Commande tolérante aux défauts statoriques et de convertisseurs d'un entraînement synchrone à aimants pour l'aéronautique

Fault tolerant control of permanent magnet synchronous machine drive in presence of stator faults for avionics applications

• Auteur / Autrice : Abed Al Kader Al Asmar
• Direction : Georges Barakat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 11/02/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (Le Havre, Seine-Maritime ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Khémis Gabsi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yacine Amara, Ferhat Chabour, Mouheb Dhifli
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mohamed Benbouzid, Smaïl Mezani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aimants permanents

Machines synchrones

Mots clés libres

Commande tolérante aux fautes

Défauts statoriques

Défauts d'ondulateurs

Machine synchroneà aimants double Stator

Conception

Modélisation

Fault tolerant control

Stator's faults

Inverter's faults

Double stator permanent magnet synchronous machine

Design

Modeling

Résumé

Il s'agit d'étudier une structure originale d'entrainement électromécanique à base de machine synchrone à aimants permanents à double stator et un rotor en cloche tolérante aux défauts. Cette structure peu répandue a la capacité de tolérer les défauts de court-circuit et de circuit-ouvert de l'onduleur ainsi que les défauts de court-circuit des bobinages. Une structure originale des bobinages permettrait de limiter les conséquences de ces défauts et de permettre d'assurer la disponibilité de l'actionnement malgré la défaillance. Un modèle multiphysique innovant basé sur un couplage électro-magnéto-thermique est développé dans l'optique d'étudier les performances de ce type de machines en situation de défaut. Une méthode de contrôle tolérant au défaut d’un court-circuit d’IGBT est recherchée et mise en œuvre. Ce travail s’est concrétisé sur un banc expérimental intégrant la machine cible, son alimentation et sa commande.Le sujet de cette thèse vient en appui aux activités aéronautiques en région. Il s'inscrit à la fois dans l'axe ''Conversion et transformation de l'énergie électrique'' du réseau Electronique et dans celui de la ''fiabilité des systèmes et composants'' de la région Normandie. La recherche proposée vient conforter l'effort de fiabilisation des systèmes actionneurs électriques dans l'électrification croissante de la nouvelle génération d'avions plus électriques. Le sujet proposé pourrait conduire à une coopération renforcée avec le groupe SAFRAN et en particulier Aircelle. Par ailleurs, certains aspects peuvent être exploités pour un développement futur avec ADWEN en ce qui concerne la disponibilité des génératrices électriques des turbines éoliennes en offshore.

The aim is to study an original electromechanical drive structure based on fault tolerant permanent magnet double stator synchronous machines. This structure has the ability to tolerate inverter short and open faults as well as short circuit faults in windings. An original structure of the windings would limit the consequences of these faults and guarantee the availability of actuations under faults. A Multiphysics model based on electro-magneto-thermal coupling is developed to study the performance of this type of machine in case of failure. A control method that tolerates the short-circuit of an IGBT is sought and implemented. This work was concretized on a dedicated experimental bench integrating the target machine, its supply and its control.This thesis support aeronautical activities in the regions. It is part of the axis ''Conversion and transformation of electrical energy'' of the electronics network and the theme ''Reliability of systems and components'' of the Normandy region. The proposed research reinforces efforts to enhance the reliability of electrical actuator systems in the growing electrification of the next generation of electric aircraft.This thesis could strengthen cooperation with the SAFRAN group and in particular Aircelle. In addition, certain aspects can be exploited for future development with ADWEN regarding the availability of electric generators for offshore wind turbines.