contrôle et analyse des émissions hautes fréquences des machines électriques pour le diagnostic thermique et la détection de défauts

CONTRÔLE ET ANALYSE DES ÉMISSIONS HAUTES FRÉQUENCES DES MACHINES ÉLECTRIQUES POUR LE DIAGNOSTIC THERMIQUE ET LA DÉTECTION DE DÉFAUTS Réf ABG-105844 Sujet de Thèse 29/05/2022 Contrat doctoral Laboratoire Systèmes Électrotechniques et Environnement, Université d'Artois, Béthune Lieu de travail Béthune - Les Hauts de France - France Intitulé du sujet Contrôle et analyse des émissions hautes fréquences des machines électriques pour le diagnostic thermique et la détection de défauts Champs scientifiques * Sciences de l’ingénieur Mots clés électrotechnique, schéma équivalent machines, hautes fréquences DESCRIPTION DU SUJET Les émissions électromagnétiques des machines électriques tournantes peuvent se décomposer en composantes Basses Fréquences (BF) et Hautes Fréquences (HF), chacune ayant des origines différentes. Les composantes BF s’étendent sur une gamme allant de la dizaine de Hertz jusque quelques kiloHertz, et sont essentiellement liées au flux magnétique principal qui n’est pas complètement canalisé par les parties ferromagnétiques de la machine. Les composantes HF apparaissent à des fréquences comprise entre 40 kHz et 30 MHz et n’existent pas pour une machine alimentée en régime sinusoïdal fourni par le réseau électrique. Elles apparaissent lorsque la machine est alimentée par un convertisseur d’électronique de puissance (de type MLI) dont les fronts raides excitent les résonances liées aux capacités parasites. Les composantes de courant qui circulent à ces fréquences génèrent un champ magnétique dont l’atténuation par les parties ferromagnétiques est complètement différente de celle en BF. Il a été montré dans les travaux antérieurs au LSEE que les composants BF et HF sont sensibles à certains paramètres ou aux conditions de fonctionnement de la machine. Pour les composante BF, on peut montrer une sensibilité de certains harmoniques à des défauts comme l’excentricité, des spires en court-circuit au stator, ou des défauts rotoriques (barres cassées pour les machines asynchrones à cage ou court-circuit au rotor pour les machines à rotor bobiné, synchrone ou asynchrone). Pour les composantes HF, ce sont les capacités internes de la machines, dépendantes du vieillissement ou de la température qui vont influer sur le spectre de champ magnétique extérieur. L’objectif des travaux de thèse est de déterminer l’impact d’un défaut observé en BF sur le spectre HF. Ce défaut va créer localement une augmentation des pertes joules et fers et ainsi contribuer à une augmentation localisée de la température du bobinage. L’idée est d’analyser les variations locales de température générées par le défaut en s’appuyant sur la variation de certaines fréquences de résonance du spectre HF. Afin d’évaluer cet impact, les travaux de la thèse traiteront des aspects suivants : * Comprendre le lien entre les émissions HF et différents paramètres physiques et géométriques du stator, du rotor, ou d’autres éléments constitutifs (roulements) ; * Établir un schéma équivalent simple, prenant en compte ces paramètres et offrant la possibilité d’intégrer des variations locales de la température ; * Montrer l’existence d’une distribution spatiale du champ HF, qui existe pour le champ BF. Mettre en évidence des distributions particulières en présence de défauts dues à des perturbations locales liées à ces défauts ; * Établir un lien entre la caractéristique spectrale de l’impédance et celle des émissions HF. A terme, les travaux proposés devront permettre d’associer le champ HF au champ BF pour améliorer le diagnostic des machines électriques, le champ HF venant comme une information complémentaire pour la détection de défauts. Dans le cas d’une alimentation par le réseau, un système d’injection HF non invasif devra être ajouté afin d’exciter les éléments capacitifs HF de la machine et donc permettre d’ajouter des harmoniques permettant d’effectuer un diagnostic plus fin. Les résultats pourront permettre d’identifier le type de défauts, les méthodes BF n’offrant pas toujours une différenciation claire des défauts, particulièrement lorsqu’ils sont naissants. PRISE DE FONCTION : 05/09/2022 NATURE DU FINANCEMENT Contrat doctoral PRÉCISIONS SUR LE FINANCEMENT 50% université 50% laboratoire (fond propre) PRÉSENTATION ÉTABLISSEMENT ET LABO D'ACCUEIL Laboratoire Systèmes Électrotechniques et Environnement, Université d'Artois, Béthune Intégrer la Faculté des Sciences Appliquées (F.S.A.) à Béthune, c’est faire un choix de carrière professionnelle dans les métiers du bâtiment et des travaux publics, de la logistique, de l’industrie, des systèmes électriques. La F.S.A., c’est un établissement à taille humaine, de nombreuses salles de Travaux Pratiques bien équipées, des contrôles continus. 30 ans de formations ! 30 ans de compétences incontestables et reconnues ! Les recherches menées au Laboratoire Systèmes Electrotechniques et Environnement (LSEE) portent sur l’efficacité environnementale des machines électriques tournantes et des transformateurs. En d’autres termes, les chercheurs du laboratoire conçoivent des composants électromagnétiques plus performants, contraints par leurs usages et acceptés dans leur environnement. Un bon exemple ? Un actionneur électrique embarqué dans un avion : il doit être léger, fiable et puissant ! Ainsi, l’équipe travaille de concert sur deux voies étroitement liées : la conception de machines électriques efficientes et silencieuses. Cette recherche d’efficience s’appuie par exemple sur l’utilisation d’aciers électriques performants, le dimensionnement de machines particulières en développant des méthodes originales ; * la fiabilité structurelle avec la détection de défauts inhérents au vieillissement ou l’amélioration des Systèmes d’Isolation Electriques (SIE). Les chercheurs mettent en œuvre des matériaux en rupture ou développent des modélisations originales pour comprendre les phénomènes complexes qui apparaissent au cœur du bobinage. * Ces deux thèmes trouvent un point de convergence commun : la conception de machines capables de supporter des températures internes extrêmes. Une identité forte et historique du LSEE porte sur la systématisation de la validation par l’expérimentation. Les moyens d’essais sont notoires et participent à la forte attractivité du laboratoire ! SITE WEB : http://lsee.univ-artois.fr INTITULÉ DU DOCTORAT doctorat en génie électrique PAYS D'OBTENTION DU DOCTORAT France ETABLISSEMENT DÉLIVRANT LE DOCTORAT UNIVERSITE D'ARTOIS ECOLE DOCTORALE ECOLE DOCTORALE EN SCIENCES, TECHNOLOGIE ET SANTE PROFIL DU CANDIDAT Le candidat doit avoir suivi un cursus en génie électrique. Le sujet exige des compétences sur le modèle équivalent des moteurs électriques ainsi que sur le comportement HF des constituants d'une machine électrique tournante. Le candidat doit avoir un goût prononcé pour les manipûlations en laboratoire. Des connaissances en programmation dans le langage python seraient appréciés. Le sujet étant exploratoire, le candidat doit faire preuve de curiosité ainsi que d'être force de propositions. Date limite de candidature 24/06/2022