This thesis explores the impacts and behavior of 3-phase distribution transformers when subject to ungrounded single phase open circuit faults. A simple 3-phase system is modeled using MATLAB Simulink and operation under fault conditions are simulated and studied. Simulation results are confirmed via lab experimentation. Finally, a robust detection and protection method using neutral current injection (as proposed in industry literature) is built and demonstrated. Electric utility operating experience has demonstrated that all too often, loads on 3-phase distribution transformers are not adequately protected against an ungrounded single phase open circuit fault (commonly called “single phasing”). This type of fault is amongst the least understood and hence the least protected against. This is especially true at end of transmission system radial feeds where 3-phase transformers can re-create the opened phase voltage due to a variety of effects including magnetic coupling, voltage loops and loading effects. Operating experience in the nuclear power industry has shown that the results can be catastrophic especially considering the impacts to motor loads. Impacts can result in unavailability of emergency loads, tripping of motor protection circuits or even motor damage and failure.

Les entraînements électriques polyphasés ont acquis une importance particulière ces derniers temps pour leur utilisation dans des applications où la fiabilité présente un intérêt pour des raisons économiques et de sécurité. Cette thèse se centre sur le développement de techniques de commande en mode instantané pour contrôler de manière optimale les machines polyphasées, en analysant leur tolérance dans différentes conditions de fonctionnement, telles que lors de l’atteinte de limites électriques (limites de tension, de courant et de niveau maximum de magnétisation) ou de défauts de type phase ouverte. Tout d’abord, la technique DTC est proposée pour gérer le cas de défaut de type phase ouverte dans la machine polyphasée. Une comparaison de la tolérance à la défaillance des commandes de type DTC par rapport à d’autres techniques de commande est réalisée, permettant une conclusion sur les forces et les faiblesses des méthodes analysées. Enfin, un contrôleur de courant optimal est développé utilisant des techniques MPC permettant une utilisation optimale de la capacité de couple du système en cas de limitations électriques. Des résultats de simulation et des validations expérimentales sont effectués pour corroborer les approches initiales, en utilisant des cas particuliers d’entraînements pentaphasés commandés avec différents sous-espaces de commande dans le domaine fréquentiel. / Multiphase drives have gained special relevance in recent times for their use in applications where reliability is of interest for economical and safety reasons. This Thesis focuses on the development of direct control techniques to optimally control multiphase machines, analyzing their tolerance to different limit operating conditions, such as electrical constraints (voltage, current and magnetization level limits) or failure situations such as an open-phase fault. First, the DTC technique is proposed to manage the open-phase fault operation of the multiphase machine. A comparison of the fault-tolerant capability of DTC with other control techniques is carried out, to conclude the strengths and weaknesses of the analyzed methods facing this limit operation. Finally, an optimal current controller is developed using MPC techniques that allows the optimal utilization of the system’s torque capability under electrical limitations. Simulation results and experimental validations are obtained to corroborate the initial approaches, through the use of particular cases of five-phase drives controlled using different frequency-domain control subspaces.