Contribution au diagnostic de défauts des composants de puissance dans un convertisseur statique associé à une machine asynchrone - exploitation des signaux électriques -

On IGBT's fault diagnosis in voltage source inverter-fed induction motor drives -analysis of electrical signals-

• Auteur / Autrice : Mohamed Trabelsi
• Direction : Mohamed Boussak, Abdelkader Chaari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 24/05/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec École supérieure des sciences et techniques (Tunis)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mathématiques et Informatique de Marseille (Marseille ; 1994-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mustapha Ouladsine, Gérard Champenois, Guy Clerc, Pascal Mestre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Faouzi Mimouni, Mohamed Benbouzid

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs électriques

Transistors bipolaires à grille isolée

Détection de défaut (ingénierie)

Machines asynchrones

Mots clés libres

Machine asynchrone triphasé

Convertisseur statique

Commande vectorielle

Modélisation

Défauts composants de puissance

Détection défaut

Identification défaut

Diagnostic

Induction motor drives : ISFOC control

Voltage source inverter

Fault détection

Fault identification

Fault diagnosis

Switching function pattern

IGBTs

Résumé

Les travaux développés durant cette thèse concernent la détection et l'identification des défauts simples et multiples d'ouverture des transistors dans un convertisseur statique associé à une machine asynchrone. Pour aborder cette problématique, nous avons commencé par l'analyse des potentialités, des faiblesses et des incertitudes des techniques qui ont initiés notre démarche. Ensuite, nous avons présenté deux méthodologies permettant d'analyser les performances du moteur asynchrone en présence des défauts dans une ou plusieurs cellules de commutation. Cette étude préliminaire nous a permis ainsi de proposer deux nouvelles stratégies de diagnostic sans référence basées sur l'approche signal. Les signaux électriques (courants ou tensions) disponibles à la sortie du convertisseur statique sont utilisés pour alimenter le processus de diagnostic. La première stratégie retenue est basée sur l'analyse qualitative des tensions de sortie entre phases du convertisseur et des signaux de commande appliqués aux transistors pendant les instants de commutation. Grâce à une représentation instantanée de ces grandeurs, à l'échelle de la période de découpage, nous avons pu mettre en évidence des caractéristiques favorables à la détection des défauts simples et multiples d'ouverture des transistors. L'implémentation pratique de cette première approche a été réalisée au moyen d'une technologie analogique permettant ainsi de minimiser le temps de retard à la détection jusqu'à quelques dizaines de microsecondes.

The main goal of this thesis concerns the detection and identification of simple and multiple open-circuit faults in voltage source inverters (VSIs)-fed induction motor drives. In first step, the potentialities, the weaknesses as well as the uncertainties of the previously published works have been discussed. The second step was dedicated to the study of the inverter faults impact on the induction motor. For this purpose, we have proposed two methodologies permitting the characterization of the electromagnetic torque behaviour as well as the electric variables of the induction motor under the open- and short-circuit faults. These preliminary studies allowed to propose two novel signal-based approaches for open-circuit fault diagnosis in voltage source inverter. The measured outputs inverter voltages and currents have been used as the input quantities for the fault detection and identification (FDI) process. The first approach consists in analyzing the pulse-width modulation (PWM) switching signals and the line-to-line voltage levels during the switching times, under both healthy and faulty operating conditions. For this purpose, we have adopted an instantaneous representation of these variables, which permits their analysis over one switching period. The fault diagnosis scheme is achieved using simple analog device. This circuit allows an accurate single and multiple faults diagnosis, and a minimization of the fault detection time which becomes about a few tens of microseconds.