These ABDESSEMED Vera

R é p u b l i q u e A l g é r i e n n e D é m o c r a t i q u e e t P o p u l a i r e
M i n i s t è r e de l’E n s e i g n e m e n t S u p é r i e u r et de la R e c h e r c h e Sc i e n t i f i q u e
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T H E S E
Présentée à
l ’ U n i v e r s i t é H a d j L a k h d a r B a t n a
En vue de l’obtention du diplôme de
D O C T O R A T E N S C I E N C E S
E N E L E C T R O T E C H N I Q U E
Présentée par
ABDESSEMED VERA
Maître Assistante A à L'Université de Batna
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CONTRIBUTION A L'ANALYSE ET L'AMELIORATION DE
LA FIABILITE DES MACHINES ELECTRIQUES
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Thèse soutenue devant le jury :
Salah SAAD
Président
Professeur
Univ. Annaba
Rachid ABDESSEMED
Rapporteur
Professeur
Univ. Batna
Hamoud RADJEAI
Examinateur
Maître de Conférences
Univ. Setif
Djamel RAHEM
Examinateur
Maître de Conférences
Univ. O.E.Bouaghi
Med Lokmane BENDAAS
Examinateur
Maître de Conférences
Univ. Batna

Remerciements
Remerciements
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Mr ABDESSEMED Rachid
Professeur à l’Université de Batna et directeur du laboratoire de recherche LEB pour
la confiance et l’aide qu’il m’a accordé.
J’adresse mes sincères remerciements à Monsieur SAAD Salah, Professeur à
l’Université de Annaba, pour l’honneur qu’il nous a fait en acceptant d’être président
du jury.
Il m’est agréable de pouvoir exprimer ma reconnaissance envers ;
Monsieur Hammoud RADJEAI, Maître de Conférences à l’Université de Sétif,
Monsieur Djamel RAHEM, Maître de Conférences à l’Université de
O.E.Bouaghi,
Monsieur Mohamed Lokmane BENDAAS, Maître de Conférences à
l’Université de Batna ;
Pour l’honneur qu’ils nous ont fait en acceptant d’examiner ce travail.
Je tiens, tout particulièrement, à exprimer ma profonde gratitude et ma
reconnaissance envers mon étudiant et collègue le regretté Professeur Mohamed
KADJOUDJ, pour ses encouragements continus et son souci envers ma personne.
Mes remerciements vont également à tous mes Collègues du département
d’électrotechnique et à son corps administratif.

Résumé
Résumé: le travail réalisé dans cette thèse concerne l'analyse et l'étude des
possibilités d'amélioration de la fiabilité des machines électriques. Dans la première
partie, un état de l'art sur les enroulements des machines électriques suivi d'une
étude des causes et de détection des défauts apparaissant lors de leur
fonctionnement sont présentés. Suite à cela, et après avoir situé la fiabilité dans le
concept global de la sûreté de fonctionnement, un aperçu sur les conditions
d'exploitation et de fonctionnement est donné. Dans le but de pouvoir apporter des
améliorations de la fiabilité des machines électriques, des propositions basées sur
les technologies des processus de fabrication des enroulements statoriques ont été
soulignées. Aussi, des méthodes de traitement statistique portant sur la fiabilité des
machines électriques sont introduites. La seconde partie concerne , d'une part,
l'étude de l'influence des processus technologique de mise en encoches des
enroulements à deux couches sur la durée de vie de ces machines; d'autre part , et
partant du fait que les enroulements mixtes à une-deux couches sont l'une des
solutions au problème de mise en encoches automatiques des enroulements
précités, une étude approfondie de leur durée de vie est mise en évidence à travers
les résultats obtenus.
Mots clés: machine électrique, enroulement statorique, isolation, fiabilité,
tension de claquage, défaillance, durée de vie.
Abstract: the work carried out in this thesis concerns the analysis and study
of the possibilities of improving the reliability of electrical machines. In the first part, a
state of the art was presented on the windings of electrical machines followed by a
study of the causes and detection of defects appearing during their operation.
Following this, and after having located the reliability in the overall concept of
dependability, an overview of operating conditions is given. In order to be able to
make improvements in the reliability of the electrical machines, proposals based on
the technologies of the manufacturing processes of stator windings were highlighted.
Also, statistical processing methods relating to the reliability of electrical machines
are introduced. The second part concerns, on the one hand, the study of the
influence of the placement technological process of the two-layer windings on the
lifespan of these machines; On the other hand, knowing that the hybrid one-two-layer
windings are one of the solutions to the problem of automatic placement of the
aforementioned windings, a study of their lifespan is demonstrated through the
obtained results.
Key words: Electric machine, stator winding, insulation, reliability, breakdown
voltage, failure, lifespan.

Table des matières
5
Table des matières
Introduction générale………………………………………………………………
8
CHAPITRE 1
Causes, analyses et détection des défauts dans les machines
électriques à induction.
I.1. Aperçu sur les enroulements des machines électriques 12
I.2 Causes et analyses des défaillances statoriques………............................
21
I.2.1 Contraintes thermiques………………………………………………………
21
I.2.2 Efforts électriques……………………………………………………………...
22
I.2.3 Efforts mécaniques…………………………………………………………..
23
I.2.4 Effets de l'environnement …………………………………………………..
24
I.3 Analyses des défaillances des enroulements………………………………...
24
I.4 Causes et analyses des défauts du stator,……………………………………
26
I.4.1 Effet thermique…………………………………………………………………
26
I.4.2 Effets magnétiques …………………………………………………………..
26
I.5 Méthodes de détections des défauts…………………………………………..
27
I.5.I. Détection de défauts entre spires d’un enroulement statorique ………...
28
I.5.2. Essai d’isolation de l’enroulement statorique………………………………
29
I.5.2.1 Résistance d’isolation et indice de polarisation IP………………………
29
I.5.2.2 Décharge Partielle………………………………………………………….
30
I.6 Protection thermique du rotor…………………………………………………..
31
I.6.1 Eléments thermiques ………………………………………………………...
31
I.6.2 Protection thermique à base de microprocesseurs………….....................
32
I.6.3 Protection thermique basée sur la résistance statorique………………….
32
Conclusion…………………………………………………………………………….
33

Table des matières
6
CHAPITRE 2
Approche sûreté de fonctionnement et concepts de fiabilité
II.1. La sûreté de fonctionnement …………………………………………………
34
II.2. Introduction à la fiabilité………………………………………………………..
36
1.3. Approche de la fiabilité d’une machine asynchrone………………………..
48
1.3.1. Analyse fonctionnelle de la machine asynchrone
II.3.2. Arbre des causes de l'enroulement rotorique
48
49
II.3.3. Arbre des cause de l'enroulement statorique …………………………...
51
Conclusion…………………………………………………………………………….
52
CHAPITRE 3
Conditions d’exploitation et de fonctionnement des machines
électriques.
III.1 Caractère de défaillance des moteurs électriques. ………………………...
54
III.2 Lois physiques de vieillissement de l’isolation électrique…………………..
55
III.3. Possibilités d'amélioration de la fiabilité
III.4 Base de données et traitement statistique sur la fiabilité des moteurs
électriques……………………………………………
59
62
II.4.1. L’observation………………………………………………………………….
62
III.4.2. Essais déterminants…………………………………………………………
63
III.4.3 Essais déterminants en présence d’échantillons complets………………
64
III.5. Vérification de l’hypothèse sur la concordance des distributions
expérimentale et théorique
III.6 Evaluation de l’indice de fiabilité
Conclusion…………………………………………………………………………….
68
75
77