Contribution to stator fault detection of permanent magnet actuators : Application to the detection of intermittent inter-turn fault and health monitoring
Contribution à la détection des défauts statoriques des actionneurs à aimants permanents : Application à la détection d'un défaut inter-spires intermittent et au suivi de vieillissement
Résumé
Thanks to technical advances in terms of weight, performance and reliability, synchronous machines are increasingly used in the transport field and especially in aeronautics. The maintenance strategies of these electrical systems are essential to avoid extra costs associated with unscheduled downtime. This document offers a study on the intermittent inter-turn fault occurring in the stator winding of a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) and its consequences. This type of fault correspond to the emerging state for a future permanent short circuit condition. So far, studies have been limited to the detection of continuous inter-turn short circuits. The main purpose of this analysis is to define a detection method for this type of fault easy to implement. Based on the stator current analytical study of a PMSM current controlled in presence of intermittent short circuit, we had studied the impact of different variables influencing the current disturbance. We had found that the shape of the disturbance created by the fault was always the same and that it was the fault signature in the current signal. Later this analytical study was validated experimentally. In the next part we had studied the sensitivity of continuous short circuits detection methods applied in the case of intermittent short circuit. These methods have been proved unsuitable to detect the defect studied in this work. Therefore, we had proposed a dedicated method based on the fault signature identification using an adapted wavelet transform. It is a pattern detection method able to detect the intermittent fault and to distinguish it from other types of defects. The performance of the method was validated by simulation and experimental results. In the last part, a more general study concerning the winding health monitoring is proposed. It uses transfer functions and it is based on the monitoring over time of the winding high frequencies admittance curves evolution.
Grâce à leurs avancées techniques en termes de poids, performances et fiabilité, les machines synchrones sont de plus en plus utilisées dans le domaine de transport et en particuliers dans l’aéronautique. Les stratégies de maintenances de ces systèmes électriques sont alors indispensables afin d'éviter des surcouts liés à des temps d'arrêt non planifiés. Ce document propose une analyse des conséquences d'un défaut inter-spires intermittent naissant dans l'enroulement statorique d'une Machine Synchrone à Aimants Permanents (MSAP). Ce type de défaut correspond à l'état peu avancé d'un futur court-circuit permanent. Jusqu'à présent, les études menées se sont limitées à la détection de courts-circuits inter-spires permanents. L'objectif de cette analyse est de définir une méthode de détection de ce type de défaut qui soit facile à mettre en œuvre. A partir d'une étude analytique du courant statorique d'une MSAP contrôlée en courant en présence de court-circuit intermittent, nous avons étudié l'impact des différentes grandeurs influençant la perturbation du courant. Nous avons constaté que la forme de la perturbation créée par le défaut était toujours la même et qu'elle était la signature du défaut intermittent dans le courant. Par la suite cette étude analytique a été validée expérimentalement. Dans la partie suivante nous avons étudié la sensibilité des méthodes de détection des courts-circuits inter-spires permanents appliquées au cas du court-circuit intermittent. Ces méthodes se sont révélées inadaptées pour la détection du défaut étudié dans ce travail. Nous avons donc proposé une méthode dédiée qui est basée sur la détection de la signature du défaut et qui utilise une transformation en ondelette adaptée. Il s'agit d'une méthode de détection de forme qui permet non seulement de détecter le défaut intermittent mais aussi de le distinguer des autres types de défauts. La performance de la méthode a été validée par les résultats de simulation et de manipulation. Dans une dernière partie, une étude plus générale sur le suivi de vieillissement des enroulements est proposée. Elle est basée sur le suivi de l'évolution des courbes d'admittance hautes fréquences d'un bobinage au cours du temps en utilisant les fonctions de transfert de ce dernier.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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