Défauts externes à l’ onduleur

Ce paragraphe ne constitue pas une étude exhaustive des défauts externes à l’onduleur ; seuls les plus représentatifs pour cette étude sont décrits afin d’évaluer les éventuels bénéfices fonctionnels d’un onduleur à tolérance de panne. En effet, même lorsque la continuité de service n’est plus possible, la capacité d’isolement peut encore être mise à profit.

II.2.2.1 Défaut de court-circuit du bus continu

La plupart des modes de défaut en amont de l’onduleur n’ont pas d’impact sur cette étude. Par exemple, les défauts au niveau du réseau ou la mise à la masse avion accidentelle de l’un des points du bus continu sont maîtrisés par les contacteurs en entrée de l’actionneur qui permettent de l’isoler.

Par contre, les conséquences d’un court-circuit du bus continu (figure II.13) concernent l’onduleur. Ses causes peuvent être diverses (défaut de connectique, défaillance d’un condensateur, des diodes du redresseur, etc.) et les conséquences sont semblables à celles d’un court-circuit de bras d’onduleur. Au niveau du réseau alternatif, les contacteurs de l’actionneur assurent l’isolement pour ne pas mettre en défaut la génération. Au niveau de l’ensemble onduleur-machine, la commande n’agit plus puisqu’aucune tension ne peut être appliquée aux phases de la machine. Les commentaires suivants concernent les cas où le défaut survient dans la plage de commande de la machine à couple constant, c’est-à-dire en dehors de la zone de défluxage.

figure II.13 : défaut de court-circuit du bus continu

Topologies d’onduleur à tolérance de panne

Le blocage de l’onduleur ne permet pas d’éviter la circulation des courants. Les simulations suivantes sont effectuées en réalisant l’ouverture des contacteurs et le blocage de l’onduleur immédiatement après l’apparition du défaut. Tout d’abord les courants dans les phases s’annulent, puis, dès que la tension continue devient inférieure au seuil déterminé par l’amplitude des forces électromotrices, l’onduleur fonctionne en pont de diodes triphasé (figure II.14). L’amplitude des courants de phase dépend alors de la valeur de la résistance de défaut ; elle peut donc être importante si cette dernière est faible. Les courants déterminent le couple de freinage qui ralentit la machine. L’arrêt de celle-ci marque la fin du régime de défaut.

Si la résistance de défaut est trop faible pour qu’une tension continue suffisante puisse être maintenue, il s’établit un régime de court-circuit pour lequel l’amplitude des courants est limitée par l’inductance cyclique L_c de la machine (figure II.15). La valeur maximale de l’ondulation est donnée par l’équation suivante, la résistance statorique n’intervenant de manière représentative qu’à plus faible vitesse.

c m ph_cc

I = L

∆ (II-2)

Il peut être observé que l’établissement du régime dégradé génère un déséquilibre transitoire des courants, dont les intensités sont alors portées à des valeurs encore supérieures. Enfin, ce régime de court-circuit se manifeste également par de fortes oscillations de couple.

figure II.14 : simulation d’un défaut de court-circuit du bus continu (RDC=1 )

figure II.15 : simulation d’un défaut de court- circuit du bus continu (RDC=10m )

En conclusion, ce régime de défaut met en jeu des amplitudes électriques et mécaniques élevées. De plus, comme il a été exposé précédemment, ce régime peut être maintenu de manière erratique si la machine continue à être entraînée en rotation. Si l’onduleur comprend des dispositifs d’isolement, cela permet de minimiser la durée du régime dégradé électromécanique, d’en empêcher la reprise et d’assurer le mode de défaillance ultime en arbre libre.

Chapitre II

II.2.2.2 Défaut d’isolement d’une phase

Les modes de défaut relatifs aux machines synchrones ont fait l’objet de nombreuses études [NAN99] [ABD05]. Au niveau du rotor, leurs conséquences peuvent être notamment un défaut de magnétisation, une déformation ou une cassure de l’arbre. Les défauts affectant le stator peuvent résulter en l’ouverture d’une phase, un court-circuit partiel ou complet entre phases, un court-circuit avec la masse avion ou un défaut de roulement. Deux types de défaut représentatifs sont simulés pour en étudier l’impact sur la chaîne EHA.

Un défaut de court-circuit entre deux phases peut être causé par une abrasion de l’isolement entre enroulements, des décharges partielles ou des origines mécaniques. Il en résulte des amplitudes de courant de l’ordre du courant nominal et un couple fortement ondulatoire (figure II.16). Seul le dimensionnement de la machine limite le courant de court- circuit [SOO02], qui toutefois ne circule pas dans le convertisseur. Comme ce régime dégradé est auto-entretenu, il entraîne une perte de contrôlabilité de l’actionneur. Ce défaut, s’il est localisé dans la machine, ne peut donc être confiné avec les dispositifs d’isolement envisagés, sauf éventuellement s’ils sont disposés dans les enroulements de la machine. Dans le cas de l’EHA, seul le dispositif hydraulique permet d’isoler le vérin de la machine.

figure II.16 : simulation d’un défaut de court-circuit entre les phases B et C de la machine

En cas de mise à la masse accidentelle d’une phase de la machine, cette phase se trouve reliée au neutre du générateur, établissant ainsi un chemin de court-circuit à travers le convertisseur et l’impédance des filtres de mode différentiel et de mode commun (figure II.17). La perturbation de la commande de la machine est peu importante puisque les courants de phase sont régulés ; une légère distorsion est générée par l’ondulation de la tension continue (figure II.18). Par contre, des courants importants sont prélevés du réseau avec une distorsion élevée et un fort courant circule à travers le chemin de masse. En ouvrant les contacteurs de l’équipement, le défaut est confiné dans l’ensemble onduleur-machine et la perte de contrôlabilité de l’onduleur entraîne, en l’absence de reconfiguration de la commande, un régime dégradé avec des courants élevés et des ondulations de couple importantes. Il est alors possible de procéder au blocage de l’onduleur pour supprimer rapidement la circulation de courant. Si toutefois le défaut survient dans la plage de survitesse, le blocage de l’onduleur n’empêche plus la circulation de courant et l’isolement envisagé est alors profitable pour réduire la durée du régime de défaut.

Topologies d’onduleur à tolérance de panne

figure II.17 : défaut d’isolement d’une phase de la machine par rapport à la masse avion - représentation de l’un des chemins de court-circuit

figure II.18 : simulation d’un défaut d’isolement d’une phase de la machine par rapport à la masse avion (régime normal – défaut à 0,40s – ouverture des contacteurs d’entrée à 0,42s – blocage de l’onduleur à 0,44s)

Chapitre II