La démarche habituelle de conception de l’électronicien de puissance s'attache à optimiser l'efficacité énergétique, la densité de puissance traitée, le coût et la fiabilité de son convertisseur. Il devra à l'avenir intégrer de nouvelles contraintes portant sur la gestion des modes dégradés, l'insertion de redondances et la reconfiguration du pilotage rapproché des interrupteurs de puissance. Cet article présente ainsi les différentes approches de redondance (passive, active, système et mutualisation), les structures types et les stratégies principales de reconfiguration du pilotage. Les solutions génériques proposées concernent l'onduleur de tension et se caractérisent par des propriétés différentes en termes de puissance résiduelle, tension disponible et coût technologique.
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Frédéric RICHARDEAU : Directeur de recherche au CNRS - Laboratoire LAPLACE, Unité mixte de recherche INP Toulouse - Groupe Convertisseurs Statiques. Chargé de cours à l’ENSEEIHT, Département GEA - Université Paul Sabatier – CNRS, Toulouse, France
Arnaud GAILLARD : Maître de conférences - Institut FEMTO-ST, Unité mixte de recherche Université Bourgogne Franche-Comté (UBFC) – CNRS, Département Énergie Université Bourgogne Franche-Comté, UTBM, Belfort, France -
INTRODUCTION
D’un point de vue historique, les techniques de sûreté de fonctionnement dans les systèmes de conversion de l’énergie électrique ont été proposées initialement pour les machines électriques triphasées vulnérables à la perte d’une phase externe (déconnexion ou coupure d’un câble d’alimentation entre l’onduleur de tension et la machine triphasée) ou à un défaut interne de l’onduleur (défaut de type circuit-ouvert ou de court-circuit, défaut de commande…) [D3179]. Une topologie classique d’onduleur de tension triphasé intégrant des interrupteurs auxiliaires d’isolement peut tolérer une défaillance interne, mais les performances de la machine électrique en mode de fonctionnement secours, dans ce cas en monophasé, ne sont pas satisfaisantes pour l’ensemble des applications envisagées : réduction importante de la puissance, fortes ondulations de couple, démarrage incertain de la machine selon la position du rotor à l’arrêt. De ce fait, afin de maintenir une continuité de service du système électrique en termes de performances en couple et en puissance, des familles de structures de l’onduleur de tension, dites tolérantes aux défauts, ont été proposées et sont listées comme suit :
structures de l’onduleur de tension sans redondance ;
structures de l’onduleur de tension avec redondance active de composants de puissance ;
structures de l’onduleur de tension avec redondance passive de composants de puissance ;
structure de l’onduleur de tension avec une redondance au niveau du système de puissance ;
structure de l’onduleur de tension avec une redondance par mutualisation de composants de puissance.
La première famille n’utilise pas de composants de puissance supplémentaires en plus de ceux utilisés lors d’un mode de fonctionnement normal (drivers, cellule de commutation, interrupteur de puissance) [D3176]. Dans ce cas, seuls les degrés de liberté au niveau de la source de tension du bus continu...
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(1) - ELCH-HEB (T.), HAUTIER (J.P.) - Remedial strategies for inverter : AC motor system at the occurrence of a transistor drive fault. - Proceedings of the 4th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’91), Florence, Italy (1991).
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