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Contribution à la modélisation et à la simulation de la machine synchrone soumise à des défauts internes

Tu, Xiaoping (2005). Contribution à la modélisation et à la simulation de la machine synchrone soumise à des défauts internes. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les défauts internes dans les enroulements statoriques de la machine synchrone sont considérés très sévères car ils génèrent des courants élevés dans la machine dont les effets peuvent endommager les enroulements et parfois même les parties mécaniques de la machine telles que l'arbre et les paliers. Les modèles de simulation des défauts internes offrent un moyen commode et efficace pour étudier les comportements de la machine synchrone soumise à des défauts internes permettant d'évaluer les systèmes de surveillance et de protection. Le présent travail propose des méthodes de modélisation et de simulation des défauts internes de la machine synchrone.

Les défauts internes entraînent deux nouvelles problématiques. La première est liée au changement de la distribution d'enroulement et la seconde est le changement du nombre de phases (ou enroulements). Ces deux caractéristiques sont au centre de la modélisation des défauts internes et ne correspondent pas aux hypothèses simplificatrices de la théorie de Park.

Partant de l'hypothèse que la saturation magnétique est négligée et que la machine est considérée comme un système linéaire, cette thèse propose des solutions aux problématiques exposées précédemment. En s'appuyant sur la théorie de la fonction de bobinage, une nouvelle approche de détermination des inductances des enroulements à distribution arbitraire est proposée. Les ondes complètes de la fonction de bobinage des enroulements sont utilisées dans le calcul des inductances de la machine. Donc, toutes les harmoniques d'espace peuvent être prises en compte d'une façon simple. Deux expressions des inductances sont proposées: l'une utilise les paramètres géométriques de la machine, tandis que l'autre utilise les paramètres électriques de la machine. Les représentations d'état pour tous les types de défauts internes statoriques, soit les défauts entre phases et la terre, les défauts entre deux phases et les défauts entre deux bobines d'une même phase, sont présentées dans cette thèse.

En outre, un modèle simplifié de défauts internes de la machine synchrone utilisant uniquement les paramètres électriques est aussi présenté. La validation des modèles est effectuée par comparaison des résultats de simulation avec ceux obtenus par des essais sur une machine réelle.

Titre traduit

Simulation and modeling of internal faults in synchronous machine

Résumé anglais

The internal faults in the stator winding of the synchronous machine are considered serious as it causes severe damage to the windings and possibly to the shafts and couplings of the machine. The internal fault synchronous machine models permit a detailed analysis of a variety of situations and contingencies in a versatile and cost effective way. Therefore, it is very useful when designing a diagnostic and protection system. The purpose of this research is to develop a reliable and accurate synchronous machine model to calculate voltages and currents in the presence of internal faults.

Different from the external fault model which can be derived from the conventional Park theory, the internal fault model should consider two new problems: one is that the faulted windings are not sinusoidally distributed due to the breaking of the winding by the fault; the other is that the symmetry between the machine windings will no longer be present. Therefore, the conventional Park model is not suited to analyze internal faults.

Based on the winding function approach, a new approach to calculate the arbitrary electrical machine winding inductance is proposed in this thesis. This approach uses the original form of the winding function in calculation of the winding inductances. All the space harmonics produced by the faulted windings can be taken into account. Two expressions for calculating winding inductance have been developed: one uses the machine geometrical parameters and the other uses the machine electrical parameters. The state representations for all the types of internal faults are given.

One simplified synchronous machine internal faulted model using only the electrical parameters is also shown in the thesis.

The models are validated by comparing the results obtained from simulation with experimental waveforms.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr : f. [172]-175.
Mots-clés libres: Abc, Arbitraire, Bobinage, Calcul, Defaut, Distribution, Enroulement, Inductance, Interne, Lineaire, Machine, Modele, Modelisation, Simulation, Synchrone, Systeme.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 15 févr. 2011 19:41
Dernière modification: 02 nov. 2016 01:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/384

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