Development of tests and methods of analysis for multi-factor ageing, degradation monitoring and/or lifetime modelling of an electrical insulation system of electrical motors (used in electric vehicle) - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2023

Development of tests and methods of analysis for multi-factor ageing, degradation monitoring and/or lifetime modelling of an electrical insulation system of electrical motors (used in electric vehicle)

Mise au point de méthodes d'essais et d'analyse permettant le test-multi-contraintes, le suivi du vieillissement et/ou la modélisation de durée de vie du système d'isolation employé dans les moteurs électriques utilisés dans les futures automobiles hybrides, hybrides rechargeables et tout électriques.

Pawel Piotr Pietrzak
  • Function : Author
  • PersonId : 1321899
  • IdRef : 273712179

Abstract

The growing concern for human generated negative impact on the environment pushes us into development of new technologies that would reduce that impact. One of the proposed solutions is to transform the road transportation. We could shift from using vehicles with thermal motors – directly burning fossil fuels – into electrical vehicles. An electric motor embarked into an electric car is impacted by many degrading factors during its lifetime. Among them high and fluctuating temperature, mechanical vibrations, environmental factors like humidity. Modern electric vehicle’s motor is driven by an inverter. The motor is subjected to high frequency PWM voltage. All those factors have some impact on the lifetime of the Electrical Insulation System (EIS) of the motor. To assure optimal and cost-effective life cycle of the electric vehicle, there is a great interest to develop appropriate methods of testing. Methods that would provide information during both design and exploitation phases for prediction of lifetime. The thesis explores the different factors with some more attention to cycling that is a degrading factor that have not been exhaustively studied so far. The existing methods for dealing with cycling are described, the impact of cycling was also studied experimentally. The impact of voltage, frequency and temperature was studied for twisted pairs in Partial Discharge accelerated tests. The voltage and frequency cycling did not confirm existence of such impact in the conditions of the experiment. It remains to be determined whether such an impact exists. On the other hand, there was a significant impact on the temperature cycling with higher amplitudes of temperature variation. The last chapter of the thesis focuses on lifetime prognostic methods. An attempt at finding a degradation indicator is made. The Design of Experiments methodology is applied to PDIV evolution tests. A model of that evolution for multi-factor ageing tests is created. The model has some success in extrapolating the PDIV evolution in time but also between the levels of aging factors
L'inquiétude croissante concernant l'impact négatif de l'homme sur l'environnement nous pousse à développer de nouvelles technologies qui permettraient de réduire cet impact. L'une des solutions proposées consiste à transformer le transport routier. Nous pourrions passer de l'utilisation de véhicules à moteur thermique - brûlant directement des combustibles fossiles - à des véhicules électriques. Un moteur électrique embarqué dans une voiture électrique est soumis à de nombreux facteurs de dégradation au cours de sa durée de vie. Parmi eux, les températures élevées et fluctuantes, les vibrations mécaniques et les facteurs environnementaux comme l'humidité. Le moteur d'un véhicule électrique moderne est piloté par un onduleur. Le moteur est soumis à une tension PWM à haute fréquence. Tous ces facteurs ont un impact sur la durée de vie du système d'isolation électrique (EIS) du moteur. Pour assurer un cycle de vie optimal et rentable du véhicule électrique, il y a un grand intérêt à développer des méthodes d'essai appropriées. Des méthodes qui fourniraient des informations pendant les phases de conception et d'exploitation pour la prédiction de la durée de vie. La thèse explore les différents facteurs avec une attention particulière au cyclage qui est un facteur de dégradation qui n'a pas été étudié de manière exhaustive jusqu'à présent. Les méthodes existantes pour faire face au cyclage sont décrites, l'impact du cyclage a également été étudié expérimentalement. L'impact de la tension, de la fréquence et de la température a été étudié pour les paires torsadées dans des tests accélérés de décharge partielle. Le cyclage en tension et en fréquence n'a pas confirmé l'existence d'un tel impact dans les conditions de l'expérience. Il reste à déterminer si un tel impact existe. Par contre, il y a eu un impact significatif sur le cycle de température avec des amplitudes de variation de température plus importantes. Le dernier chapitre de la thèse se concentre sur les méthodes de pronostic de durée de vie. Une tentative de trouver un indicateur de dégradation est faite. La méthodologie des plans d'expériences est appliquée aux tests d'évolution de la PDIV. Un modèle de cette évolution pour les tests de vieillissement multi-facteurs est créé. Le modèle a un certain succès dans l'extrapolation de l'évolution de la PDIV dans le temps mais aussi entre les niveaux des facteurs de vieillissement.
Fichier principal
Vignette du fichier
PIETRZAK_Pawel_Piotr.pdf (6.95 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04332096 , version 1 (08-12-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04332096 , version 1

Cite

Pawel Piotr Pietrzak. Development of tests and methods of analysis for multi-factor ageing, degradation monitoring and/or lifetime modelling of an electrical insulation system of electrical motors (used in electric vehicle). Electric power. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2023. English. ⟨NNT : 2023INPT0082⟩. ⟨tel-04332096⟩
72 View
62 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More