Literatura académica sobre el tema "Défaut de court-Circuit (SCF)"

La contribution des générateurs photovoltaïques ‘GPV’ au courant de défaut dans un réseau de distribution a des conséquences directes sur leur protection et modifiera, par conséquent, le réglage des seuils de protection. La sélectivité et la sensibilité des protections peuvent être fortement perturbées et provoquées le déclenchement intempestif d’un circuit sain ou l'aveuglement de la protection d’un circuit en défaut, et engendrera des problèmes de surcharges sur les lignes de transport, les transformateurs de puissance et des chutes de tension. L’objectif de ce travail est d’étudier le comportement du réseau de distribution électrique de 29 départs sur le réseau électrique du site de Ghardaïa, suite à l’insertion d’une centrale solaire photovoltaïque de 20 MW, dont la mise en service est programmée pour l’année 2015. Ce travail se focalisera particulièrement sur les conséquences engendrées au niveau des pertes de puissance, de la tension et de l’effet de l’injection au niveau des postes, et sur les courants de court-circuit. Les résultats de simulations d’évaluation des pertes de puissance globales du réseau de distribution, ainsi que le calcul de la tension dans chaque noeud par la résolution du problème d’écoulement des charges permettront d’évaluer l’impact de l’insertion du photovoltaïque sur la tension du réseau moyenne tension et la puissance de court-circuit du réseau, et de déterminer le meilleur emplacement de la future centrale PV de Ghardaïa.

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

D’une manière générale l’étude des machines électriques peut être entreprise suivant différents niveaux de complexité. L’approche la plus simple considère une machine idéalisée pour laquelle on s’intéresse aux phénomènes principaux, notamment ceux qui génèrent le couple électromagnétique moyen. Si on s’intéresse aux phénomènes secondaires, parfois difficiles à appréhender, comme les bruits et vibrations, les pertes fer, ou le flux de dispersion des machines électriques, il est nécessaire d’avoir une approche plus complexe. C’est dans ce contexte que s’inscrit notre travail dans lequel on s’intéressera plus particulièrement à la machine asynchrone fonctionnant dans des régimes nonconventionnels. L’originalité de notre étude réside dans l’analyse, par une approche semi analytique, des phénomènes précités dans des cas d’une machine présentant un défaut de court-circuit entre spires statoriques. Les objectifs de ce travail sont multiples, on s’intéressera tout d’abord à l’étude de l’effet du défaut sur les phénomènes générés par la denture de manière à pouvoir apprécier son importance sur les dégradations des performances de la machine. Le deuxième point consiste à étudier les moyens de minimisation des pertes fer et des vibrations par conception, en ajustant certains paramètres géométriques de la machine, évitant ainsi le recours à des actions extérieures comme l’injectiond’harmoniques de courant. Le dernier point consiste à corréler les pertes fer et les vibrations avec le champ magnétique de dispersion. Cette corrélation permet par exemple d’estimer le niveau de dégradation des performances lors d’un fonctionnement non conventionnel de la machine
In a general way the electrical machines study can be undertaken according to various levels of complexity. The simplest approach considers an idealized machine for which we are interested in the main phenomena, in particular those that generate the average electromagnetic torque. If we are interested in the secondary phenomena, sometimes difficult to analyze, as the vibrations and noise, the iron losses, or the external magnetic field of the electrical machines, it is necessary to have a more complex approach. It is in this context that joins our work in which we shall be interested more particularly in the induction machine working in unconventional conditions. The originality of our study lies in the analysis, by a semi analytical approach, of aforesaid phenomena in cases of a machine presenting an inter turn short circuit. The objectives of this work are multiple, we shall be interested first in the study of the effect of the default on the phenomena generated by the slotting effect so as to be able to appreciate its importance on the machine performances degradation. The second point is to explore the ways to minimize iron losses and vibration by conception, by adjusting some machine geometrical parameters, so avoiding the recourse to outside actions as the current harmonic injection. The last point consists in correlating the iron losses and the vibrations to the external magnetic field. This correlation allows for example to estimate the performance degradation level during a machine unconventional running

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..

Dans les systèmes embarqués, les actionneurs électriques remplacent de plus en plus les actionneurs hydrauliques pour des raisons de compacité et de manœuvrabilité. Cependant, il est nécessaire que ces actionneurs électriques soient au moins aussi fiables ou disponibles que leurs homologues hydrauliques. Il faut donc choisir les topologies d'alimentation et d'entraînement adaptées pour ces actionneurs de sorte que le système d'actionnement puisse être reconfiguré en cas de défaillance dans la chaîne de conversion électromécanique. Pour qu'en cas d'apparition d'une panne, la continuité de service puisse être assurée, il est important que différents types de défaut d'un actionneur puisse être détectés à temps. Dans ce mémoire nous avons développé deux aspects de la continuité de service des machines synchrones à aimants permanents. Le premier concerne la commande sans capteur des actionneurs synchrones à aimants permanents, avec l’amélioration de sa robustesse, puis ensuite nous montrons comment cette commande peut-être utilisée de façon fiable pour assurer la continuité de service en cas de perte du capteur mécanique. Le deuxième aspect abordé est la détection de défaut d'isolation inter-spires des bobines statoriques des machines synchrones à aimants permanents commandées par un onduleur de tension en régulation de courant ou en régulation de vitesse. Dans un premier temps nous proposons un modèle de machine présentant le type de défaut à détecter et en déduisons deux méthodes. Ces deux méthodes exploitent le déséquilibre de la machine, elles sont vérifiées expérimentalement. Une troisième méthode basée sur l’estimation de résistance est présentée. Ces trois méthodes sont des méthodes fonctionnant « en ligne » et ne nécessitant pas de capteur supplémentaire par rapport à une commande classique
In embedded systems, electric actuators tend to replace hydraulic ones for compactness and manoeuvrability reasons. However, these electric actuators should be as reliable as hydraulic ones. For these actuators, adapted power topologies should be chosen in order to operate even if a failure occurs in the electromechanical conversion chain. To ensure the continuity of service in fault case, different kinds of actuator’s failures should be detected in time. Obviously, the detection methods should be adapted to the fault types. In this work, we developed two aspects related to the continuity of service, the first one on the sensorless control of permanent magnet synchronous machines (PMSM), its robustness and its application in mechanical sensor loss case. The second one deals with the detection of inter-turn insulation fault in stator windings of permanent magnets synchronous machines supply by voltage inverter. In a first time a PMSM model with inter-turn fault is developed, this model allows us to propose two detection methods. Both methods are based on the electric unbalance of the machine and are experimentally validated. Finally a third method based on resistance estimation is presented. These three methods are real time methods and no extra sensor is needed for a standard control

Dans les systèmes embarqués, les actionneurs électriques remplacent de plus en plus les actionneurs hydrauliques pour des raisons de compacité et de manœuvrabilité. Cependant, il est nécessaire que ces actionneurs électriques soient au moins aussi fiables ou disponibles que leurs homologues hydrauliques. Il faut donc choisir les topologies d'alimentation et d'entraînement adaptées pour ces actionneurs de sorte que le système d'actionnement puisse être reconfiguré en cas de défaillance dans la chaîne de conversion électromécanique. Pour qu'en cas d'apparition d'une panne, la continuité de service puisse être assurée, il est important que différents types de défaut d'un actionneur puisse être détectés à temps. Dans ce mémoire nous avons développé deux aspects de la continuité de service des machines synchrones à aimants permanents. Le premier concerne la commande sans capteur des actionneurs synchrones à aimants permanents, avec l’amélioration de sa robustesse, puis ensuite nous montrons comment cette commande peut-être utilisée de façon fiable pour assurer la continuité de service en cas de perte du capteur mécanique. Le deuxième aspect abordé est la détection de défaut d'isolation inter-spires des bobines statoriques des machines synchrones à aimants permanents commandées par un onduleur de tension en régulation de courant ou en régulation de vitesse. Dans un premier temps nous proposons un modèle de machine présentant le type de défaut à détecter et en déduisons deux méthodes. Ces deux méthodes exploitent le déséquilibre de la machine, elles sont vérifiées expérimentalement. Une troisième méthode basée sur l’estimation de résistance est présentée. Ces trois méthodes sont des méthodes fonctionnant « en ligne » et ne nécessitant pas de capteur supplémentaire par rapport à une commande classique
In embedded systems, electric actuators tend to replace hydraulic ones for compactness and manoeuvrability reasons. However, these electric actuators should be as reliable as hydraulic ones. For these actuators, adapted power topologies should be chosen in order to operate even if a failure occurs in the electromechanical conversion chain. To ensure the continuity of service in fault case, different kinds of actuator’s failures should be detected in time. Obviously, the detection methods should be adapted to the fault types. In this work, we developed two aspects related to the continuity of service, the first one on the sensorless control of permanent magnet synchronous machines (PMSM), its robustness and its application in mechanical sensor loss case. The second one deals with the detection of inter-turn insulation fault in stator windings of permanent magnets synchronous machines supply by voltage inverter. In a first time a PMSM model with inter-turn fault is developed, this model allows us to propose two detection methods. Both methods are based on the electric unbalance of the machine and are experimentally validated. Finally a third method based on resistance estimation is presented. These three methods are real time methods and no extra sensor is needed for a standard control

La sophistication et la multiplication des systèmes de production de l'énergie électrique de nos jours, caractérisent les évolutions technologiques ainsi que celles des sociétés humaines. L'énergie électrique provenant des systèmes de production est un facteur essentiel pour le développement et l’amélioration des conditions de vie et des activités industrielles. Dans les systèmes de production de l'énergie électrique, comme dans le domaine des entraînements électriques, pouvant fonctionner à vitesse variable, la machine asynchrone à double alimentation (MADA) occupe de plus en plus de place. Cette machine est particulièrement appréciée car elle offre des avantages par rapport aux autres types de machines électriques comme la fiabilité, la robustesse et un coût moins élevé. C'est ce type de machine qui est monté dans la plupart des éoliennes actuelles.Cependant, malgré les avantages de cette machine, elle n'est pas à l'abri de défaillances. Ces dernières, les plus courantes, sont répertoriées comme suit : a) le court-circuit sur les enroulements statoriques et rotoriques, b) les cassures des barres du rotor, c) les défauts des roulements, d) les défauts d'excentricité de l'entre fer. Dans le cadre de la maintenance, ces types de défauts doivent être détectés à l'état naissant et être localisés, car ils risquent d'engendrer des coûts de maintenance élevés, des arrêts de production et des dégradations importantes du système.Le diagnostic d'un tel système incite les laboratoires de recherches aussi bien industriels que académiques, à mettre au point des dispositifs de surveillance performants. Plusieurs méthodes ont été étudiées dans ce domaine, afin de pouvoir réagir au plus vite et éviter une aggravation nuisible des défauts. Le but, étant d'assurer le fonctionnement du système, la production de l'énergie électrique et la diminution des coûts de maintenance. Ces études sont toujours d'actualité dans les différents centres de recherches.Ce manuscrit de thèse présente de nouvelles méthodologies de diagnostic de défauts de court-circuit entre spires dans l'enroulement statorique d'une MADA. Ces approches peuvent être développées à base d'un modèle ou issues des évolutions des amplitudes des composantes en harmoniques du signal vibratoire ou encore provenant de l'analyse des grandeurs caractéristiques de la forme géométrique des courants suivant les taux de court-circuit. Les grandeurs physiques exploitées sont les vibrations (seulement pour le cas expérimental) et les courants (cas théorique et expérimental). L'exploitation des méthodes présentées recourent à des techniques classiques comme la Transformée de Fourier (T.F) et l'Approche Vectorielle de Park (AVP). La T.F est utilisée afin d'observer l'évolution spectrale des harmoniques et plus particulièrement de leur amplitude. Ensuite, l'AVP est utilisée pour exploiter les grandeurs caractéristiques de la forme géométrique des courants. La MADA est modélisée analytiquement par le modèle des circuits à couplages multiples. Les approches proposées dans ce travail ont été simulées sur Matlab, puis validées sur un dispositif réel exploitant une machine asynchrone à rotor bobiné de 0,3kW. La MADA étudiée peut présenter un taux de court-circuit entre spires de 2,5%, 5%, 10%, 20%, 30% à 40% sur une phase (phase A)
Nowadays, the sophistication and the multiplication of electrical power systems, characterize technological and human society evolutions. Electrical energy from production systems is an essential factor for the development and improvement of living conditions and industrial activities. In electric power systems, as in the field of electric drives, which can be operated at variable speed, the Doubly Fed Induction machine (DFIM) occupies more and more space. This machine is particularly appreciated because it offers advantages over other types of electric machines such as reliability, robustness, and lower cost. It is this type of machine that is used in most current wind turbines.However, despite the advantages of this machine, it is not immune to failures. The most common ones are listed as follows: a) short circuit on stator and rotor windings, b) rotor bar breaks, c) bearing faults, d) eccentricity faults of the iron gap. In the case of maintenance, these types of defects must be detected in their early stages and located, because they can lead to high maintenance costs, production downtime and significant degradation.The diagnosis of such system encourages researches in laboratories, both industrial and academic, to develop effective monitoring devices. Many methods have been studied in this field, in order to be able to react as soon as possible and to avoid a harmful aggravation of defects. The aim is to ensure operation of the system, production of electrical energy and reduction of maintenance costs. These studies are still ongoing in the various research centers.This manuscript presents new methodologies to diagnose short circuit faults between turns in stator winding of a DFIM. These developed approaches are based on a model or from amplitudes of harmonic components of vibratory signal or from characteristics of geometric shape of currents according to short-circuit rates. The analized signals are vibrations (only for experimental case) and currents (theoretical and experimental cases). The presented methods use classical techniques such as the Fourier Transform (FT) and the Park Vector Approach (PVA). The FT is used to observe the spectral evolution of the harmonics and more particularly of their amplitude. Then, PVA is used to exploit characteristics of geometrical shape of currents. The DFIM is analytically modeled by multi-coupled circuit model. In this work, the proposed approaches were simulated on Matlab environment and validated on a real device using a 0.3kW wound rotor asynchronous machine (DFIM). The studied DFIM can be configurated with a short circuit rate between turns of 2.5%, 5%, 10%, 20%, 30% to 40% on one phase (phase A)

Ce travail a pour objectif de développer des techniques de surveillance non-invasives sur des machines électriques tournantes de sorte que leurs mises en place soient aisées en environnement industriel. A cet effet, deux méthodes indépendantes sont décrites dans ce mémoire : un diagnostic de défaillances électriques dans des alternateurs connectés au réseau et une étude exploratoire afin d'évaluer la température interne de machines électriques industrielles.La première méthode repose sur l'analyse de deux grandeurs physiques : le champ magnétique rayonné à l'extérieur de la carcasse et les vibrations de la machine tournante. Des modèles mathématiques ont été développés afin de corréler des phénomènes magnétiques et mécaniques qui interviennent dans trois états de la machine : sain et en deux défauts de courts-circuits au stator et au rotor. Ces résultats ont ensuite été validés expérimentalement en laboratoire ainsi que sur des machines de grande puissance en environnement industriel. Un prototype de diagnostic capable de réaliser un examen de défaillance de courts-circuits sur des machines à fort courant a été proposé.Dans un deuxième temps, la méthode d'estimation de la température s'appuie sur des constats relatifs à la variation des caractéristiques des matériaux qui composent un enroulement lorsque la température augmente. Ainsi, la localisation des fréquences de résonances de l'impédance sont impactées. Ce dernier constat a été vérifié expérimentalement.Ce travail de thèse a permis de vérifier la faisabilité des méthodes de diagnostic et de surveillance en ligne dans des machines tournantes avec un minimum d'intrusivité, ceci dans un environnement industriel
This work aims to develop non-invasive monitoring techniques on AC rotating machines so that their implementation is easy in an industrial environment. For this purpose, two independent methods are described: a fault diagnosis in alternators connected to the local power gird and an exploratory study to evaluate the internal temperature of AC rotating machines.The first method relies on the analysis of two physical magnitudes: the stray magnetic field radiated outside from the external frame and the vibrations content of machine structure. Mathematical models have been developed in order to correlate magnetic and mechanical phenomena which occur in three different machine states: healthy and in two winding short-circuit faults both in the stator and in the rotor. These results were then validated experimentally in laboratory as well as on large machines in industrial environment. A first diagnostic prototype is presented capable to be implemented in industrial environment in order to detect short-circuit faults in larges alternators.In a second time, a temperature estimation method is proposed based on observations concerning variations in material characteristics of windings as temperature increases. Thus, the localizations of impedance resonant frequencies are impacted, which was verified experimentally as well.This thesis work allowed to verify diagnostic feasibility and on-line monitoring methods in rotating machines in a non-invasive way in industrial environments

Le travail présenté dans cette thèse propose des nouvelles méthodes de diagnostic des défauts dans les machines à courant alternatif. Les procédures de diagnostic décrites sont fiables, originales, peu coûteuses et simples à mettre en œuvre. Elles présentent l’avantage d’être non invasives et viennent éliminer le principal inconvénient présenté par les autres méthodes de diagnostic déjà connues qui ont recours à la comparaison avec un état supposé sain et connu. L’analyse porte principalement sur le champ magnétique de dispersion, plus particulièrement ses composantes axiales et radiales qui présentent des sensibilités différentes aux défauts. À cet effet, les phénomènes dus aux défauts de court-circuit entre spires dans le bobinage statorique, l’excentricité et la rupture de barres rotoriques, sont étudiés. Il est abordé en particulier les effets de ces défauts dans le cas de la machine asynchrone et celui de la machine synchrone sur le champ axial et sur le champ radial. Pour chaque défaut, des signatures spécifiques sont mises en évidence et expliquées par la modélisation analytique et la modélisation numérique qui comprend les méthodes par circuits électriques couplés et méthodes par éléments finis. Des défauts ont été créés au rotor et au stator sur différentes machines, afin de valider expérimentalement les méthodes de diagnostic proposées
The work described in this thesis proposes new procedures to diagnose faults in AC machines. The diagnostic procedures described are reliable, original, inexpensive and simple to implement. They have the advantage of being noninvasive and just get rid from the main drawback presented by other diagnostic methods based on a comparison with a healthy state assumed to be known. The analysis focuses on the magnetic field dispersion in the vicinity of the machine, especially its radial an axial distribution which presents different sensitivity according to various faults. To this end, the phenomena due to inter-turn short-circuit faults in the stator winding, rotor eccentricity and broken rotor bars, are studied in the case of an induction machine and a synchronous machine. For each fault, specific signatures are identified and justified by analytical modeling and numerical method of analysis including coupled electric circuit and finite element methods. Defects have been created in the rotor and stator on different machines in order to validate experimentally the suggested diagnostic procedures