Etude de matériaux nanodiélectriques haute température pour l’isolation des moteurs électriques du futur.

High temperature and high electrical resistance multilayer polyimide nanodielectrics for electric motors insulation

• Auteur / Autrice : Shakeel Akram
• Direction : Jérôme Castellon, Serge Agnel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Juan Jorge Martinez Vega
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Castellon, Serge Agnel, Juan Jorge Martinez Vega, Sombel Diaham, David Fabiani, Jean-Pierre Habas, Kai Zhou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sombel Diaham, David Fabiani
• DOI : 10.70675/dff74dbez1edaz42a6z8274zf57c96f32216

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Diélectriques

Propriétés électriques

Mots clés libres

Nanodiélectriques

Isolation haute température

Isolation de moteurs électriques

Propriétés électriques

Poliymide

Propriétés physico-Chimiques

Nano dielectrics

High temperature insulation

Electric motor insulation

Electrical properties

Polyimide

Physico-Chemical properties

Résumé

Dans cette thèse, les films multicouches PI / nanocomposites ont été préparés selon un processus de synthèse optimisé. Les échantillons synthétisés ont été caractérisés expérimentalement et par simulations. Tout d'abord, le mécanisme de dégradation des échantillons a été exploré à l'aide d’un générateur d’impulsions. La constante diélectrique, les pertes diélectriques, la rigidité diélectrique, le courant de conduction, la charge d'espace et le courant thermo-stimulé (CTS), ont été étudiées. Ensuite, les niveaux de piège ont été calculés à l'aide des données de déclin de la charge totale et de CTS. Enfin, des modèles 3D de multicouches PI / nanocomposites basés sur les conditions aux limites obtenues à partir d'images SEM / TEM ont été construits dans COMSOL Multiphysics. Ces modèles décrivent l'impact de la dispersion des nanoparticules sur l'amplification du champ électrique. Nos résultats démontrent moins d’agglomération de nanoparticules dans les multicouches et une diminution des charges d’espace et du champ électrique interne. Ainsi, l’utilisation d’isolations multicouches devraient permettre une meilleure fiabilité des moteurs électriques.

In this thesis, the multilayer PI/nanocomposite films were prepared using an optimized synthesis process. The synthesized samples are characterized by experiments and simulations. First, the samples degradation mechanism was explored using pulse power source. Second, dielectric constant, dielectric loss, insulation lifetime, dielectric strength, conduction current, space charge and thermal stimulated current (TSC) were investigated. Third, trap levels were calculated using total charge decay data and TSC data. In the end, multilayer PI/nanocomposite 3D models based on actual boundary conditions obtained from SEM/TEM images of synthesized samples were constructed in COMSOL Multiphysics software. The impact of nanoparticle dispersion on the electric field enhancement is explicitly described in this model. Our results demonstrate that the chances of nanoparticles agglomeration are reduced by using multilayer structure. In consequence, less space charge and low electrical fields are observed in multilayer films. Using multilayer insulations would ensure reliable operation for electric motors and increase its lifetime.