Contribution à l'évaluation de la fiabilité des chaînes polyphasées de conversion électromécanique d'énergie

par Christophe Olmi

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Jean-Frédéric Charpentier et de Franck Scuiller.

Soutenue le 07-05-2019

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Institut de recherche de l'Ecole navale (Brest) (laboratoire) et de Institut de Recherche de l'Ecole Navale (EA 3634) (laboratoire) .

Le président du jury était Christian Brosseau.

Le jury était composé de Jean-Frédéric Charpentier, Franck Scuiller, Mohamed Benbouzid.

Les rapporteurs étaient Philippe Viarouge, Abdel Hamid Ben Ahmed.


  • Résumé

    Les machines électriques polyphasées présentent des avantages intrinsèques (fractionnement de la puissance, faible ondulation du couple) par rapport à leurs équivalents triphasés qui sont appréciés notamment pour la propulsion navale. Structurellement, ces machines disposent également de capacités de reconfiguration du fait des redondances offertes par leur grand nombre de phases. L'exploitation de ces capacités est susceptible d'augmenter leur sûreté de fonctionnement en adoptant des modes de marche dégradée. Les travaux présentés proposent une méthode permettant de quantifier la fiabilité de toute la chaine de conversion. Le convertisseur statique y est particulièrement étudié car ses composants constituent un point faible en matière de fiabilité dans le système polyphasé. Des bases virtuelles continues de ces composants sont développées afin de s'affranchir des effets de quantification. Les principaux facteurs de stress sont identifiés et intégrés dans l'évaluation des taux de défaillance des différents éléments du système. Les modèles de Markov sont exploités pour prendre en compte les effets des reconfigurations sur la fonction de fiabilité. Un critère couplant la performance et à la fiabilité est introduit afin de caractériser les modes de marche dégradée dans l'évaluation de la fiabilité du système. Des exemples d'application de la méthode sur des systèmes issus essentiellement de l'environnement maritime sont exposés en intégrant leur topologie, leur profil de mission et leur stratégie de commande, ceux-ci influençant fortement les facteurs de stress. Enfin une étude de sensibilité de l'impact de la variabilité des données d'entrée sur la fonction de fiabilité est proposée.

  • Titre traduit

    Contribution to the reliability assessment of the electromechanical energy conversion multi-phase systems.


  • Résumé

    Electrical multi-phase machines exhibit intrinsic advantages (power subdivision, weak torque ripple) compared to 3-phase machines. Multi-phase machines are appreciated for marine propulsion. They own reconfiguration capabilities due to redundancy because of their high number of phases. Those capabilities are able to improve multi-phase machines reliability by using degraded modes. Presented work proposes a methodology to quantify the multi-phase system reliability. Static converter is particularly investigated as its components are a weak point in the system. Continuous virtual bases of the components are developed to prevent quantification effects. Main stressors are identified and included in the failure rates assessment of the different system components. Markov models are used to take into account the reconfiguration consequences onto the reliability function. A coupled criterion performance-reliability is introduced to characterize degraded modes into the reliability assessment. Examples of the method application from marine environment are exhibited including their topology, mission profile and control strategy, which strongly influence the stressors. A sensitivity analysis is proposed showing the input data scattering effect onto the reliability function.


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