Réferences

Titre : Etudes des isolants plats anodisés pour la conception de machines électriques alimentées par MLI.
Financement prévu : 50 % Région Nord Pas de Calais
Cofinancement éventuel : 50 % Université d’Artois (DGF)
(Co)-Directeur de thèse : Prof. Gabriel VELU
E-mail : [email protected]
Co-directeur de thèse : McF Sonia AIT-AMAR
E-mail : [email protected]
Laboratoire : Laboratoire Systèmes Electrotechniques et environnement (EA 4025)
Equipe :
Descriptif :
Le saut technologique effectué ces dernières années dans le domaine des matériaux semi-conducteurs à grands gaps est
considérable. Les composants actifs nouveaux de l'électronique de puissance, à base de carbure de silicium (SiC) et de
nitrure de gallium (GaN) arrivent à maturité [1] ; ils acceptent des températures internes nettement plus élevées ce qui réduit
considérablement la taille des dissipateurs. Leurs vitesses de commutation très supérieures permettent d'augmenter les
fréquences de découpage ce qui réduit la taille des composants passifs des convertisseurs.
Les systèmes d’isolation électriques (SIE) des moteurs sont sévèrement sollicités par les fronts raides issus de ces
alimentations qui sont plus contraignants et plus fréquents ce qui peut provoquer des décharges partielles [2]. De
nombreuses voies sont actuellement explorées pour « durcir » le SIE avec par exemple des polymères plus performants,
l’ajout de nanoparticules [3], le traitement anti corona [4], etc…
L’objectif de cette thèse est d’étudier l’opportunité d'utiliser des films aluminium anodisés pour réaliser des bobinages
capable de répondre aux contraintes nouvelles imposées par les convertisseurs dotés de composants SiC ou GaN. Dans ce
cas l’isolation inter-spire est obtenue par l’anodisation (Alumine formée sur le film d’aluminium) dont les propriétés
diélectriques sont nettement meilleures par rapport à celles des polymères du point de vie de la rigidité diélectrique, sans
parler des limites thermiques qui sont sans aucune mesure. La constante diélectrique plus importante et la réduction de
l'épaisseur des couches isolantes, combinés à surface inter-spire qui devient très importante entre deux conducteurs plats va
considérablement augmenter la capacité inter-spires. Cette augmentation est un facteur qui peut être favorable car les fronts
raides qui se propagent dans le bobinage auront tendance à s'incliner.
Le candidat pourra se baser sur des études antérieures menées au LSEE sur des bobinages classiques en fil émaillé [5]. Il
aura à sa disposition des modèles théoriques et des moyens expérimentaux. Il étudiera l’influence de la forte capacité interspires. Il devra aussi identifier et étudier les effets, semblable aux décharges partielles, qui seront rencontrés dans les isolants
minéraux et qui sont souvent un signe précurseur d'une dégradation de la couche isolante. Une attention toute particulière
sera portée aux effets de bords.
Le sujet proposé est une étude amont qui doit ouvrir des débouchés sur des applications dans le domaine des transports et de
l'aéronautique si les gains escomptés en termes de masse et de température maximale de fonctionnement sont au rendezvous.
Réferences :
[1]
Zolper, J. C.; Shul, R. J. ; Baca, A. G. ; Wilson, R. G. ; Pearton, S. J. ; Stall, R. A. “Ion‐implanted GaN junction
field effect transistor” Applied Physics Letters 1996, Volume: 68 , Issue: 16 Pages : 2273 - 2275.
[2]
GuangNing Wu, KaiJiang Cao, Yang Luo, Bo Gao, Peng Wang, YiQiang Zhang, HuiHui Xu “Partial discharge
characteristics of interturn insulation used for inverter-fed traction motor under bipolar impulses” Science China
Technological Sciences August 2012, Volume 55, Issue 8, pp 2346-2354
[3] D. Edison Selvaraj, S. Usa, C. Pugazhendhi Sugumaran, “ Comparative Analysis of Dielectric Properties of Enamel Filled with Various Nanofillers such as ZrO2, Al2O3, CNT and ZnO” International Journal of Science and Engineering Applications (IJSEA) Volume 1, Issue 1 ‐ November 2012 [4] Timperley, J.E. Nindra, B. ; Filliben, S.A. “Application of corona resistant polyimide film to pump generator stator coils “Electrical Insulation, 2004. IEEE International Symposium on Conference Record of the 2004 pages 208 ‐ 209 [5]
V. Mihaila, S. Duchesne, D. Roger, "A simulation method to predict the turn-to-turn voltage spikes in a PWM fed
motor winding", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Volume 18, Issue 5, October 2011,
pp. 1609-1615.