Nouvel indicateur de vieillissement de l'isolation inter-spires des machines électriques utilisées en aéronautique.

par Serghei Savin

Thèse de doctorat en Génie Electrique

Sous la direction de Daniel Roger.

Soutenue le 25-06-2013

à l'Artois , dans le cadre de ED Sciences pour l'ingénieur (n°72) .

Le président du jury était Nadir Idir.

Le jury était composé de Daniel Roger, Nadir Idir, Noureddine Takorabet, Petru Notingher, Sonia Ait-Amar, Humberto Henao.

Les rapporteurs étaient Noureddine Takorabet, Petru Notingher.


  • Résumé

    Le réseau électrique de bord des avions devient le principal vecteur de transmission de l'énergie utilisée en dehors de celle réservée à la propulsion. Le réseau électrique remplace progressivement les réseaux hydrauliques et aérauliques qui assurent respectivement les contrôles de vol et le confort dans la cabine des avions actuels. Pour transmettre une puissance électrique plus importante sans augmenter la masse des conducteurs, un nouveau standard a été défini, le réseau de bord des avions plus électriques sera continu et sa tension est fixée à 540V. En conséquence, les convertisseurs statiques seront systématiquement utilisés pour commander les actionneurs électriques. Des contraintes électriques nettement plus importantes seront appliquées aux bobinages des machines en plus de celles qui sont inhérente à l'aéronautique. Pour obtenir la sureté de fonctionnement requise, la surveillance du vieillissement de l'isolation des machines électriques embarquées devient indispensable. Le travail effectué dans cette thèse est centré sur la définition d’un nouvel indicateur de vieillissement de l’isolation des bobinages des machines électriques utilisées en aéronautique. Le nouvel indicateur delta-C est basé sur la corrélation entre l'augmentation de la capacité inter-spires du bobinage et la réduction des performances caractérisée principalement par la réduction du seuil d'apparition des décharges partielles. La partie expérimentale des travaux est importante; le mémoire donne les résultats des campagnes de vieillissement accéléré d'un grand nombre d'échantillons de fil émaillé standard. Ces résultats permettent de définir des seuils critiques des variations du nouvel indicateur delta-C en fonction du profil de mission de l'actionneur. Le nouvel indicateur delta-C est corrélé avec un paramètre facilement mesurable sur une machine électrique en fonctionnement qui est la fréquence de résonance du bobinage. Un outil numérique est développé pour déterminer les fréquences de résonances à surveiller en fonction de la géométrie et de la technologie du bobinage de la machine. Les prédictions des fréquences déterminées par l'outil numérique développé sont vérifiées par des mesures faites sur des bobines vieillies artificiellement. L'étude est étendue à l'influence du câble d'alimentation de la machine. Les limites de fonctionnement du système de surveillance proposé sont définies pour différentes distances entre la machine et le point de connexion des systèmes de mesure.

  • Titre traduit

    New turn-to-turn insulation aging indicator for electrical machines used in aeronautics


  • Résumé

    For modern aircrafts, the onboard electrical grid becomes the main energy transmission system apart from energy reserved for propulsion. Electrical systems are gradually replacing hydraulic and air systems providing respectively flight controls and cabin comfort in current aircrafts. To transmit higher electrical power without increasing the conductors’ masses, a new standard has been set, the grid of more electrical aircrafts will be 540 VDC. As a result, static converters will systematically be used to drive the electrical actuators. Substantially higher electrical constraints will be applied to electrical machine windings, in addition to those inherent in aeronautics. To obtain the required operational safety, the monitoring of the insulation for onboard electrical embedded machines has become indispensable. This thesis work is focused on the definition of a new aging indicator for the electrical insulation of machine used in aeronautics. The new delta-C indicator is based on the correlation between the increase in the turn-to-turn winding capacitance and reduction of performance mainly characterized by the decrease of Partial Discharge Inception Voltage (PDIV). The experimental part of this work is considerable; the thesis gives the results of accelerated aging tests on a large number of enameled wire standard samples. These results make it possible to define critical threshold for the new delta-C indicator depending on the mission profile of the actuator. The new delta-C indicator is correlated with an easily measurable parameter on an operating electrical machine, i.e. the resonance frequencies of the winding. A numerical tool was developed to determine the resonance frequencies to be monitored according to the geometry and the technology of the winding machine. The prediction frequencies determined by the developed numerical tool have been verified by measurements on artificially aged coils. The study has been extended to the influence of the supply cable of the electrical machine. The operating limits of the proposed monitoring system are defined for various distances between the electrical machine and the connection point of the measurement systems.


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