Intitulé Contribution au diagnostic des défauts dans les condensateurs électrolytiques : Applications aux convertisseurs DC-DC.

Abstract

Les condensateurs électrolytiques en aluminium (AEC) sont les condensateurs les plus couramment utilisés dans l'électronique de puissance. Ils sont fréquemment utilisés pour les fonctions de filtrage et de stockage d’énergie, à cause de leur petite taille, leur grande capacité et de leur faible coût. Cependant, les AEC représentent également la principale cause des pannes dans les équipements d’électronique de puissance, principalement en raison de leur usure due à la vaporisation de l'électrolyte, à cause des effets du vieillissement et de la température. Le vieillissement des AEC est exprimé par l'augmentation de leur résistance série équivalente (ESR) et la diminution de leur capacitance (C). Par conséquent, l'estimation de ces deux paramètres peut fournir un bon indicateur d'une défaillance potentielle du condensateur. De plus, les changements dans les paramètres C et ESR ont une grande influence sur le rapport entre les ondulations de tension et du courant des condensateurs. Ce rapport représente l’impédance du condensateur qui est dominée par C aux basses fréquences et par l'ESR en hautes fréquences. Par conséquent, ce travail propose le développement des algorithmes dédiés à l'estimation et le suivi en ligne des paramètres C et ESR en utilisant ce rapport, qui est calculé à partir de certaines harmoniques qui sont toujours présents à basses et en hautes fréquences. Deux algorithmes appartenant à l’approche signal ont été développés. Le premier utilise la technique FFT à fenêtre glissante (Short Time Fourier Transform « STFT » ). Le deuxième utilise la méthode de Prony modifié à fenêtre glissante (Short Time Least Square Prony’s « STLSP » ). Ces deux algorithmes permettent l’estimation en ligne des amplitudes de certains harmoniques qui existent en permanant dans le spectre des signaux des ondulations de tension et du courant. Par la suite, les amplitudes estimées seront utilisées pour le calcul et le suivi en ligne des paramètres C et ESR en tenant compte de l’effet de la température. Plusieurs tests de simulation et essais expérimentaux on été effectués sur un simple hacheur élévateur puis, sur un convertisseur DC-DC élévateur entrelacé a 3 bras (IBC) contrôlé par la commande H∞. Les résultats obtenus montrent que l’algorithme utilisant la technique STLSP est bien adaptée à une telle application, car il permet de déterminer et suivre l'amplitude et la fréquence de n'importe quelle composante spectrale, même pour les signaux non stationnaires distordis. Nous avons démontrés également que cet algorithme nécessite un petit nombre d'échantillons (au moins 30 échantillons) pour obtenir des résultats précis de l’estimation des paramètre C et ESR. Cela réduit considérablement les besoins de stockage ce qui facilite son implantation en ligne.