Contribution à l'étude des machines électriques en présence de défaut entre-spires : modélisation - Réduction du courant de défaut, Contribution for study of electrical machines with enter-turn faults : modeling reduce of fault current

Babak Vaseghi

Description

Sous la direction de Farid Meibody-Tabar, Noureddine Takorabet
Thèse soutenue le 03 décembre 2009: INPL
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
-Machine synchrone à aimants permanents
-Diagnostic
-Tolérant défaut
-Courant de court- circuit
-Réduction du courant de défaut
-Méthode d’éléments finis
-Modèle 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
-PM machine
-Fault model
-Finite element method
-Reduction of fault current
-Diagnostic
-Short circuit current
-Fault tolerant.
Source: http://www.theses.fr/2009INPL090N/document

Sujets

• Diagnostic

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

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Nancy Université - Institut National Polytechnique de Lorraine
ECOLE DOCTORALE « Informatique-Automatique-Electronique-Mathématiques »
Département de Formation Doctorale « Electrotechnique-Electronique »
Laboratoire « Groupe de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nancy »

THESE
Présentée à

L’Institut National Polytechnique de Lorraine
en vue de l’obtention du grade de
DOCTORAT DE L’I.N.P.L
Spécialité : Génie Electrique
par
Babak VASEGHI
Ingénieur en Génie Electrique (Université Technique d’Isphahan)

CONTRIBUTION A L’ETUDE DES MACHINES
EELLEECCTTRRIIQQUUEESS EENN PPRREESSEENNCCEE DDEE DDEEFFAAUUTT
ENTRE-SPIRES
Modélisation – Réduction du courant de défaut

le 3 décembre 2009 devant la Commission d’Examen

- Membres du Jury -

G. BARAKAT Professeur à l’université du Havre Président
C. ESPANET Professeur à l’université de Franche-Comté Rapporteur
A. TOUNZI Professeur à l’université de Lille Rapporteur
B. NAHID-MOBARAKEH Maître de Conférences à l’INPL Examinateur
F. MEIBODY-TABAR Professeur à l’INPL Directeur de la thèse
N. TAKORABET Maître de Conférences à l’INPL Co-directeur de thèse




Groupe de Recherche en Electrotechnique et en Electronique de Nancy



Remerciement


Le travail exposé dans ce mémoire a été effectué au Groupe de Recherche en Electrotechnique et
en Electronique de Nancy (GREEN), unité de recherche associée au CNRS (UMR 7037), au sein
de l'Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de Mécanique (ENSEM) de Nancy.

J’exprime mes sincères remerciements à M. Georges BARAKAT, Professeur à l’université du
Havre, pour avoir accepté de juger ce travail et pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury.

Je remercie M. Abdelmounaïm TOUNZI, Professeur à l’université de Lille, ainsi que M.
Christophe ESPANET, Professeur à l’université de Franche-Comté, d’avoir accepté de
rapporter ce travail et pour l'intérêt qu'ils y ont porté.

J’exprime mes vifs remerciements à M. Farid MAIBODY-TABAR, professeur à l'ENSEM,
d’avoir encadré et dirigé ces travaux, et pour la confiance qu’il m’a accordé tout au long de
cette thèse.

Je remercie chaleureusement M. Noureddine TAKORABET, Maître de conférence à l'ENSEM,
d’avoir co-encadré cette thèse, pour son enthousiasme et tous les précieux conseils qu'il a portés,
des heures durant, sur ces travaux.

Je remercie M. Babak NAHID-MOBARAKEH, Maître de conférence à l'ENSEM, pour sa
disponibilité et ses aides pour effectuer les manipulation expérimental

Je remercie également M. Shahrokh SAADAT pour m'avoir accueilli au sein du laboratoire.

Je tiens également à exprimé tout ma gratitude au personnel du laboratoire pour leur gentillesse,
leur aide, leur conseils et l'ambiance vécue tout au long de cette thèse et tout particulièrement les
techniciens du laboratoire pour leurs précieux conseils techniques lors des réalisations
pratiques liées à ce travail.

Je remercie également, mes amis, pour leur aide dans la réalisation de ce travail, leur assistance
et leur immense soutien moral et affectif pendant toutes ces années.

Je suis immensément reconnaissant à mes parents, Ghaffar et simin, qui m’ont soutenu tout au
long de ma vie. Je leur dois beaucoup. Qu’ils trouvent dans ce manuscrit toute ma
reconnaissance et le signe que je suis enfin arrive au bout. Merci.

Enfin Je remercie chaleureusement à ma femme, Sara, pour son soutien, ses encouragements
constants et la patience dont elle a su s’armer tout au long de ces années.






Sommaire



INTRODUCTION GENERALE..................................................................... 1
I . CHAPITRE 1........................................................................................ 5
ETAT DE L’ART DE L’ETUDE DES DEFAILLANCES DANS LES
MACHINES ELECTRIQUES........................................................................ 5
I.1 Introduction ........................................................................................................................................................ 6
I.2 Les défaillances dans les machines électriques................................................................................................. 6
I.2.1 Quelques statistiques................................................................................................................................... 7
I.2.2 Défaillances des roulements mécaniques.................................................................................................... 8
I.2.3 Défaillances au rotor ................................................................................................................................... 9
I.2.4 Défaillances au stator................................................................................................................................ 11
I.3 Surveillance des machines électriques ............................................................................................................ 13
I.3.1 Des grandeurs mesurables et des signaux de défaut.................................................................................. 13
I.3.2 Approche signal ........................................................................................................................................ 14
I.3.3 Approche modèle...................................................................................................................................... 15
I.4 Défaut court-circuit entre-spires au stator..................................................................................................... 17
I.4.1 Définitions ................................................................................................................................................ 17
I.4.2 Influence d'un court-circuit sur les courants de ligne................................................................................ 17
I.5 Modélisation des défauts.................................................................................................................................. 18
I.5.1 Méthode des éléments finis....................................................................................................................... 19
I.5.2 Méthode des réseaux de perméance.......................................................................................................... 20
I.5.3 Méthode des circuits électriques ............................................................................................................... 20
I.6 Modélisation interne des machines électriques par les méthodes d’éléments finis ..................................... 23
I.6.1 Equations de Maxwell............................................................................................................................... 23
I.6.2 Calcul des grandeurs externes................................................................................................................... 25
I.6.3 Détermination des paramètres électriques................................................................................................. 27
I.6.4 Calcul de champ par la méthode d’éléments finis..................................................................................... 27
I.7 Conclusion......................................................................................................................................................... 28
II . CHAPITRE 2...................................................................................... 29
MODELISATION DES MACH