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Ecole d’ingénieur Polytech’ de Clermont Ferrand APPLICATION NOTE Protocole de test pour la mise en œuvre d'interrupteurs de puissance dans un onduleur triphasé Projet Génie Electrique 2008 : Cartes de puissances robustes et isolées Clients : Michel James Tuteur industriel : Gérard Chazelle Tuteur technique : Christophe Pasquier Auteur : Fanny Abrahamse [Application note] [P08B02] Sommaire Liste des figures ....................................................................................................................................... 5 Résumé .................................................................................................................................................... 6 Abstract ................................................................................................................................................... 7 Introduction............................................................................................................................................. 8 I. La carte onduleur ............................................................................................................................ 9 II. La caractérisation de la carte onduleur ......................................................................................... 11 III. Les tests et les résultats de la carte onduleur 2008 .................................................................. 13 IV. Etude des conditions ayant déjà provoqué la destruction de la carte ...................................... 20 1. La carte onduleur 2007. ............................................................................................................ 20 2. La carte onduleur 2008 utilisées par les projets Renesas. ........................................................ 20 3. La carte onduleur 2008 sur laquelle nous avons travaillé ......................................................... 21 Conclusion ............................................................................................................................................. 21 [Application note] [P08B02] Liste des figures Figure 1 Schéma général ......................................................................................................................... 9 Figure 2 Schéma électrique d'un onduleur ............................................................................................. 9 Figure 3 Shéma électrique d'un bras de l'onduleur .............................................................................. 10 Figure 4 Signaux en sortie de l'isolateur et du driver ............................................................................ 13 [Application note] [P08B02] Résumé Dans le cadre de la formation d’ingénieur en Génie Electrique dispensée à Polytech’Clermont-Ferrand, les étudiants réalisent un projet industriel. Ce document constitue la note d’application rédigée par Fanny ABRAHAMSE et correspondant au projet 2008 intitulé « Cartes de puissance robustes et isolées ». Le sujet de ce projet a été proposé par Michel James, enseignant à Polytech'Clermont Ferrand, en réponse à une problématique récurrente dans le département Génie Electrique qui est celle de la partie puissance dans la commande de moteur. En effet, l'école reçoit souvent des sujets de projet, de la part des industriels, portant sur la commande de moteur. Ces projets nécessitent toujours une partie puissance et sa conception est souvent un élément critique qui retarde le travail des étudiants. Cette année, deux projets proposés par Renesas ont eu besoin de cartes de puissances : « Development of motor control boards using the Direct Torque Control (DTC) to drive 3 phase AC motors » (2) et « Development of motor control boards using the FOC to drive 3 phase AC motors » (3). La partie puissance conçue l’a donc été pour satisfaire aux besoins de ces deux projets en reprenant les cartes qui avaient été réalisées par les équipes des années précédentes. L’objectif final du projet était la réalisation de quatre cartes qui soient des versions plus robustes que celles des années précédentes. Ce document décrit les protocoles de tests qui ont été suivis et qui devront être repris par les équipes suivantes. Il décrit aussi les résultats obtenus et les interprétations pour que les étudiants puissent comparer la prochaine carte avec la précédente puisque celle-ci a été détruite. Mots clefs Protection des organes de puissance Endommagement/destruction de composants Transistors IGBT Redresseur Onduleur Puissance [Application note] [P08B02] Abstract As part of training to become engineers specialized in electrical engineering at Polytech'Clermont-Ferrand, students realized an industrial project. This document is an application note written by Fanny ABRAHAMSE and match with the 2008 project called "Robust and galvanically isolated power cards". The project's subject was suggested by Michel James, teacher at Polytech'Clermont Ferrand, in response to a reoccurring problem in the electric engineering department which is that of the power part of the motor control. Indeed, the school often receives suggestions for projects, from industrials, concerning the motor control. These projects always require a power part which is often a critical element which delay the student's work. This year, two projects suggested by Renesas needed power cards: « Development of motor control boards using the Direct Torque Control (DTC) to drive 3 phase AC motors » (2) and « Development of motor control boards using the FOC to drive 3 phase AC motors » (3). The power part that was therefore designed to meet these two projects needs was done so by readapting the cards that had been created by teams from previous years. The project's final aim was the creation of four cards which would be more robust versions than those from previous years. This document describes the tests protocol for the inverter card which should be reused by the next project team. Moreover it describes the results and the interpretations in order to permit a comparison between the next card and the previous because this one was destroyed. Key Words Protection of power component Destruction of components IGBT Transistors Rectifier Inverter Power [Application note] [P08B02] Introduction L’école d’ingénieur Polytech’Clermont-Ferrand, anciennement le CUST, membre du réseau Polytech possède un département Génie Electrique qui dispense aux élèves ingénieurs une formation de trois ans couvrant largement le spectre des métiers de l’électricité. En effet, comme d’autres formations d’ingénieur en Génie Electrique, elle aborde l’électronique numérique, analogique, de puissance aussi bien que l’automatique, l’électrotechnique ou l’étude des microcontrôleurs et systèmes sur puces. Mais l’enseignement du Génie Electrique à Polytech’Clermont-Ferrand possède une particularité qui consiste en un projet industriel. Ce projet est un travail donné aux étudiants par des entreprises, des chercheurs enseignants ou des professeurs. Il représente 250 heures dans l’emploi du temps, réparties sur les deux dernières années d’enseignement. Les étudiants doivent prendre en main le sujet qui leur aura été donné, d’un point de vue technique mais aussi d’un point de vue gestion de projet. Ainsi ils doivent gérer la communication avec le client (l’entité qui a proposé le sujet) grâce à des présentations régulières. Ils proposent des solutions en temps et en coût et rendent à la fin de leur travail des documents techniques et de communication. Ces documents rendent compte de l’évolution du projet, des conclusions et des perspectives pour les équipes de projet qui viendront ensuite. L’un de ces documents est une note d’application, travail individuel qui doit être rédigé par l’étudiant sur le point technique qu’il a étudié. Ce document correspond au projet 2008 « Cartes de puissance robustes et isolées » et décrit les protocoles de tests à effectuer pour caractériser la carte onduleur. Elle est principalement destinée aux étudiants qui vont nous succéder sur ce projet afin qu’il ne refasse pas nos erreurs et soit efficace dès le début. La première partie de ce document rappel la structure de la carte onduleur sur laquelle nous avons travaillé. La deuxième partie décrit l’objectif des tests et les éléments indispensables à prendre en compte pour caractériser la carte. La troisième partie décrit le protocole des tests effectués les résultats. Enfin la dernière partie aborde les cas de destruction de cartes que nous avons constaté et les tests que nous proposons pour les étudier. 8 [Application note] [P08B02] I. La carte onduleur La carte onduleur fait partie de la chaîne de puissance décrite en figure 1 qui sert à alimenter un moteur asynchrone triphasé de 3kW. Figure 1 Schéma général La partie redresseur et de filtrage permet d’obtenir une tension continue. Cette partie est composée d'un pont de diode et d'un filtrage capacitif. La tension continue est ensuite transformée en tension alternative par l’intermédiaire d’un onduleur permettant le fonctionnement du moteur en mode hyposynchrone et hypersynchrone. Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance permettant de délivrer des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique continue. C'est la fonction inverse d'un redresseur. L'onduleur est un convertisseur de type continu/alternatif. Celui que l’on traite est constitué de transistors IGBT et possède la structure de la figure C-5. Figure 2 Schéma électrique d'un onduleur L’onduleur est composé de six transistors avec une diode antiparallèle pour chacun. Les transistors T1 et T1’ comme T2 et T2’ et T3 et T3’ sont complémentaires en théorie c'est-à-dire que lorsque l’un deux est ouvert l’autre est fermé et inversement. Dans la théorie seulement car les commutations réelles des interrupteurs de puissance ne sont pas instantanées. La configuration la plus dangereuse est celle ou les deux transistors sont fermés, car la tension de bus (de l’ordre de plusieurs centaine de volts) est mise en court circuit. Un courant très important se déverse alors dans les transistors entraînant leur destruction. C’est donc cette configuration que l’on va éviter. On ouvrira donc l’un des transistors avant de fermer l’autre. Le temps de sécurité entre l’ouverture de 9 [Application note] [P08B02] l’un et la fermeture de l’autre est appelé « temps mort ». Il doit être parfaitement calibré pour un fonctionnement optimal de l’onduleur. Le moteur étant un circuit inductif qui n’apprécie pas les discontinuités de courants, c’est pour cela que chaque transistor possède une diode en anti parallèle. Pour laisser passer le courant pendant les phases où les deux transistors sont ouverts. Le circuit de l’onduleur est constitué comme sur la figure C-8, pour chaque bras, du circuit de commande 0-5v qui arrive sur l’isolateur galvanique (en bleu), puis du driver qui transforme ce signal en 0-15V (en vert) puis d’un circuit diode-résistance (en jaune) qui permet de ralentir les commutations et enfin des IGBT (en rouge). Sur ce circuit les temps morts sont gérés de façon logiciel tandis que sur d’autre le driver sans occupe lui-même. De plus les IGBT contiennent déjà une diode antiparallèle. Figure 3 Shéma électrique d'un bras de l'onduleur 10 [Application note] [P08B02] II. La caractérisation de la carte onduleur Les tests décrits ici ont été mis en places pour déceler des causes de dysfonctionnement. Lorsqu’une carte est détruite, la réparer ou la remplacer prend beaucoup de temps et ce point doit être pris en compte dans la planification des tests. Les tests les plus susceptibles de détruire la carte seront fait en dernier. On peut donc classer les tests dans deux catégories : Les observations dans des conditions de sécurité pour la carte. Les observations dans des conditions que l’on sait avoir déjà été fatale pour la carte. Ensuite la carte est caractérisée par deux points : les composants et les pistes. Ces deux critères limitent la plage d’utilisation du système. Les conditions de tests ne doivent pas sortir de cette plage car cela conduirait à la destruction de la carte. Si le projet exige que la carte fonctionne au-delà de cette plage alors la conception doit être reprise. Mais il est inutile de tester les limites du système (par exemple en surtension et en surintensité) au-delà de ce qui a été prévu que cela entrainerai un gaspillage. Avant de commencer les tests, les utilisateurs doivent donc bien connaître les limites du système et les conditions d’utilisation de celui-ci. En caractérisant, grâce aux documentations des constructeurs : Les composants. Les groupes de composants ou éléments. La carte dans sa globalité. Nous ne rappellerons pas ici toute les caractéristiques des composants utilisées étant donné que les documentations sont comprises dans le classeur. En revanche, s’il y a un doute la plage théorique de bon fonctionnement, elle peut être confirmées par expérimentation pour s’assurer que le disfonctionnement ne vient pas d’un composant défectueux ou mal dimensionné. Les éléments que l’on observe lors de ces tests sont : Les signaux (tension, courant). La température des composants. Lors de dysfonctionnements, l’aspect des composants qui peuvent se déformer ou l’odeur de bruler qui peut être un signe de destruction imminente. Ici on traitera principalement de l’observation des signaux, pour cela on dispose à Polytech’ClermontFerrand, de multimètres, de sondes de courants et d’oscilloscopes avec lesquels on peut faire des captures d’écran et observer des signaux à très hautes fréquence. Les courants sont aussi souvent accessibles grâce à des shunts inclus à la carte. 11 [Application note] [P08B02] Les signaux que l’on observe sur la carte onduleur : Tension de sortie µc Tension de sortie isolation galvanique Tension de sortie du driver (potentiellement le courant qui sort du driver) Tension Vce des transistors Courant Ic des transistors (n’était pas accessible sur l’ancienne carte mais devrait l’être sur la prochaine) Courants de phase Mesure des courants de phases par la carte mesure Tension du bus continu Courant dans le bus continu Lorsqu’on observe un signal on doit d’abord savoir ce que l’on cherche à regarder car la fonction « autoset » de l’oscilloscope n’est pas toujours la meilleure solution pour visualiser ce qui est intéressant. Ainsi en sachant quel aspect doivent avoir les signaux, on peut évaluer les perturbations qui nous intéresse. La perturbation est l’écart entre le signal que l’on devrait avoir et celui que l’on observe. Elle peut être négligeable ou critique mais cela dépend uniquement de la sensibilité du système. Donc lorsqu’on rencontre une perturbation, la première étape est d’en évaluer la dangerosité pour le système, et la possibilité qu’elle entraîne un dysfonctionnement. Plus précisément, peut-elle être à l’origine du dysfonctionnement que l’on cherche à expliquer. La deuxième étape consiste à caractériser ce signal parasite pour en définir la source. Les perturbations sont caractérisées par leur aspect : impulsion, oscillation ou composante continu... La fréquence à laquelle elles apparaissent, leur amplitude maximale, moyenne et la durée de ces perturbations sont à observer. Ainsi on peut évaluer le niveau d’énergie d’une perturbation ce qui nous permet d’en évaluer l’influence. Dans le cadre des tests réalisés sur la carte onduleur, les perturbations étaient de type oscillations et impulsions, nous avons donc observé respectivement, l’amplitude, la pseudo période ainsi que le temps d’atténuation et l’amplitude avec la durée de l’impulsion. Il est aussi important d’identifier les grandeurs du système qui influent sur ce signal, ce qui nous donnera des indices supplémentaires pour trouver la cause. Nous avons identifié plusieurs variables pour la carte onduleur : tension de bus continu temps mort fréquence de fonctionnement de l’onduleur charge (moteur) courants de phase Au terme de cette caractérisation on doit être capable de définir l’origine de la perturbation mais si ca ne suffit pas il reste la solution de déconnecter petit à petit des parties du système pour identifier par élimination l’origine d’une perturbation. Ce peut aussi être un moyen de confirmer une hypothèse. Si par exemple on soupçonne une alimentation a découpage de polluer le système car on 12 [Application note] [P08B02] retrouve des impulsions à fréquence fixe, on peut soit modifier la fréquence de découpage de l’alimentation et constater si ca a influé sur la période des perturbations. Ou on peut remplacer l’alimentation à découpage par une alimentation linéaire. Un dernier point important à souligner est celui de l’importance des masses. Lors des tests il faut prendre garde à ne jamais court-circuiter les masses et toujours se référencer à celle qui correspond au signal que l’on observe. De plus il peut être intéressant d’observer les signaux entre deux points de masse éloignés de la carte car elle peut aussi véhiculer des perturbations. Enfin il est très important de noter rigoureusement toute les conditions de tests (ce qui était connecté, alimenté) et les noms des fichiers dans lesquels on enregistre les relevés. Cette rigueur est indispensable pour ne pas perdre du temps et des informations. Il faut prendre le temps avant pour planifier et savoir ce que l’on va faire. Et prendre le temps pendant de noter proprement ce qu’on a fait et ce qu’on a obtenu. III. Les tests et les résultats de la carte onduleur 2008 1. Premiers tests La démarche d’investigation est la suivante : partir du composant pour arriver au système complet. Et avoir une progression descendante. C'est-à-dire que l’on va partir des signaux d’entrée de la carte onduleur et on va contrôler leur évolution, composant après composants. En revanche nous n’avons pas procédé par étape pour l’assemblage du système. Nous avons tout connecté, puis nous avons observé. Il vaut mieux assembler une partie et observer avant d’aller plus loin. D’abord il faut contrôler les signaux qui sortent du microcontrôleur et de l’isolateur galvanique. La figure 4 montre les relevés que nous avons effectués à ce stade mais qui ne sont pas suffisants. Les signaux sortant du microcontrôleur sont normalement identiques à ceux qui sortent de l’isolateur galvanique. On doit reconnaitre des créneaux propres -5/+5v (en jaune). Les signaux sortant du driver doivent aussi être propres et en 0-15V (en bleu). Mais c’est souvent en sortie du driver que l’on voit des perturbations. En effet, ici nous avons mal regardé et il aurait fallut zoomer plus pour déceler une anomalie. De plus ici on a l’image que d’un seul signal mais il y en a 6 complémentaires deux à deux avec un Figure 4 Signaux en sortie de l'isolateur et du driver temps mort. Ces temps morts doivent aussi être vérifiés à ce stade. Les sorties des driver sont aussi les tensions de gâchette des IGBT et c’est la qu’on voit apparaître des problèmes si l’on regarde au bon endroit. On passe donc à l’observation des IGBT de leurs tensions et courant. Malheureusement sur la carte que nous avions à notre disposition les courants Ice n’étaient 13 [Application note] [P08B02] pas accessibles nous avons donc observé les courants de phase. La figure 5 montre les signaux précédents mis en parallèle avec un courant de phase (en rose). Ici l’anomalie est flagrante. On voit même des perturbations sur les tensions que l’on avait pas vu avant. Mais ce relevé n’est pas encore assez précis car on a pas fait attention à la relation entre le courant de phase mesuré et les signaux de commande. On ne sait pas si le courant passe dans l’un des transistors qui est commandé. Les deux relevés précédents sont donc des exemples de tests qui ne sont pas assez rigoureux et dont les résultats sont inexploitables même si les grandeurs observées étaient correctes. Figure 5 Tensions en sortie de l'isolateur et du driver et courant de phase Pour observer les tensions des IGBT et les courants de phase il est préférable de se placer sur un bras comme montrer sur la figure 6. On observe les tensions de gâchette des transistors haut et bas et le courant de phase correspondant. Figure 6 Observation des grandeurs d'un bras de l'onduleur 14 [Application note] [P08B02] Ainsi on observe les signaux de la figure 7 Bleu : tension de gachette du transistor haut. Vert : tension de gachette du transistor bas. Rose courant dans une phase. Sur ce relevé on voit comment le courant sinusoïdal est crée par les commutations des transistors. Mais ce courant est bruité et la tension maximale de la gâchette du transistor haut(Vgh) semble varier en corrélation avec le courant. Les figures 8 et 9 montre ce phénomène de plus près. Figure 7 Courant de phase et tensions de gâchette Figure 9 Courant de phase et tensions de gâchette (2) Figure 8 Courant de phase et tensions de gâchette (3) Lorsque le courant est positif dans la phase, le seuil de la tension Vgh est de 14V tandis qu’il est, comme Vgb, de 16V lorsque le courants est négatif. L’hypothèse était que la capa de bootstrap était mal dimensionnée mais les tests ont démentit cette hypothèse. La cause de cette différence n’a donc toujours pas été élucidée mais ce n’est pas critique puisque ce défaut de tension n’est pas dangereux pour le système (le seuil de commutation du transistor est de 5,75V, donc largement au dessous. En revanche ce qui est intéressant c’est que le courant est très pollué et que cette pollution survient au moment des commutations des transistors. Remarque : Le temps mort n’est pas visible car l’échelle de temps est trop grande mais il est l’écart entre un front descendant bleu et un front montant vert (ou inversement). Donc on va se concentrer sur les commutations. 15 [Application note] [P08B02] 2. Observation des instants de commutations Conditions de test : MLI à 10k -> demi période de 1200 Temps mort 1µs=24cycle, tension de bus continu : Vbus= 150v Pas de charge (moteur standard) Rapport cyclique et vitesse du moteur indifférent Méthode de mesure : Mesure des tensions à l’oscilloscope. Mesure des courants de phase avec une pince LEM avec 1A=1V. Légende des graphes : Bleu : tension de gâchette du transistor haut. Vert : tension de gâchette du transistor bas. Rose courant dans la phase. Observations On observe les signaux à deux moments : fermetures des transistors haut (bleu) et bas (vert). A la fermeture du transistor du bas (figure 10 et 11, front montant vert) Figure 11 Fermeture du transistor bas, courant positif Figure 10 Fermeture du transistor bas, courant négatif D’abord on observe bien le temps mort ici. Ensuite les signaux sont très perturbés mais seulement quand le courant est négatif. La période de pseudo oscillation est de ~60ns -> 16MHz donc ce n’est pas le transistor qui commute (fréquence inaccessible pour le 16 [Application note] [P08B02] transistor). Ces oscillations sont dues au impédances des pistes et des composants qui créent un circuit LC. A la fermeture du transistor haut (figure 12 et 13, front montant bleu) Figure 13 Fermeture du transistor haut, courant positif Figure 12 Fermeture du transistor haut, courant négatif Le comportement des perturbations est l’inverse de celui du transistor bas. De plus on peut voir l’image des perturbations des autres bras (figure 13). Ces perturbations peuvent être gênantes puisque leur amplitude fait que l’on pourrait avoir des commutations intempestives. Ensuite on les a caractérisés et elles ne dépendent, en amplitude, que de la tension du bus continu. Plus la tension de bus est élevée plus les perturbations sont importantes. Si on résume dans un graphe, en fonction du courant dans la phase, ces phénomènes (figure 14), il apparait que les perturbations dépendent complètement de l’alternance du courant. 1,5 Thaut non pert Tbas pert Vhaut=14v Vbas= 16v 1 0,5 Phase U 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 0 -0,5 Thaut perturbé Tbas non pertur -1 Vhaut=16v Vbas= 16v -1,5 17Figure 14 Evolution des perturbations en fonction du courant de phase [Application note] [P08B02] Pour compléter ces observations nous allons observer en plus les tensions de sortie des IGBT (figures 15 et 16). Vgh Vgb Vs haut Vs bas Vgh est en bleu Vgb est en vert Vs haut est en rose Vs bas est en jaune Figure 16 Perturbations sur fermeture du transistor haut Figure 15 Pas de perturbation sur l'ouverture du transistor bas D’abord on constate que les perturbations se retrouvent sur la tension de sortie, elles ont les mêmes caractéristiques et peuvent atteindre une amplitude de 50V. C’est très gênant pour le circuit car des commutations de 50v à 16MHz peuvent être très polluantes. Ensuite les tensions Vs haut et bas sont parfaitement complémentaires ce qui est satisfaisant. Par contre les tensions de sorties ne sont pas vraiment à l’image des commandes et les fronts varient suivant i supérieur ou inférieur à zéro. Décomposons ce qui se passe dans un bras pour comprendre. On a vu précédemment que les perturbations (sur la fermeture du transistor haut) surviennent lorsque i est positif. Regardons ce cas de figure : Figure 17 Courant>0, étape 1 18 Figure 19 Courant>0, étape 2 Figure 18 Courant >0, étape 3 [Application note] [P08B02] Au départ le transistor du bas conduit et celui du haut non (figure 18), le courant dans la phase est positif. Comme le transistor bas ne laisse passer le courant que dans un sens, le courant passe par la diode du bas. On lance la commutation (figure 19): on ouvre le transistor bas, comme ce n’était pas lui qui conduisait cela n’a pas d’incidence, ce qu’on voit très bien sur les relevés (en rouge sur la figure 16). Ensuite on ferme le transistor haut (figure 17), c’est la qu’apparaissent les perturbations. En effet on a une commutation de la diode au transistor ce qui modifie l’impédance du circuit et crée un circuit LC. Si le courant dans la phase est négatif, ca se passe différemment : Figure 20 Courant<0, étape 1, 2 et 3 Au départ le sens du courant lui permet de bien s’échapper à travers le transistor du bas : court circuit en bas (figure 20, étape 1). Lorsqu’on ouvre le transistor du bas (figure 20 étape 2), la diode du haut se met à conduire pour laisser passer le courant, on passe à un circuit ouvert en bas et à un court circuit en haut donc les tensions ont changé (en rouge sur la figure 15). Ensuite on ferme le transistor haut (figure 20, étape 3), rien ne se passe puisque le courant ne peut pas passer dans ce sens dans Thaut, la diode continu à conduire (en bleu sur la figure 15). On n’a pas d’oscillation. Les tests nous ont permis d’arriver à ces interprétations qui vont nous permettre d’élaborer des solutions. 3. Tests final Une fois que des solutions ont été mises en place, il faut revoir tout les éléments du circuit précédemment observés pour conclure sur l’influence des modifications apportées. Dans notre cas, nous avons installé des circuits d’aide à la commutation et observé les mêmes signaux dans les mêmes conditions (figures 21 et 22). Et on peut conclure que le dispositif a entrainé une diminution de l’amplitude des oscillations. L’étape finale est l’assemblage de tout le système et son fonctionnement en condition réelle pendant une durée assez longue pour contrôler les échauffements (1 à 2 heures). 19 [Application note] [P08B02] Figure 22 Fermeture du transistor bas avec circuit d'aide à la commutation IV. Figure 21 Fermeture du transistor haut avec circuit d'aide à la commutation Etude des conditions ayant déjà provoqué la destruction de la carte Trois cartes on été endommagée depuis le début des projets Renesas 1. La carte onduleur 2007. Les conditions de cette panne sont inconnues car l’enseignant n’était présent lorsque c’est arrivé et les étudiants n’en ont pas pris note. Les tests que nous avons effectué était destinés à comprendre ce qui s’était passé sur cette carte. 2. La carte onduleur 2008 utilisées par les projets Renesas. Cette carte était utilisée avec une carte microcontrôleur, un moteur triphasé 3kw et une alimentation stabilisée à 150V. Il y a eu 2 destructions similaires, la première : Seule la carte microcontrôleur est alimentée. Les étudiants chargent le programme (SVM). La commande est fixe, c'est-à-dire que les 3 signaux en sortie du microcontrôleur ne varient pas. Les étudiants alimentent la carte onduleur (+15-0v) Les étudiants alimentent le bus continu. Destruction presque immédiate des 2 transistors d’un bras, des drivers et des opto-coupleurs correspondants. Il est important de préciser que sur cette carte le temps mort est géré matériellement par le driver. Donc même en cas d’erreur de commande, un bras ne devrait pas subir de court-circuit. La deuxième s’est passée dans les mêmes conditions excepté que le programme était sur un point d’arrêt au moment de la mise sous tension du bus continu. 20 [Application note] [P08B02] L’hypothèse est que les signaux en entrée du driver ne sont pas fixes. Pour étudier ces conditions de dysfonctionnement, les étudiants devront vérifier, avec le microcontrôleur et la carte onduleur alimenté (sans le bus continu), les niveaux de tension présents sur : Les sorties de la carte microcontrôleur. Les sorties de l’isolateur galvanique. Les sorties du driver. Si ces observations ne révèlent pas d’anomalie il faudra connecter le bus continu mais à tension réduite (20 v) et vérifier si un bras se met en court circuit à un moment. Sinon il faudra que les étudiants poussent plus loin leurs investigations, au-delà de nos hypothèses. 3. La carte onduleur 2008 sur laquelle nous avons travaillé Au terme des tests de caractérisation de l’onduleur, et après l’installation des circuits RC (voir documentation) nous avons fait fonctionner le système dans sa globalité. C'est-à-dire carte redresseur+ carte onduleur+ moteur. La carte a fonctionné pendant une demi-heure et, soudain, elle a explosé. Les pistes de masse de l’alimentation 0-15v de la carte onduleur ont été détruites, les six IGBT et deux drivers aussi. Ce dysfonctionnement est peut être dû au fait que le moteur ne fonctionnait pas à tension nominale. En effet, la carte onduleur fournit une tension continue de 330v, et le programme était prévu pour une tension de bus de 150V. Cela a peut être induit un comportement du moteur inattendu, comme un fort retour de courant. Il faudrait faire une étude du moteur pour vérifier cette hypothèse. Une autre hypothèse est celle du « second claquage » car on a constaté, lors de ces tests une élévation de la température qui n’avait jamais été observée avant. Conclusion Ce document a présenté le protocole de test que nous avons appliqué en le commentant de ce qui est positif, négatif, de ce qui aurait pu être amélioré et de résultats. Ce protocole se veut un exemple pour les étudiants qui reprendront le projet, ils devront l’améliorer pour arriver à atteindre les objectifs initiaux. Néanmoins j’espère que notre travail leur sera utile et qu’ils arriveront a trouvé les causes des dysfonctionnements que nous avons constaté. 21