FiabSIE 4.0 P3

Depuis quelques années, l’énergie électrique devient un acteur majeur du secteur des transports. En plus de la traction ferroviaire, on utilise, ou on cherche à utiliser, cette énergie dans l’aéronautique (pour les commandes, la pressurisation, le taxiage et même la propulsion) ou dans l’automobile où les véhicules hybrides et électriques deviennent de plus en plus courants grâce à des incitations politiques fortes dans différents pays du monde. Ce besoin fort en actionneurs électriques a nécessité l’apparition de technologies nouvelles permettant notamment de réduire notablement le poids et le volume de la chaine de traction qui assure le pilotage et la transformation de l’énergie électrique en énergie mécanique. Des composants électroniques dit « à grands gaps » ont notamment été mis au point afin d’augmenter les fréquences et les températures de fonctionnement des convertisseurs de puissances ce qui permet de réduire considérablement la taille de ces derniers. Cependant, ces nouveaux composants, qui commutent bien plus rapidement que les composants usuels au silicium, imposent des contraintes très fortes aux machines électriques ce qui réduit fortement leur espérance de vie.

C’est le Système d’Isolation Électrique de la machine (SIE) qui est la principale victime de ces gains de performances et qui devient généralement la cause des défaillances de la chaine de traction.
Ce projet adresse l’étude de la Fiabilité des Systèmes d’Isolation Électriques. Ce banc d’endurance a pour vocation de tester, dans des conditions les plus proches de la réalité des SIE de systèmes complexe afin de déterminer à travers des campagnes d’essais, portant sur plusieurs véhicules de test, l’espérance de vie de diverses technologies d’isolation. Pour cela il est indispensable d’assurer pour chacun des échantillons sous test des contraintes environnementales conformes à celle qu’il subirait dans son contexte d’application. Ceci veut dire qu’il faut être capable d’appliquer des contraintes de plusieurs natures afin d’activer les mécanismes de vieillissement auxquels sont confrontés les machines électriques. Ces contraintes diffèrent d’une application à une autre. Par exemple, un moteur de traction ferroviaire doit être testé dans des conditions de températures élevées et d’humidité alors qu’une machine dédiée à l’aéronautique sera plus sensible aux variations de pression et à des environnements à basses températures. Les mécanismes de vieillissement liés aux contraintes couplés sont particulièrement complexes et difficiles à étudier en dehors de l’expérimentation. Différentes normes industrielles listent ces contraintes au travers de procédures de test et de qualification permettant d’estimer la durée de vie d’une solution particulière. Le banc d’endurance doit donc être capable d’appliquer un large panel de contraintes environnementales [Gao,Par,Szi].

A ceci doit venir s’ajouter une contrainte électrique judicieusement choisie pour être représentative de celles imposée par le convertisseur de puissance mais possédant également un facteur d’accélération permettant de limiter la durée des essais. En effet, tous ces tests doivent être menés de manière accélérée pour donner des résultats rapides. L’espérance de vie d’une machine pour l’aéronautique est de 50000 heures et plus de 100000 heures dans le ferroviaire. Un système d’alimentation a été développé au LSEE afin d’appliquer une contrainte électrique proche des signaux MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion) appliqués aux machines électriques dans le cadre de la première phase du projet FiabSIE.