Contribution to the predictive modeling of high frequency behavior of the traction motors
Contribution à la modélisation prédictive des comportements hautes fréquences des moteurs de traction
Résumé
In PWM converter, emerging technologies, like Sic and GAN, tend to decrease the rise time
commutation which increases the occurrence of high frequency phenomenon such as bearing
currents and voltage between coils. In this thesis, we aim to develop a predictive model able to give
the currents and voltages amplitudes of those parasites.
To simplify the understood of the phenomenon, a mock-up was built. It consists of a winding coil in a
flexible PCB which represents the wave propagation in a real winding. Therefore, a first model was
developed taking into account the effects produced by an increasing frequency. The model gives
good results. It will be used in the real traction motor.
Measures on a modified motor allowed observing the wave propagation across the coil. Those
measures results will be compared to our motor model ones. A model found in the literature has also
been studied. For this model, we built a parameters identification method based on several
measurement points. This model will also be a compared to our motor model. The last part of this work explains the method used to build the predictive model. A line model is
used to give an access to the winding. All parameters have been found with analytical formulations
or with numerical simulations to avoid the use of measures. This model gives an access to a voltage
between coils and to bearings currents. It can be used during the conception of motor to predict
those problems
La diminution drastique des temps de commutation des convertisseurs MLI, due aux technologies
émergentes comme le SiC (Carbure de Silicium), engendre un nombre important de phénomènes
hautes fréquences dans les moteurs électriques notamment des tensions inter-spires et des courants
de paliers. Ces travaux portent sur l'établissement d'un modèle impédant prédictif, valable sur une
large bande de fréquence, fournissant les valeurs des tensions et des courants dangereux pour les
moteurs.
Pour cela, une maquette à échelle réduite a été étudiée dans un premier temps pour comprendre les
phénomènes et offrir un cas simplifié de modélisation. Un bobinage en circuit imprimé a été fabriqué
à cet effet. Un modèle de ligne a été développé et offre des résultats satisfaisants en prenant en
compte les effets dus à la montée en fréquence. La même démarche de modélisation a été adoptée
dans le cas du moteur réel dans la suite des travaux.
Des campagnes de mesures sur un moteur instrumenté ont permis d’observer la propagation des
ondes dans le bobinage. Une bobine a également été instrumentée pour offrir un accès au potentiel
de chaque spire. Un modèle présenté dans la littérature a été approfondi en proposant une méthode
d’identification des paramètres à partir de quelques points de mesures. Ce modèle sert de
comparaison avec le modèle prédictif établi à la fin de ces travaux.
La dernière partie de ces travaux s’intéresse à la modélisation du même moteur de traction. Un
modèle de ligne dont les valeurs de paramètres ont été issues de calculs analytiques ou de
simulations numériques a été réalisé tout en évitant d’avoir recours à des mesures. Ce modèle a
donc un comportement prédictif puisque les données d'entrées sont, pour la plus grande majorité,
uniquement géométriques. Il donne accès aux valeurs de tensions dans le bobinage et à l’amplitude
des éventuels courants de paliers. Ce modèle peut alors servir d’outil d’aide à la conception des
machines électriques en montrant les conséquences des choix de géométries.