Modes de défauts principaux et principes de sécurisation de l’onduleur de tension

1 - Contexte de la problématique

• 1.1 - Rappels des spécificités
  Figure 1 - Synoptique d’une chaîne de conversion élémentaire de type DC/AC (tension continue – courant alternatif) ou onduleur de tension (d’après [D3176])
• 1.2 - Retours d’expérience
  Figure 2 - Répartition moyenne des causes de dysfonctionnement d’un système éolien (de 100 kW à 10 MW) et distribution du taux de défaillance et du niveau d’indisponibilité par sous-système (d’après [10] [D3116] [D3385] [D3126] [11]) Figure 3 - Vue d’ensemble : contraintes, fragilité, limitation et défaillance d’un composant de puissance (d’après [10] [D3116] [D3385] [D3126] [11]) Figure 4 - Répartition des causes de défaillance en variation de vitesse (de 1 kW à 500 kW) (d’après [3] [4] [5]) Figure 5 - Enquête sur les causes de défaillance par type de composants au sein d’un convertisseur dans un environnement représentatif
• 1.3 - Objectif des articles
• 1.4 - Généricité et spécificités de l’onduleur de tension

2 - Les approches de solutions par domaines d’applications et de criticité

• 2.1 - Applications peu critiques
• 2.2 - Applications moyennement critiques
• 2.3 - Applications hautement critiques

3 - Introduction aux modes de défaut et à leur gestion sécuritaire

• 3.1 - Analyse globale à l’échelle de la source et de la charge
  Figure 6 - Modes de court-circuit principaux et délestage des topologies onduleur et redresseur
• 3.2 - Analyse locale : formes d’ondes en régime extrême de court-circuit(s) interne(s)
  Figure 7 - Principaux scénarios de courts-circuits internes ou externes « rapprochés » d’un onduleur Figure 8 - Formes d’ondes expérimentales en régime de saturation sur court-circuit interne ou rapproché
• 3.3 - Analyse locale : modes de défaillance à l’échelle des composants semi-conducteurs d’un bras d’onduleur
  Figure 9 - Modèle consécutif au défaut initial sur T1 ou D1 jusqu’à la destruction de T1 ou D1, conséquences sur le passage des caractéristiques fonctionnelles aux modes de défaut usuels de T1 ou D1 et sur le transistor T2 jusqu’à sa destruction Figure 10 - Illustration des séquences de fonctionnement en régime extrême sur court-circuit interne d’un bras d’onduleur (CC de type 1 et de type 2)
• 3.4 - Analyse locale : approche de sécurisation
  Figure 11 - Schéma de principe des circuits de détection de défaut en saturation et en avalanche Figure 12 - Formes d’ondes d’une commutation à l’amorçage et positionnement de la fenêtre de détection Figure 13 - Schéma de principe d’un driver incluant des fonctionnalités de protections multiples (d’après [29]) issu de la notice du circuit STGAP1S (ST Microelectronics – 2015)
• 3.5 - Synthèse globale de sécurisation
  Figure 14 - Eléments de sécurisation d’un onduleur à topologie standard