Il est estimé que 38% des défauts dans les des composants de l'électronique de puissance [12 interruptions et avec de meilleur
les défauts dès leurs premières apparitions afin d'éviter des défauts majeurs sur le composant lui même ou bien sur l'ensemble du système.
défauts brusques, les défauts graduels et les défauts intermittents comme figure I.7.
L'impact des défauts brusques sur les machines électriques a largement été étudié [43]. Dans notre travail nous nous focaliserons
même si il sont moins d’effets immédiats, sur le long terme ils peuvent dégrader progressivement le composant et conduire à une défaillance. Les défauts possibles pour un commutateur de puissance sont le défaut de
court-I.4.1 Le défaut de court-circuit
Le défaut de court-circuit d'un interrupteur peut être causé par la fermeture ou bien la non ouverture de l'interrupteur quand ce dernier est à l'état
dysfonctionnement très contraignant pour les semi
entrelacée à deux niveaux; la structure trois niveaux à point neutre (NPC) et la structure trois niveaux avec des ponts H en cascade. L'onduleur NPC s'est avéré le plus efficace.
I.4 Types de défaillance d'un commutateur électronique de puissance
38% des défauts dans les entrainements électriques industriels proviennent des composants de l'électronique de puissance [12-13]. Afin de garantir un fonctionnement sans interruptions et avec de meilleures performances. Il est évident et même obligatoire de détecter s leurs premières apparitions afin d'éviter des défauts majeurs sur le composant lui même ou bien sur l'ensemble du système. Nous pouvons classer les fautes en trois catégories: les défauts brusques, les défauts graduels et les défauts intermittents comme représentés sur la
Figure I. 7Types de défauts
L'impact des défauts brusques sur les machines électriques a largement été étudié [43]. Dans ons sur les défauts intermittents peu traités dans la littérature car même si il sont moins d’effets immédiats, sur le long terme ils peuvent dégrader progressivement le composant et conduire à une défaillance. Les défauts possibles pour un commutateur de
-circuit ou le défaut de circuit ouvert.
circuit
circuit d'un interrupteur peut être causé par la fermeture ou bien la non ouverture de l'interrupteur quand ce dernier est à l'état passant. Le court
dysfonctionnement très contraignant pour les semi-conducteurs de puissance car il leur impose re trois niveaux à point neutre (NPC) et la structure trois niveaux avec des ponts H en cascade. L'onduleur NPC s'est avéré le plus efficace.
entrainements électriques industriels proviennent 13]. Afin de garantir un fonctionnement sans s performances. Il est évident et même obligatoire de détecter s leurs premières apparitions afin d'éviter des défauts majeurs sur le composant lui classer les fautes en trois catégories: les représentés sur la
L'impact des défauts brusques sur les machines électriques a largement été étudié [43]. Dans sur les défauts intermittents peu traités dans la littérature car même si il sont moins d’effets immédiats, sur le long terme ils peuvent dégrader progressivement le composant et conduire à une défaillance. Les défauts possibles pour un commutateur de
circuit d'un interrupteur peut être causé par la fermeture ou bien la non passant. Le court-circuit est un conducteurs de puissance car il leur impose
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de supporter durant un temps très court des tensions et des courants très importants. Il en résulte des contraintes sévères sur les isolants et d’importants échauffements qui peuvent conduire à des défaillances des composants ou du système.
On distingue deux régimes de court-circuit [44]:
• Hard Switch Fault : Le défaut apparaît avant la mise en conduction du transistor.
• Fault Under Load : Le défaut se produit lorsque le transistor est en mode passant.
Ce type de défaut qui se produit lorsqu'un commutateur reste constamment fermé est dû, soit à un défaut externe dans la commande, soit un défaut intrinsèque comme par exemple le dépassement de la température critique [45].
Le défaut externe est lié à la défaillance de la commande qui peut être une défaillance sur le driver, un problème de connectique entre le driver etla carte de commande (rupture des liaisons avec la commande, …), ou bien une défaillance de la carte de commande [46]. La figure I.8 montre les formes d'ondes des courants et tensions du transistor du haut et sa commande lors d'un défaut sur la commande qui a engendré un court-circuit.
Figure I. 8Impact d'un défaut court-circuit d'un IGBT [47]
On remarque que le courant dépasse non seulement le courant nominal mais aussi le courant de court-circuit. Néanmoins la tension de grille reste égale à la tension de seuil. En observant les caractéristiques statiques de chacun des deux transistors, nous constatons alors que l’IGBT 1,
dont la tension de grille est la plus faible, limite le courant de court-circuit grâce à sa structure interne et continue à supporter quasiment toute la tension d’entrée. L’augmentation du courant de court-circuit entraîne une augmentation de la tension Vce2 et donc une diminution de la tension Vce1 (Vce1 + Vce2 = E). Cette augmentation de tension engendre une augmentation de la tension de grille de l’IGBT du bas, par effet Miller. Une fois le courant de court-circuit établi, l’IGBT du haut est désaturé et donc supporte toute la tension du bus continu.
Mais cela arrive que le commutateur n'arrive pas à supporter le courant de court-circuit à cause des effets thermiques ou bien du vieillissement du composant. Dans ce cas le transistor peut être détruit et provoquer une explosion du composant. La Figure I.9 montre l'effet produit après un défaut de court circuit d'un transistor de type IGBT qui a engendré un arc électrique conduisant à une explosion instantanée (a) du module avec des impacts critiques sur son support (b).
Figure I. 9Effet d'un défaut de court-circuit d'un module d'IGBT (a) sur lui même après 200µs et 1 ms (b)sur son support [47]
I.4.2 Le défaut de circuit-ouvert
Le défaut de circuit ouvert (CO)se traduit par le blocage du commutateur à l'état non passant (ouvert). Il peut apparaître lors de l'absence du signal de commande en raison d'un dysfonctionnement du driver comme la perte de l’alimentation par exemple. Ce type de défaut n'est pas critique car il n'empêche pas le système de fonctionner [45] mais il dégrade les
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performances comme le montre la figure 8 où nous remarquons l'impact du défaut CO du transistor Sa sur les courants des trois phases de la machine [48].
Figure I. 10Impact du défaut CO sur les courants de la machine
A partir de la figure I.10, nous pouvons noter que les courants de la machine sont affectés par le défaut CO. Il apparait un déséquilibre entre les phases. La détection de ce type de défaut permanent peut s’appuyer sur l’observation des mesures des courants de phase. Par contre dans le cadre d’un système bouclé et si la boucle de commande est bien réglée, les impacts des défauts sont compensés par les correcteurs comme le montre la figure I.11.
Figure I. 11Structure de l'onduleur NPC lors d'un défaut CO sur S1 et le courant de la phase A
Il apparait que le défaut de circuit ouvert sur l’interrupteur S1 est vite compensé par les correcteurs au bout de quelques millisecondes. Dans le cas d’un défaut CO de durée très courte, la détection sera rendue encore plus difficile d’autant que les correcteurs compensent l’effet du
défaut. L'objectif de notre travail est donc de développer une méthode pour détecter ces ratés de commutation dans un convertisseur dont les courants sont régulés en boucle fermée.