Contribution à l'étude des machines électriques en présence de défaut entre-spires PDF Download
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Book Description
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.
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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.
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Ce travail de thèse traite de la détection des défauts de bobinages au stator dans les machines électriques contenant une structure d'amortissement. Les courts-circuits entre spires d'un même enroulement sont souvent la prémisse de l'apparition d'autres défauts de bobinages dont les conséquences sont plus sévères. La précocité de détection est donc essentielle pour préserver les machines et leur environnement humain ou matériel. Dans cet ouvrage, nous proposons une solution innovante de discrimination des courts-circuits basée sur la redondance de signaux mesurés au rotor. Pour définir celle-ci, une modélisation d'ordre élevé combinant l'approche des éléments finis et celle des circuits couplés a été employée. La première est utilisée pour déterminer les paramètres (couplages magnétiques) exploités par la seconde qui n'est autre que le modèle comportemental. Comme l'inconvénient de cette combinaison d'approches est le temps utile à l'identification des couplages magnétiques et sachant que diverses configurations de bobinage doivent être modélisées, une nouvelle méthodologie d'identification a été développée. Après une première identification (éléments finis) à temps réduit, celle-ci offre la possibilité d'estimer les paramètres d'une configuration de bobinage souhaitée sans réutilisation de la résolution par éléments finis. En plus de son exploitation pour mettre en œuvre le procédé de détection présenté, cette méthodologie d'identification est un générateur de paramètres utiles pour des détections basées sur « l'estimation paramétrique ». La modélisation des circuits couplés présente un excellent rapport précision/temps de calcul et une bonne efficacité dans la représentation des phénomènes spatiotemporels. L'intégration d'un défaut de bobinage nécessite de faire évoluer les équations de circuits du modèle. À des fins d'atteindre l'objectif de cette thèse, la structure du modèle a été modifiée pour introduire les courts-circuits entre spires au stator. En dehors de l'application présentée, l'association de la méthode d'identification avec le modèle comportemental permet la reproduction rapide de forme d'onde multiple, notamment exploitable dans les approches de détection orientée « signal ». Enfin, à partir de l'outil résultant des travaux précédents, le procédé de diagnostic a pu être déterminé. La sensibilité de détection est le critère principal pour la définition de la technique instrumentale et des traitements de signaux du procédé. L'influence des conditions de fonctionnement sur la sensibilité de détection est évaluée et est considérée pour le choix des solutions retenues. Ce procédé a été validé expérimentalement sur un alternateur synchrone à rotor bobiné de 5.4KVA.
Author: Jean Chatelain Publisher: EPFL Press ISBN: 2880740509 Category : Electric machinery Languages : fr Pages : 689
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Ce volume consacré aux machines électriques englobe également l'étude du trans- formateur. Si la construction et le dimensionnement des machines électriques restent l'apanage d'un nombre restreint de spécialistes, leur emploi dans de multiples domaines et dans une gamme de puissances étalée de quelques mW à plusieurs centaines de MW touche un large public d'ingénieurs et de techniciens de diverses disciplines. Pour cette raison le Département d'Electricité de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne conti- nue d'attribuer une large place à l'enseignement de cette matière. Le présent volume, tout en constituant un ouvrage de référence pour l'homme du métier, se veut à vocation essentiellement didactique à l'usage des candidats- ingénieurs en électrotechnique. Si certains développements peuvent apparaître exagérément détaillés, compte tenu de la littérature scientifique existante, leur inclu- sion dans l'ouvrage résulte de l'expérience acquise par l'auteur, confronté pendant 25 ans d'enseignement à des difficultés d'assimilation de la part des étudiants relati- ves à certains phénomènes de base (champ tournant, origine du couple électromagné- tique) ou certaines méthodes de calcul (matrices de transformation, théorie à deux axes, etc.). Le but assigné étant la présentation de la théorie de fonctionnement des machines électriques en régime transitoire ou permanent, les indications sur les maté- riaux et la morphologie ont été réduites au minimum nécessaire à la compréhension de la constitution spécifique de chaque type. De même, les essais n'ont fait l'objet que d'une description succincte. Afin de conserver à l'ouvrage une taille raisonnable, on a renoncé à un traite- ment complet des phénomènes transitoires par la transformation de Laplace ou les méthodes de calcul numérique et retenu seulement, à titre d'application des relations de base, le calcul détaillé des valeurs initiales de courants et de couples de court-circuit. La méthode consistant à négliger, dans un premier temps, l'amortissement est intéres- sante au plan pédagogique par l'entraînement qu'elle procure au bon choix d'hypothèses simplificatrices. La solution exacte tenant compte des amortissements a été fournie sans démonstration, afin de pouvoir définir les différentes constantes de temps (cf. chap. 6,7 et 8). La matière du volume X s'appuie sur les notions générales de l'électrotechnique (vol. I) et de l'électromécanique (vol. IX), sur certaines propriétés des matériaux (vol. II) et sur l'électromagnétisme en régime quasi-statique (vol. III). Elle fait appel égale- ment à des notions développées en électronique de puissance et de réglage (vol. XV et XVI) et en haute tension (vol. XXII).
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LE TRAVAIL DE RECHERCHE RELATE DANS CE MEMOIRE CONSISTE A DEVELOPPER UNE METHODOLOGIE GENERALE D'ESTIMATION DES PARAMETRES PHYSIQUES DES MACHINES A COURANT ALTERNATIF, ET EN PARTICULIER DE LA MACHINE ASYNCHRONE DANS LE BUT DE REALISER SA MAINTENANCE PREVENTIVE EN EFFECTUANT LE SUIVI EN TEMPS REEL DE SON ETAT DE FONCTIONNEMENT. DANS UNE PREMIERE ETAPE LES DIFFERENTES METHODES D'ESTIMATION PARAMETRIQUE EXISTANTES ONT ETE RECENSEES AFIN D'ANALYSER LEURS PERFORMANCES RESPECTIVES. AINSI, UNE ETUDE THEORIQUE COMPARATIVE DU FILTRE DE KALMAN ETENDU ET DES METHODES A ERREUR DE SORTIE EN LIGNE A ETE MENEE. ELLE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LEUR PROFONDE ANALOGIE. CELLE-CI S'EST ENSUITE CONFIRMEE EXPERIMENTALEMENT LORS DE L'APPLICATION DE CES DEUX FAMILLES D'ALGORITHMES A L'IDENTIFICATION DU MODELE DE PARK DE LA MACHINE ASYNCHRONE. UNE VERSION HORS-LIGNE DU FILTRE DE KALMAN, REPOSANT SUR UN CRITERE QUADRATIQUE COMPOSITE PRENANT EN COMPTE L'INFORMATION A PRIORI DISPONIBLE SUR LE SYSTEME, EST EGALEMENT PROPOSEE. UNE STRATEGIE DE DIAGNOSTIC DE LA MACHINE ASYNCHRONE BASEE SUR LES ALGORITHMES A ERREUR DE SORTIE, EN LIGNE ET HORS-LIGNE, EST ENSUITE ELABOREE. CETTE STRATEGIE S'APPUIE A LA FOIS, SUR LE MODELE DE PARK ET SUR UNE ANALYSE FREQUENTIELLE DES RESIDUS D'ESTIMATION PARAMETRIQUE RESULTANTS POUR DETECTER ET DISCRIMINER UN DEFAUT STATOR D'UN DEFAUT ROTOR, ET SUR UN MODELE TRIPHASE DU STATOR POUR PERMETTRE LA LOCALISATION DU DEFAUT STATORIQUE. AFIN DE VALIDER EXPERIMENTALEMENT LA PROCEDURE DE DIAGNOSTIC AINSI DEFINIE, UN CERTAIN NOMBRE D'ESSAIS, EN SITUATION NORMALE DE FONCTIONNEMENT ET EN SITUATION DE DEFAUTS (COURT-CIRCUIT ENTRE SPIRES AU STATOR, RUPTURE DE BARRES AU ROTOR), SONT EXPLOITES. EN PARALLELE, UNE REFLEXION EST ENGAGEE POUR AFFINER LA MODELISATION PAR LA PRISE EN COMPTE DU PHENOMENE DE SATURATION FERROMAGNETIQUE ET DES PERTES DANS LE FER. L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA BOBINE A NOYAU DE FER, STRUCTURE DE BASE DES MACHINES ELECTRIQUES, A ALORS PERMIS DE VALIDER LE MODELE NON LINEAIRE DE SATURATION RETENU AINSI QUE LA METHODE D'IDENTIFICATION DEVELOPPEE.
Author: Nabil Derbel Publisher: Springer Nature ISBN: 9811517460 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 331
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This book focuses on unhealthy cyber-physical systems. Consisting of 14 chapters, it discusses recognizing the beginning of the fault, diagnosing the appearance of the fault, and stopping the system or switching to a special control mode known as fault-tolerant control. Each chapter includes the background, motivation, quantitative development (equations), and case studies/illustration/tutorial (simulations, experiences, curves, tables, etc.). Readers can easily tailor the techniques presented to accommodate their ad hoc applications.
Author: Sana Jelassi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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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.
Author: Babak Vaseghi
Author: Babak Vaseghi
Author: Philippe Deflandre
Author: TRIGEASSOU Jean-Claude
Author: Bouali Rouached
Author: Jean Chatelain
Author: Sandrine Moreau
Author: Nabil Derbel
Author: Sana Jelassi
Author: Émile Duquesne
Author: Eric NOCTURNE