Contribution au diagnostic de l'isolation statorique des machines électriques par modélisation et identification paramétrique dans le domaine haute-fréquence

par Weiping Liu

Thèse de doctorat en Électronique et génie électrique

Sous la direction de Luc Loron et de Emmanuel Schaeffer.

Soutenue en 2008

à Nantes .


  • Résumé

    Le défaut d'isolation des bobinages statoriques représente une des principales causes de défaillance des machines électriques. Or, les méthodes actuelles de diagnostic sont toutes basées sur deux phénomènes : la polarisation de l'isolant dont la dynamique est très lente, et les décharges partielles ayant une signature spectrale en très haute fréquence. En fait, il existe un domaine fréquentiel non encore exploité pour le diagnostic qui correspond à la diffusion de l’onde de tension dans le système isolant, système que l’on peut assimiler à une multiligne de transmission. Après avoir rappelé la constitution et la modélisation du système isolant des machines électriques, nous présentons le banc expérimental mis au point pour étudier sa réponse indicielle : un générateur d'impulsions haute tension et à commutation très rapide permet d'exciter le système avec un spectre suffisamment riche pour son identification. En parallèle, un modèle de simulation du système isolant est développé dans l'environnement Matlab/Simulink. Il permet d'étudier les phénomènes de diffusion de l'onde de tension et de simuler qualitativement l'influence de la pollution des têtes de bobines et du vieillissement des matériaux isolants. Les signaux expérimentaux et de simulation sont exploités afin d'étudier les potentialités de deux structures de modèle de diagnostic. Ce travail exploratoire montre la possibilité de différentier l'évolution des capacités entre spires, liée principalement à un vieillissement du diélectrique, de celle des capacités entre spires et masse liée au vieillissement et à la pollution des têtes de bobines. Elle valide ainsi notre approche

  • Titre traduit

    Diagnosis of the electric machine winding insulation by high-frequency modeling and parametric identification


  • Résumé

    The stator winding insulation faults are one of the major failure sources in electrical machines. However, the current methods of diagnosis all are based on two phenomena: either the insulating material polarization, whose dynamics is very slow, or the partial discharges, which have a spectral signature in very high frequency. In fact, there exists a frequency domain not yet exploited for the diagnosis: it corresponds to the propagation of the voltage wave in the insulating system, which can be considered as a multiconductor transmission line. It is the underlying idea of our work. We first review the constitution of winding insulation system. Then, we present an experimental test bench developed to study its step response: a high voltage pulse generator with very fast commutations allows to excite the system with a sufficiently rich spectrum for its identification. In parallel, a simulation model of the insulating system is developed in the Matlab/Simulink environment. It allows to study the diffusion phenomena of the voltage wave and to qualitatively simulate the influence of the end-windings contamination and the ageing of the insulating material. Experimental and simulation signals are exploited to study the potentialities of two structures of diagnosis model. This exploratory work shows the possibility to discriminate the evolution of the inner capacitance of the windings, which is mainly dependent of the dielectric ageing, and the capacitance between the windings and the magnetic circuit, which is also affected by the pollution of the end-windings. So, these primary results valid the proposed approach

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Informations

  • Détails : 1 vol. (115 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 109-115

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 NANT 2074
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