV impedance spectroscopy without additional equipment. It does not require interrupting the power production and uses the pulsating power decoupling circuit as an impedance spectroscopy tool. The simulation results, using MATLAB-Simulink®, show a reduction of more than 80% ripples amplitude of the PV modules terminal voltage. The results also show that impedance spectroscopy can estimate the PV module impedance parameters with a lower than 5% relative error. The evolution of these parameters during operation should make it possible to monitor the health of the panel