Note publique d'information : L'évolution de l'électronique de puissance ces dernières années a entraîné une augmentation
de la densité de puissance et une diminution du coût des onduleurs de tension à modulation
de largeur d'impulsion (MLI). Ces évolutions ont répandu l'utilisation de convertisseurs
de puissance pour les applications de variateurs de vitesse ce qui a permis le développement
du concept d' " avion plus électrique ". Ce concept consiste à remplacer un des vecteurs
énergétiques (pneumatique ou hydraulique) par l'énergie électrique. Cependant, le
développement du réseau électrique a entraîné une augmentation de la tension embarquée,
ce qui a conduit à un vieillissement prématuré des équipements électriques embarqués.
La forme de tension appliquée, appelée "modulation de largeur d'impulsion" (MLI),
est constituée de trains d'impulsions. Avec l'application de ces impulsions, la tension
n'est plus distribuée de manière homogène le long du bobinage. Dans ce cas, on pourra
observer d'importantes différences de potentiel entre les spires d'une même phase
voire entre deux phases du bobinage. En outre, un autre paramètre important provient
du type d'enroulement des moteurs utilisés par l'industrie. L'enroulement aléatoire
est la technique de bobinage la plus courante pour les moteurs basses tensions car
cette méthode présente un faible coût. Le risque induit par ce type d'enroulement
est que la première et une des dernières spires de la première bobine peuvent être
proches l'une de l'autre. Dans ce cas, jusqu'à 80% de la tension sera supportée par
quelques dizaines de microns d'émail, et les systèmes d'isolation existants ne sont
pas dimensionnés pour résister à de telles contraintes. L'utilisation de longs câbles
reliant l'onduleur au moteur peut aussi provoquer des surtensions importantes aux
bornes du moteur. Ce phénomène s'explique par le fait que le câble se comporte comme
une ligne de transmission qui n'est pas adaptée en termes d'impédance au bobinage
du moteur. De plus, ces importantes différences de potentiel associées à de faibles
pressions, présentes dans les zones dépressurisées de l'aéronef, peuvent entraîner
l'apparition de décharges partielles. Les décharges partielles sont des décharges
électriques qui court-circuitent partiellement l'intervalle entre deux conducteurs.
Il existe de nombreuses méthodes de détection bien connues pour les tensions AC et
DC, cependant, la détection sous tension de type MLI dans des moteurs basse tension
est beaucoup plus complexe. Les signaux de décharge partielle sont en effet intégrés
dans le bruit électromagnétique généré par la commutation. Le but de cette thèse est
donc de développer un procédé de détection et un procédé de filtrage permettant une
détection non intrusive et en fonctionnement (on-line) des décharges partielles dans
le domaine aéronautique afin de qualifier les systèmes d'isolation électrique utilisés
dans les aéronefs.
Note publique d'information : The development of power electronics in recent years has led to increase power density
and to decrease pulse width modulation (PWM) voltage inverter cost. These developments
have expanded the use of power converters for variable speed drive applications which
enabled the development of the concept of "more electric aircraft". This concept consists
in replacing one of energy carriers (pneumatic or hydraulic) with electrical energy.
However, the deployment of electrical energy has increased the onboard voltage, which
leads to premature aging of onboard electrical equipment. The shape of the PWM voltage
consists of pulse trains. With the application of these pulses, the voltage is no
longer homogeneously distributed along the coil. In this case, large differences in
potential between the strands are present. In addition, another important parameter
derived from the winding type motor used in industry. The random winding is the most
common technique for low voltage motors due to its lower cost. The risk generated
by this type of winding is that the first and the last turns of the first coil can
be facing one another. In this case, up to 80% of the voltage will be supported by
a few tens of microns of enamel, and existing insulation systems are not designed
to withstand such severe constraints. The use of long cable connecting the inverter
to the motor can also cause significant overvoltage at the motor terminals. This phenomenon
is explained by the fact that the cable behaves as a transmission line to which the
motor coils is not adapted in terms of impedance. In addition, these large potential
differences associated with low pressures in the depressurized areas of the aircraft,
may cause the occurrence of partial discharge. Partial discharges are electrical discharges
that short-circuited partially the gap between two conductors. There are many detection
methods well known under AC and DC voltage, however, in the case of the detection
under PWM like voltage in low-voltage motors, the detection is much more complex.
Partial discharge signals are embedded in the electromagnetic noise generated by the
switching. The aim of this thesis is to develop a detection method and filtering method
enabling a non-intrusive and an "on-line" partial discharges detection in the aeronautical
field in order to qualify the electrical insulation systems used in aircraft.