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Détection et diagnostic des défauts des moteurs asynchrones

1. bague ext rieure Fig 1 4 Structure d un roulement billes En fonctionnement normal la d faillance due la fatigue commence par de petites fissures situ es au dessous des surfaces du chemin de roulement et de l l ment roulant ces fissures se propagent graduellement sur la surface Tout changement de l uniformit du roulement produit des vibrations d tectables et augmente le niveau du bruit Les d fauts de roulement peuvent se manifester comme des d fauts de l asym trie du rotor Ils sont g n ralement class s dans la cat gorie des d fauts li s l excentricit or les d fauts li s aux roulements billes peuvent se manifester aux fr quences de vibrations tels que Pour le d faut de la bague ext rieure favex N 2 f 1 bacos B dy 1 2 Pour le d faut de la bague int rieure fai N 12 f 1 ba cos B dy 1 3 Chapitre I tat de l art Pour le d faut de billes fav df dif ba cos B dj 1 4 Pour le d faut de la cage fa fr 2 1 bacos B dp 1 5 Ou f fr quence de rotation N nombre de billes bz diam tre d une bille d distance entre les centres de deux billes diam tralement oppos es P angle de contact de la bille avec les bagues du roulement 1 5 2 D fauts statoriques Ces d fauts sont g n ralement li s la d gradation de l isolation lectrique Ils sont g n ralement connus comme des d fauts de court circuit d
2. Hz Tableau 3 Fr quences th oriques des harmoniques de l onduleur 37 spectre vitesse de rotation Mod lisation de la Machine Asynchrone Chapitre II e Se Se Se ee Se re eee ee ei ee ee Nm 600 900 cee ee EE E EE ee IR E E VE eer ayy oe z i e i Re d4 i b z 2 1 1 ST cz i i c D i i iE here P E EE ee en i H D d i 1 1 ca l EL 1 1 e C 1 1 1 LI L J Li LI f 4 4 l e 1 1 a i i i i D 1 i T r m T r ca oo 1 i gt 1 1 ee eee ee E i i SN i i i 1 1 oe mb 51515545 2525150 a 1 LE gp spnydiue s Fig 2 14 Vitesse de rotation et son spectre Temps 350 300 250 NH wm OG A lt C oU Y s p amp J Uojejoi ap assaya urn anbijaubeuo112a a ajdnoo 38 frequence Hz Fig 2 15 Couple lectromagn tique et son spectre Temps s courant statorique phase a A courants rotoriques A Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 3000 2000 1000 1000 2000 3000 A000 0 1000 courants rotoriques A gt 500 1000 1500 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 05 06 Of 08 0 9 1 LI 12 Temps s Temps s nd b 2 16 Courants rotoriques des quatre premi res mailles courant statorique phase a A 04 O06 08 1 12 14 16 18 2 04 045 05 055 06 065 OF
3. cas sain barre cassee parres cassees 180 Chapitre III courant rotorique A amplitude dB courant statorique A 02 04 O06 3208 1 12 14 16 1 8 2 Temps sec Analyse et Diagnostic des D fauts 250 200 150 100 courant rotorique A 0 8 1 12 1 4 1 6 1 8 Temps sec Fig 3 3 Courants rotoriques des quatre premi res barres rotoriques SR ORNARI ji p DATA R eno TAM i ns LAA A 0 2 04 0 6 0 8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 2 Temps sec d spectre du courant statorique A 45hz 50 4 dB NE D AN GANE cess 20 40 60 80 100 120 frequence Hz C RTI 0 8 0 9 1 14 12 13 14 1 5 1 6 Temps sec _b spectre du courant statorique A 50hz 78 72 dB 70 amp 60 D 50 40 fa 30 20 10 0 20 40 60 80 100 frequence Hz Fig 3 4 Analyse du courant statorique BE ean 120 140 44 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts 3 2 1 2 Alimentation avec onduleur command en MLI Le but de cette simulation est d analyser les sign
4. 0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 0 50 100 150 200 250 Temps s fr quence Hz b Fig 2 5 Couple lectromagn tique et son spectre 28 courant statorique A Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 15 5 lt 1 i j i 0 A RA 1 n J 5 o 10 15 j 3 0 02 04 06 O8 1 12 14 16 18 2 04 045 05 055 06 065 07 O75 08 Temps sec Temps sec a b spectre du courant statorique A amplitude dB 50 100 150 200 250 300 350 frequence Hz C Fig 2 6 a courant statorique b zoom du courant statorique c spectre du courant statorique Pour le cas d un moteur sain sous une charge de 5Nm g 0 05 29 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 3000 AOL Wi oie nep 2000 L EE ME M E E E 600 ARE eee ace eee eas PER i E He ls nee ai i 1000 lt 400 I I I I v Z PE c 5 Mpi n 5 amp e 1000 3 oO 200 2000 400 3000 0 05 06 07 08 09 4 Wd 12 Temps s _a b Fig 2 7 Courants rotoriques des quarte premi res mailles pour une machine saine Entrefer m 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 Temps sec Fig 2 8 Variation de l entrefer cas d une machine saine 30 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 2 6 Modes d alimentation des moteurs asynchrones Le moteur asynchrone triphas est maintenant largement utilis dans des applications n cessitant une vitesse variable Il peut faire appel des
5. Contraintes r siduelles dues aux probl mes de construction d Contraintes dynamiques engendr es par les couples de l arbre et ou les forces centrifuges e Contraintes de l environnement caus es par l humidit et la poussi re f Contraintes m caniques dues aux pertes dans les t les la fatigue des parties du rotor et le d faut de roulements Lorsqu une barre est cass e des harmoniques du flux sont produits sont produits et induisent des harmoniques de courant dans l enroulement statorique aux fr quences 13 fo 1 2kg f 1 7 Avec k 2 3 g est le glissement et f est la fr quence d alimentation D autres composantes spectrales peuvent apparaitre dans le spectre du courant des fr quences donn es par l expression ci dessous 14 15 16 k fo ED sn 1 8 Ro D 224 A ees p 2 11 Chapitre I tat de l art Les d fauts de cassures de barres g n rent galement dans les signaux du couple et de la vitesse des composantes de fr quences 2gf et 4gf 1 5 4 D faut d excentricit L excentricit de la machine est le r sultat du changement de l epaisseur de l entrefer Ce d faut peut survenir suite une flexion de l arbre ou un mauvais positionnement du rotor par rapport au stator Il existe deux types d excentricit s qui peuvent appara tre dans une machine lectrique L excentricit statique la position de l paisseur minimale de l entrefer est fixe dans l espace L excentricit st
6. E 1 1 1 1 1 1 a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 1 1 1 1 1 E 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 oo 6 r3 1 1 1 i 1 EEE EEE r P T P i 1 I 1 i 1 I I I I I I I I 1 J PRI RAA lit pire er Mere eee RSS pc Ve Res XI T I I I I I I I I 1 1 1 1 1 1 D 1 1 1 1 1 1 c 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 L 1 1 1 1 1 1 1 D 1 1 1 1 1 1 c 1 1 1 1 1 1 2s 1 1 1 1 1 1 L 1 1 1 1 1 1 L 1 1 1 1 1 1 1 Fig 3 5 Vitesse et couple lors d une alimentation par onduleur 46 Chapitre III courants statoriques A courants barres rotoriques A Analyse et Diagnostic des D fauts 1500 500 ATAA T TA PS ATD AT TA TL R DSS TA ersa M eT Ur UM DOT T Ta EC TCI IMS UEM Pase 1000 Dal I PE el Et LE D EL E ance E WEA UP LE 5 Wr NE MERE gt gt gt gt 1 M lt MU 1 VAN MW n r PT RUN UML n AL i T ETTR i i MM 0 ee ee MUT Me a CIE Ml LLL es LM ECL ZEN 2 beenden nie toed maton L E MA E 1500 0 0 2 04 0 6 0 8 1 1 2 14 1 6 1 8 2 8 0 9 1 1 1 12 1 3 14 15 1 6 1 7 1 8 Temps s Temps s ens b IL m i iti Itn un pH VIII M l NER i iiti courants statoriques A 02 04 06 08 1 312 14 15 318 2 08 09 1 11 12 13 14 15 16 17 18 Temps s Temps s C d cas Sain cas defaut Fig 3 6 Courants s
7. E 3 E 3 2E 3 E 3 E 3 E 3 2E 3 000 D amp S D f h D 0G O Aaa O amp 0 0 0 0 0 1 0 l 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Tableau 2 Relations entre les tats des interrupteurs et la tension 36 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 2 6 1 4 R sultats de simulations La simulation de l association machine aliment e par onduleur command en MLI lorsque la machine est sans d faut et pour une fr quence de r f rence gale f 50Hz d un indice de modulation m 9 et d un coefficient de r glage de r 0 8 nous a donn les r sultats des figures suivantes Les figures 2 14 a et b pr sentent respectivement la vitesse de rotation et son spectre On voit que la vitesse atteint sa vitesse stable 314 rd s et lorsque on applique un couple de charge 5N m apr s le d marrage de 0 5s la vitesse chute 270 rd s Les figures 2 15 a et b pr sentent respectivement le couple et son spectre Les figure 2 16 a et b montrent les courants des quatre premi res mailles rotoriques et un zoom sur le courant Les figures 2 17 a b et c pr sente le courant statorique de la phase a son zoom et son spectre En plus de l harmonique fondamental des harmoniques suppl mentaires apparaissent Il s agit des harmoniques de temps g n r s par l onduleur et qui se divisent en familles comme l indique le tableau 3 m8 m6 m 4 m2 m m 2 m 4 m 6 m 8 m 10
8. exprim e dans le cas d un entrefer non uniforme par l expression suivante 1 zj 8 9 09 3 6 Lo 1 a cos Q 0 Avec a 6 2 6 6 cos 0 6 3 7 sin O 9 arctan ee 3 8 cos Q On peut crire la fonction d entrefer inverse selon l expression suivante g 0 0 2 A A cos 0 O 3 9 La mod lisation du fonctionnement du moteur avec le d faut d excentricit statique est r alis e en rempla ant dans l expression 3 3 dg par O et par 0 pour un d faut d excentricit dynamique L excentricit mixte est r alis e en consid rant que la quantit d excentricit statique et le degr d excentricit dynamique soient 0g 0 et 0 0 sont non nulles 3 3 1 Calcul de la permiance La permiance par unit de surface correspondante un entrefer en absence de l encochage de la surface d al sage est Z klo _ 3 10 P 0 0 Lh 0 0 S g 0 0 Ho So S On obtient une formule de la permiance qui tient compte du d faut d excentricit P O 0 My A U A cos 0 6 3 11 1 1 1 41 a avec A et A m 3 12 D 2 a 8o41 4 8o41 4 49 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts 3 3 2 Simulations avec excentricit statique 3 3 2 1 cas d une alimentation sinuso dale Les figures 3 8 a et b pr sentent la vitesse de rotation et de couple lectromagn tique du moteur
9. on dit alors que l onduleur est command en pleine onde Si on utilise des interrupteurs statiques fonctionnant avec une fr quence de commutation lev e 1mposer un fonctionnement de plusieurs cycles de fermetures ouvertures par p riode dans le but de former des ondes plusieurs cr neaux de largeurs variables par alternance on dit alors que l onduleur est command en Modulation de la Largeur de l Impulsion MLI Dj I Do fy D 3 EE D D x Tal T I s j Ta Padi Fig 2 9 Structure d un onduleur de tension 2 6 1 1 Onduleur command pleine onde Lors d un fonctionnement pleine onde on ferme chaque interrupteur pendant la moiti de la p riode des tensions alternatives de sortie Pour que les tensions de sortie forment un syst me triphas quilibr On d cale les commandes des phases successives de 1 3 de la p riode Une forme d onde de tension de sortie de l onduleur triphas commande pleine onde est pr sent e par la figure 2 10 Le d veloppement en s rie de Fourier de la tension simple de sortie de fr quence f comporte les harmoniques de fr quence f 5f 7f I If I3f donc de 22 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone rang 5 7 11 13 24 Ces harmoniques g n rent leurs tours des harmoniques de m mes fr quences sur les spectres des courants statoriques tension 2615 E Fig 2 10 Forme d une tension simple la sortie d un onduleur com
10. quence constantes sont les cycloconvertisseurs et les associations redresseur onduleur les cycloconvertisseurs sont utilis es pour les grandes puissances et aux faibles vitesses machine de traction machine d outillage Les associations onduleur machine sont les plus utilis es de nos jours Par la commande d ouvertures et de fermetures des semi conducteurs de l onduleur on obtient des tensions amplitude et fr quence d sir es 24 Parmi ces deux structures de variateurs de vitesse associ es aux moteurs asynchrones on retiendra celle 3 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone utilisant les onduleurs qui sont actuellement largement utilis es dans diverses applications industrielles 2 6 1 Onduleur Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion du continu vers alternatif figure 2 9 Si on dispose l entr e d une tension continue E gr ce aux semi conducteurs on relie chacune des bornes du moteur la sortie de l onduleur Ainsi on obtient une tension de sortie alternative La fr quence des changements de connexions donne la fr quence de cette tension 25 26 L onduleur est dit autonome si la fermeture et l ouverture des connexions entre l entr e et la sortie ne d pendent que de la commande des semi conducteurs Les strat gies de commandes les plus r pandues sont Si on assure aux semi conducteurs qu un cycle de fermeture ouverture par p riode des erandeurs de la sortie
11. r Sa d tections et sa localisation a fait l objet de deux m thodes l volution des courants statoriques et de leurs composantes dans le plan de Park C est deux approches permettent sans ambigu t de d tecter et localiser le transistor d faillant Finalement ce travail sur le diagnostic est alors plus accessible gr ce l interface graphique que nous avons d velopp Ce dernier permet d une mani re interactive de comprendre et tester des d fauts ventuels 82 R f rence Bibliographiques R f rences bibliographiques 1 2 5 4 5 6 7 5 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Gaetan DIDIER Mod lisation et diagnostic de la machine asynchrone en pr sence de d faillances Th se de doctorat nancy France2004 Laribi Souad Synth se des M thodes de Diagnostic Appliqu es la D tection des D fauts dans les Machines Asynchrones M moire de Magister USTO Oran 2005 Hadjami Marouane Diagnostic des machines asynchrones tude et mod lisation d di es la d tection des d fauts M moire de magister skikda 2008 W T Thomson M Fenger Current Signature Analysis to Detect Induction Motor Faults In IEBEIAS magazine July August 2001 pp 26 34 June 2000 J Faiz B M Ebrahimi and M B B Sharifian Different faults and their diagnosis techniques in three phase squirrel cage induction motor A review Electromagnetics vol 26 pp
12. senterons les r sultats de la simulation pour diff rentes conditions de fonctionnement et les diff rents d fauts ainsi que leurs cons quences sur les grandeurs lectrom caniques de la machine Dans le quatri me chapitre nous d velopperons un logiciel interactif exploitable graphiquement permettant la simulation des diff rents d fauts consid r s dans ce m moire Apr s de brefs notions de base sur la simulation graphique et les objectifs de son utilisation nous pr sentons la fin du chapitre le mode d emploi du logiciel Finalement on cl ture ce m moire par une conclusion g n rale faisant ressortir l int r t de ce travail ainsi que les perspectives et les recommandations relatives au d veloppement futur du travail effectu Chapitre I Etat de l art Chapitre I tat de l art CHAPITRE I TAT DE L ART 1 1 Introduction Dans ce chapitre nous rappelons les l ments de constitution de la machine asynchrone et les d fauts pouvant survenir ensuite les divers techniques de traitement pouvant tre utilis s pour la d tection d un d faut lectrique ou m canique A la fin nous discutons les m thodes de diagnostic actuellement appliqu es la machine asynchrone 1 2 Constitution de la machine La machine asynchrone est constitu e des principaux l ments montr s sur la figure 1 1 gt Le stator est une partie fixe constitu e de disques en t les magn tiques portant les enroulements charg s de
13. soutiennent le rotor et assurent sa libre rotation Le second palier est libre pour assurer les dilatations thermiques de l arbre Une isolation lectrique de l un des paliers assure l limination des courants dans l arbre d aux dissym tries des r luctances du circuit magn tique Ils sont g n ralement roulements pour les machines de petite et moyenne puissance 1 3 Diff rents types de d fauts Les principaux d fauts de la machine asynchrone peuvent tre d ordre lectrique et ou m canique 1 3 1 D fauts lectriques De tels d fauts sont dus un court circuit un circuit ouvert au niveau du bobinage statorique ou une connexion anormale des enroulements statoriques 2 Chapitre I tat de l art 1 3 2 D fauts de fabrication Un mauvais isolement des conducteurs des enroulements statoriques et une mauvaise brasure lors de l encastrement des barres et des anneaux du rotor peuvent causer un s rieux disfonctionnement de la machine 1 3 3 D fauts m caniques Ecaillage des pistes des roulements de l arbre m canique Ovalisation de l al sage statorique ou rotorique r sultant d un d faut d usinage Non alignement des axes du stator et du rotor Saillance de l al sage 1 3 4 D fauts lectromagn tiques Ces d fauts peuvent tre dus l excentricit de l entrefer ou la d formation de l arbre Un d faut d excentricit provoque un balourd magn tique ce qui fait que l inductio
14. 075 08 Temps s Temps s s b ce 5 pi is 100 200 300 400 S00 eoo OO S00 SOO 100C frequence Hz C Fig 2 17 a courant statorique b son zoom c et son spectre 39 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 2 7 Conclusion Nous avons d abord pr sent une mod lisation de la machine bas e sur des circuits lectriques magn tiquement coupl s o le rotor est mod lis par un ensemble de mailles dont chaque barre et anneau de court circuit sont remplac s par une r sistance en s rie avec une inductance La mod lisation d un onduleur triphas et de sa commande MLI est aussi d taill e Les grandeurs lectriques pour le cas o le moteur est aliment par une source sinusoidale et lorsqu il est aliment par un onduleur de tension triphas sont pr sent es et analys es Ce model sera consid r pour les chapitres prochains en vue de diagnostiquer les d fauts ventuels de la machine 40 Chapitre III Analyse et Diagnostic des d fauts Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts CHAPITRE III ANALYSE ET DIAGNOSTIC DES D FAUTS 3 1 Introduction Nous tudions les d fauts les plus fr quents qui peuvent ventuellement appara tre au rotor des moteurs asynchrones cassures de barres cassures d anneaux et d fauts d excentricit s Nous mettons en vidence les modifications qu il faut apporter au mod le du moteur sain d crit dans le au chapitre pr c dent Nous nous int ressons aus
15. 543 569 2006 M Drif N Benouzza A Benyettou A Bendiabdellah and J Dente Application de l Approche des Vecteurs des Courants de Park pour la D tection des D fauts des Moteur Asynchrones Triphas s ICEM 98 1998 N Benouzza A Benyettou and A Bendiabdellah An Advanced Park s Vectors Approach for Rotor Cage Diagnosis Proceeding of CNGE 2004 Universit Ibn Khaldoun de Tiaret P J Tavner B G Gaydon and D M Ward Monitoring Generators and Large Motors IEEE Proceedings Vol 133 N 4 May 1986 83 R f rences bibliographiques 9 10 11 12 15 14 15 16 P Alger The Induction Machine Their Behavior and Uses Oxford press 1970 J Penman H G Sedding B A Lloyd W T Fink Detection and Location of Inter turn Short Circuits in the Stator Windings of Operating Motors IEEE Transactions on Energy Conversion pp 652 658 1994 G Houdouin G Barakat B Dakyo E Destobbeleer A methode of the simulation of inter shrort circuits in squirrel cage induction machines EPE PEM Cdubrovnik and cavtat 2002 S Williamson and P Mirzoian Analysis of cage induction motor with stator winding faults IEEE PES Summer Meeting July 1984 A R Munoz T A Lipo Complex Vector Model of the Squirrel Cage Induction Machine Including Instantaneous Rotor Bar Currents In IEEE IAS Vol 35 N 6 1999 purposes In Procedings EPE 99 7 9 Lau
16. Eddine Professeur l universit Badji Mokhtar Annaba et Doyen de la facult des sciences de l ing nieur pour m avoir fait l honneur de pr sider le jury de ce m moire Monsieur ABBASSI hadj Ahmed Professeur l universit Badji Mokhtar Annaba directeur de laboratoir d automatique et signaux de Annaba et responsable de la formation de magister Commande d tection des d fauts et diagnostic des processus industriels pour sa participation au jury en tant qu examinateur Monsieur LAKEL Rabah Maitre de conf rences l universit Badji Mokhtar Annaba pour sa participation au jury en tant qu examinateur Monsieur ARBAOUI Faycal Maitre de conf rences l universit 20 Aout 55 de Skikda pour sa participation au jury en tant qu examinateur Je n oublie pas de remercier tous les enseignants du d partement d lectronique de l universit de Badji Mokhtar Annaba Sur un plan plus personnel je tiens remercier profond ment ma m re mon p re mes fr res nadir Moufid Sofiane ma s ur Nawel d avoir t la pour mois sans eux je ne serais pas l pour crire quelques lignes de ce m moire Nombreux sont ceux et celles qui mon apport aide et encouragements au cours de la pr paration de ce m moire Qu ils en soient tous chaleureusement remerci s R sum R sum Les entra nements lectriques 4 vitesse variable utilisent de plus en plus les moteurs asynchrones gr ce leurs robustes
17. Ils poss dent un outil d di la cr ation des interfaces graphiques qui permet de concevoir intuitivement des interfaces graphiques A l issue du travail r alis dans les chapitres pr c dents il s est av r utile de r aliser un interface graphique interactive dans un environnement Matlab Cet interface sert de support p dagogique et scientifique pour l tude des d fauts ventuels dans un entrainement lectrique vitesse variable tels que les d fauts des semi conducteurs d un onduleur et les d fauts de ruptures de barres d anneaux de court circuit et d excentricit statique dynamique et mixte dans une machine asynchrone cage d cureuil 4 2 Environnement de GUI L environnement de d veloppement Graphique d Interface Utilisateurs de MATLAB fournit un ensemble d outils pour cr er les interfaces utilisateurs graphiques Ces outils simplifient le processus de pr senter et de programmer 4 3 Pr sentation de l interface graphique Il s agit d une interface permettant de diagnostiquer un d faut d un transistor de l onduleur triphas associ une machine asynchrone cage ou un d faut dans la machine elle m me Une fois le fichier lanc une fen tre repr sentant le menu interactif s affiche Par simple choix du cas d tude souhait vous allez tre guid jusqu l tape de visualisation des r sultats La figure 4 1 pr sente le contenu de l interface et les blocs que nous pouvons rencontrer
18. al Mod lisation de la machine asynchrone en vue du diagnostic Journ es SDSE 00 Lyon pp 48 54 2000 D Toumi N Benouzza B Kraloua A bendiabdellah et A Benyettou Emploi de l Analyse Spectrale du Courant de Ligne pour la D tection des D fauts d Excentricit s dans les Moteurs Asynchrones Cage d Ecureuil SNGE 2001 3 me S minaire National en G nie Electrique 29 30 Universit Mohamed Khider de Biskra octobre 2001 E Schaefer Diagnostic des machines asynchrones mod les et outils param triques d di s la simulation et a la d tection de d fauts Th se de doctorat Ecole Centrale de Nantes 1999 Mostafa Elmokadem Contribution la mod lisation des d fauts rotoriques de la machine asynchrone par le biais de son model interne M moire de fin d tude havre 2000 85 R f rences bibliographiques 24 25 26 27 28 29 30 31 32 F Labrique and G S guier Les convertisseurs de l Electronique de Puissance Edition Tech amp Doc Lavoisier 1995 J Bonal and G S guier Entra nements Electriques Vitesse Variable Volume 2 Edition Tech amp Doc Lavoisier 1999 F Labrique and G S guier Les Convertisseurs de l Electronique de Puissance Volume 5 Edition Tech amp Doc Lavoisier 1995 Guy Seguier Electronique de puissance les fonctions de base et leurs principales applications 7 dition DU
19. commandes de type scalaire ou vectoriel Ces machines ont la r putation d tre robustes et adapt es des applications de forte puissance Au debut les machines asynchrones ont t con ues comme tant des machines vitesse constante en troite liaison avec la fr quence du r seau Le d veloppement de l industrie dans l utilisation des entrainements lectriques a exig le fonctionnement de la machine vitesses variables Pour ce faire plusieurs proc d s sont utilis s tels que Modification du nombre de paires de p les Cascade hyposynchrone Action sur le glissement tension d alimentation r sistance rotorique Variation de la fr quence d alimentation Suivant ces modes de variation de la vitesse de la machine asynchrone on distingue plusieurs modes d alimentation Alimentation par tension du r seau industriel amplitude et fr quence constantes Alimentation par auto transformateur amplitude variable et fr quence constante Alimentation par convertisseur statique v Gradateur amplitude variable et fr quence constante Y cycloconvertisseur v Onduleur Les commandes avanc es de la machine n cessitent la variation de la fr quence d alimentation C est gr ce au d veloppement de l lectronique de puissance que cette exigence est devenue possible Les principaux dispositifs d alimentation qui permettent d obtenir des tensions fr quence variable partir du r seau tension et fr
20. consacr s cette proc dure de d tection qui utilisent diff rentes techniques de diagnostic pr ventif La plupart de ces techniques utilisent les grandeurs m caniques couple vitesse vibration bruit etc ce qui n cessite par cons quent l emploi des capteurs au niveau de la machine et parfois exige la conception d une machine sp ciale et co teuse Le pr sent m moire est r dig en quatre chapitres Le premier chapitre est consacr l tat de l art de notre tude Nous pr sentons dans sa premi re partie les l ments de construction de la machine et on d finie les diff rents d fauts pouvant survenir sur chacun de ses l ments causes et effets Cette partie fait tat des diff rentes origines des d faillances qui peuvent se produire dans la machine asynchrone En suite elle pr sente les diff rents d fauts que peut subir un convertisseur de puissance Dans la deuxi me partie nous numerons quelques outils n cessaires l analyse de signaux temporels dans les domaines fr quentiels et de pr diction pour la d tection des d fauts Finalement nous terminons le premier chapitre par une analyse des diff rentes techniques de diagnostic utilis es Introduction g n rale Le deuxi me chapitre est consacr la pr sentation d un mod le bas sur le couplage magn tique des circuits lectriques pour analyser le comportement de la machine en pr sence de d fauts Dans le troisi me chapitre nous pr
21. courant prend des positions sp cifiques au transistor en d faut Les positions retenues indiquent clairement qu il y a une d faillance d un des transistors et en plus leurs positions localisent le transistor d faillant tel que c est montr en figure 3 22 a f 67 Chapitre III courants statoriques A courants statoriques LA 0 5 Analyse et Diagnostic des D fauts courants statoriques A 1 15 2 05 1 15 2 Temps s Temps s a D faut du transistor 7 7 COUrAMTS STATOrIQUES A 1 1 5 2 Temps s Temps s b D faut du transistor 7 4 Fig 3 18 D fauts d un transistor du bras 68 Chapitre III courants statoriques A courants statoriques A Analyse et Diagnostic des D fauts ere oe courants statoriques A Temps 5 Temps 5 a D faut du transistor T courants statoriques LA Temps 5 b D faut du transistor 7 5 Figure 3 19 D fauts d un transistor du 2 bras 69 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts r T lt u Ui y ES d U 3 g E i 2 f T T m ui H ui n n E m C L 8 3 3 8 J u Temps s a D faut du transistor 7 3 m lt S M u Qi E 3 F L T 9 2 m 4 H f ui Dr ui ui H g C m E H J 2 E u b D faut du transistor Tig Figure 3 20 D fauts d un transistor du 3 bras 70 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts a
22. d une phase l Longueur de la machine go Epaisseur de l entrefer Uo Perm abilit de l air a 2 pi p Nr Pas entre deux encoches rotoriques Ly Inductance de fuite Chapitre I Figure 1 1 Figure 1 2 Figure 1 3 Figure 1 4 Figure 1 5 Figure 1 6 Chapitre II Figure 2 1 Figure 2 2 Figure 2 3 Figure 2 4 Figure 2 5 Figure 2 6 Figure 2 7 Figure 2 8 Figure 2 9 Figure 2 10 Figure 2 11 Figure 2 12 Figure 2 13 Figure 2 14 Figure 2 15 Figure 2 16 Figure 2 17 Liste des figures Liste des figures ETAT DE L ART Vue d une machine asynchrone Enroulements statoriques d une phase d une machine 4 p les Rotor cage d cureuil Structure d un roulement billes Repr sentation d un court circuit dans une bobine D fauts d excentricit s statique dynamique MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE Circuit quivalent du rotor cage d cureuil Circuit quivalent de trois mailles d un rotor cage d cureuil Champ cr e par une maille rotorique Vitesse de rotation et son spectre Couple lectromagn tique et son spectre Courant statorique son zoom et spectre Cas d un moteur sain sous une charge de 5Nm g 0 05 Courants rotoriques des quarte premi res mailles pour une machine saine Variation de l entrefer cas d une machine saine Structure d un onduleur de tension Tension simple la sortie d onduleur commande pleine onde Tensions la sortie de l onduleur command en MLI Sch
23. il est travers par le courant ij Comme ce courant est un courant alternatif il est parfois positif parfois n gatif donc l interrupteur 7 doit tre r versible en courant Lorsque l interrupteur T est ouvert l interrupteur T est ferm la tension aux bornes de 7 est gale U Cette tension est une tension continue donc toujours positive L interrupteur 7 est un interrupteur constitu d un transistor auquel une diode est mont e en antiparall le comme la montre la figure 3 15 a suivant 60 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts Fig 3 15 Pr sentation d un interrupteur La figure 3 15 montre e la branche l correspond l tat bloquant du transistor et de la diode e la branche 2 correspond la conduction du transistor e la branche 3 correspond la conduction de la diode Lorsque le transistor est conducteur branche 2 la diode est soumise une tension n gative tr s faible gale la chute de tension Vczg 4 du transistor l tat passant Lorsque la diode est conductrice branche 3 le transistor est soumis une tr s faible tension n gative gale la chute de tension Vp l tat passant de la diode lorsqu on est sur la branche 3 on peut commander l tat ferm du transistor de mani re permettre un passage automatique la branche 2 si le courant i cesse d tre n gatif pour devenir positif L interrupteur T pr sente les m mes caract ris
24. inductance de fuite Lp De m me chaque portion d anneau de court circuit est mod lis e par une r sistance R en s rie avec une inductance de fuite Le Ainsi une maille rotorique est form e par deux barres cons cutives reli es 4 leurs extr mit s par deux portions d anneaux de court circuit La figure 2 1 montre le sch ma quivalent du rotor cage o sont repr sent s les courants qui circule dans les mailles et les anneaux de court circuits 18 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Fig 2 1 Circuit quivalent d un rotor cage d cureuil Re Le Re Le Re Le lok MS Ibk 1 lbk p Rbk 2 Rua lt SD Mbk 1 D Lak Lk Re Le R L R L lek 1 2 lek lek 1 Fig 2 2 Circuit quivalent de trois mailles d un rotor cage d cureuil En appliquant la loi de kirchoff une maille k on obtient l quation 2 12 e d 2 Ry Rey Ron Roca Rede L Lei Loa lp alga Lera lp l PAPERS L i Lasila Cres sna Ll 0 On peut g n raliser cette quation toutes les mailles rotoriques ce qui conduit l quation g n rale du rotor v Hi I 2 13 19 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Ou V v V N sea V vel 2 14 Puisque le rotor est court circuit alors les tensions des mailles rotoriques sont nulles V 4 0 avec k 1 2 np R est une matrice sym trique de n 1 n 1 l ments exprim e par la re
25. m fp f qui influe principalement sur le contenu d harmoniques de l onde de sortie le rapport de r glage r V Vp o V et Vp sont respectivement la valeur maximale de la r f rence et la valeur de cr te de la porteuse 33 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Les formes d ondes des tensions de sortie de l onduleur triphas commande MLI sont pr sent es en figures 2 11 a et b Les deux figures montrent en haut les tensions de r f rences sinuso dales et la porteuse triangulaire Les autres trac s illustrent les tensions simples des phases a et b et la tension compos e Vap Va V1 pour m 6 et m 9 et un m me rapport de r glage r 0 8 PST NL PF NA 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 018 0 02 m 0 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 016 0 02 D 0 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 016 0 02 E gt 0 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 016 0 02 a m 6 et r 0 8 0 0 002 0 004 0 006 0 006 0 01 0 012 0 014 0 016 0 016 0 02 re gt 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 018 0 02 LE gt T 0 002 0 004 0 006 0 006 0 01 0 012 0 014 0 016 0 018 0 02 b m 9 et r 0 8 Fig 2 11 Tensions la sortie de l onduleur command en MLI 34 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone La d composition en s rie de Fourier de la tension simple de sortie de f
26. n 25 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Avec 4u N rl M F 0 sin P 2 53 Tg p n L inductance mutuelle entre la maille rotorique j et la phase a est donn e par la relation L _P e _y zl LLE i 2 54 rja La N e oo De m me les inductances mutuelles entre la j maille et les phases statoriques b et c sont exprim es par A y zl of CLM 4 1 2 2 55 Lip n L Pi _y ox p CEDE o jum 2 56 rjc i n SC 2 5 R sultats de simulations Nous considerons une machine ayant les donn es consign es dans le tableau 1 Nombre de p les 2p 2 Nombre d encoches statoriques N 36 Nombre de barres rotoriques N 16 Epaisseur de l entrefer g 0 3 10e 3 m Rayon moyen de l entrefer r 63 2968e 3 m Nombre de tour ns 90 Longueur de la machine l 0 065 m Moment d inertie J 0 006 Ke m R sistance d une phase statorique rs 7 828 Q Inductance de fuite d une phase statorique sf 0 028 H R sistance d une barre rotorique rb 150 10e 6 Q Inductance de fuite d une barre rotorique b le 7 R sistance d un segment d anneau de court circuit re 2e 7 Q Inductance de fuite d un segment d anneau de court circuit le 0 03 uH Tableau 1 Donn es de la machine 26 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 2 5 1 Cas sain alimentation sinusoidale La figure 2 4 illustre les variations de la vitesse en fonction du temps ainsi que son spectre Le spect
27. r sultats de simulation obtenus lorsqu un des semi conducteurs de l onduleur est en d faut On remarque que lors d un d faut de transistor du premi re bras Ti ouT 4 figure 3 18 l effet apparait sur le courant statorique de la phase a En effet lorsque T est en d faut la phase a devient totalement au dessous de l axe de temps figure 3 18 a mais lorsque c est T 4 le transistor compl ment qui est en d faut le courant prend des valeurs positives figure3 18 b De m me lorsque le d faut est dans le 2 bras son effet appara t sur le courant de la phase b Le courant volue au dessous de l axe des abscisses figure 3 19 a si c est le transistor du haut Ti qui est en d faut il volue au dessous de l axe des abscisses figure 3 19 b si c est le T 5 qui est en panne Finalement l analyse de d faut dans le troisi me bras montre le m me effet sur le courant de la phase c Le courant de la phase c volue en bas de l axe figure 3 20 a si c est le transistor T en d faut est vise versa figure 3 20 b si c est le transistor T qui est en d faut 3 7 D tection des d fauts de transistors selon les composantes de Park En conclusion l enregistrement des courants de phases permet au vue de leur volution de d tecter et localis un d faut de transistor Pour le m me objectif de d tecter et localiser un d faut de semi conducteur nous avons aussi proc d l analyse non plus des courants
28. semi conducteurs en cas de d faut de T 3 5 2 2 La fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de T 3 5 2 5 La fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de T 3 5 2 4 La fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de T 4 3 5 2 5 La fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de T 5 3 5 2 6 la fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de Ts Sommaire 41 41 42 42 45 46 49 50 50 50 53 53 53 56 56 58 60 63 63 64 64 64 65 65 65 65 3 6 Du 3 8 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 Simulation des d fauts de transistors D tection des d fauts de transistors selon les composantes de Park Conclusion Chapitre IV Interface graphique Introduction Environnement de GUI Pr sentation de l interface graphique Organigramme de l interface d velopp Interface graphique d velopp Conclusion Conclusion g n rale R f rences bibliographiques Sommaire 66 66 72 73 73 73 74 76 81 82 83 Introduction g n rale Introduction g n rale INTRODUCTION G N RALE La machine asynchrone est c l bre gr ce sa qualit de robustesse et son faible co t de construction Dans les milieux industriels il est n cessaire de mettre en place des programmes de maintenances pr ventives et corr
29. simulation defaut du s charger defaut de l aniduleur Fig 4 5 Fen tre param tres lectriques de la machine On rempli les param tres dans les diteurs est en charge en appuyant sur le bouton charger De m me pour le cas des param tres g om triques de la machine leur fen tre est illustr e par la figure 4 6 suivante interface Parametres d alimentaions Pas de simulation Temps de fin de simulation Nombre de barres rotoriques Parametres electriques Nombre de paire de poles Couple de charge Nombre d encoches statoriques Parametres geometriques Epaisseur de lentrefer Longueur du rotor j j Coefficient de frottement visqueux simulation defaut du MiSS defaut de l anduleur charger Fig 4 6 Fen tre param tres g om triques de la machine 78 Chapitre IV Interface graphique Une fois qu on a fait le choix de l alimentation param tre lectriques et g om triques on passe a l tape de simulation La fen tre est repr sent e par la figure 4 7 nous donne la possibilit de choisir le cas d sir gt V V V WV gt Cas sain Rupture de barres Rupture d anneaux d extr mit Pourcentage d excentricit statique Pourcentage d excentricit dynamique Pourcentage d excentricit mixte Apr s la s lection d une des cases en appuyant sur le bouton de simulation active selon le choix de type d alimentation dans la fen tre les param tres d alimentations inte
30. tensions rotoriques 2 3 1 5 Equation m canique Calcul des inductances R sultats de simulations 2 5 1 Cas sain alimentation sinuso dale Modes d alimentation des moteurs asynchrones 2 6 1 Onduleur 2 6 1 1 Onduleur command pleine onde 2 6 1 2 Onduleur command en MLI 2 6 1 5 Mod lisation de l onduleur MLI 2 6 1 4 R sultats de simulations Conclusion Sommaire 9 10 11 12 13 14 14 15 15 15 16 16 16 18 21 23 26 26 31 32 32 33 35 37 40 3 1 52 3 3 3 4 3 9 Chapitre III Analyse et diagnostique de d fauts Introduction Mod lisation des cassures de barres 3 2 1 Cassures de barres 3 2 1 1 Alimentation sinuso dale 3 2 1 2 Alimentation avec onduleur command en MLI Mod lisation des d fauts d excentricit 3 3 1 Calcul de la permiance 3 3 2 Simulation avec excentricit statique 3 3 2 1 Cas d une alimentation sinuso dale 3 3 2 2 Cas d une alimentation par onduleur MLI 3 3 3 Simulation avec excentricit dynamique 3 3 3 1 Cas d une alimentation sinuso dale 3 3 3 2 Cas d une alimentation par onduleur MLI 3 3 4 Simulation avec excentricit mixte 3 3 4 1 Cas d une alimentation sinuso dale 3 3 4 2 Cas d une alimentation par onduleur MLI D faut de l onduleur Th ories des fonctions de commutation 3 5 1 fonction de commutation de l onduleur sans d fauts 3 5 2 fonction de commutation de l onduleur en cas de d fauts 3 5 2 1 La fonction de commutation du dispositif
31. 3 3 4 Simulation avec excentricit mixte 3 3 4 1 Cas d une alimentation sinuso dale L excentricit existe dans tous moteurs et elle est forcement mixte La simulation du fonctionnement avec ce d faut est r alis e en faisant varier la quantit d excentricit statique 6 40 et celle d excentricit dynamique 6740 La figure 3 12 a et 3 12 b pr sentent la vitesse et le couple lectromagn tique du moteur lors d une excentricit mixte un degr d excentricit statique de 0 210946 et un degr d excentricit dynamique de 05 2096 sous une charge de 5Nm Les fluctuations des grandeurs m caniques sont plus importantes que celles d un moteur sain ou avec uniquement un d faut d excentricit statique ou d excentricit dynamique Les figures 3 12 c et 3 12 d pr sentent respectivement le courant des phases statoriques et le courant d une maille rotorique Ces r sultats nous indiquent qu en plus des harmoniques cr es par l excentricit dynamique l excentricit mixte se manifeste par la cr ation de deux harmoniques d amplitudes importantes de part et d autre du fondamental des fr quences g f 2 et 3 g f 2 19 20 et d autres harmoniques qui se manifestent plus avec l augmentation de la s v rit du d faut figure 3 9 c et dont les fr quences sont tir es de l quation 1 20 La figure 3 12 e pr sente les fr quences en fonction du degr d excentricit statique avec un degr d excentricit dynamique f
32. 4 LAN J DEI DE ET Se e 500 o e wy amp nbuojo1 jueinoa Temps sec Temps sec dJonmmbommmi dommbLemi J Len i 80 L Ll PIE PE TUE nee ae c Ll L L c pump 70 b dR P O uo Lu 4949 11 ee ee et li mdommmbommml mdom ee area NUX A CDA ST IS UE AEG CN Xo E attend Pda ane Rue qp apnyyduny Jo Joli Temps s Freguence Hz 20 avec alimentation sinusoidale dynamique 0g excentricit 9 Fig 3 10 Simulation d un d faut d 54 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts couple electromagnetique N m vitesse de rotation rad s 0 5 1 1 5 Temps s a b lt z 5 alb qp P e bu t E 2 9 z hate tel il TT Ludi ii E o 8 0 0 5 1 1 5 2 0 0 5 1 1 5 2 Temps s Temps s C d spectre du courant statorique A entrefer oo T E z a T 7 a T E Lo T 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 1 17 1 4 1 6 1 8 frequence Hz Temps s e f Fig 3 11 Simulation d un d faut d excentricit dynamique 0g 20 avec alimentation par onduleur 55 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts
33. 73 Chapitre IV 4 4 Synoptique de l interface d velopp Interface graphique Affichage de la fen tre du Menu Choix du Type de l alimentation Introduire les param tres de l alimentation sinusoidale Menu Des parametres de la machine Introduire les param tres de l alimentation du convertisseur Param tres lectriques de la machine Param tres g om triques de la machine Choix du d faut a tudier D fauts excentricit Cas sain Fin D fauts de l onduleur D fauts cassures de barres ou anneaux Fig 4 1 Synoptique de fonctionnement 74 Interface graphique Chapitre IV L organigramme pour l analyse fr quentiel des courants statoriques est repr sent par la figure 4 2 Debut Acquisition des onn es du signal ourant statorique Calcul du spectre par la transform e de Fourier Balayage
34. D faut de T b D faut de 7 4 C D faut de T d D faut de 7 5 e D faut de 7 3 f D faut de T4 Fig 3 21 Pr sentation dans le plan de Park des diff rents transistors en d faut 71 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts b Ig Id D faut Ty Fig 3 22 Diff rents cas des d fauts de transistors 3 8 Conclusion Dans ce chapitre nous avons fait la simulation des diff rents d fauts de la machine asynchrone tel que les cassures de barres et l excentricit statique dynamique et mixte avec une alimentation purement sinusoidale ou par un onduleur de tension Concernant l onduleur nous avons fait l analyse de d fauts des semi conducteurs transistors par deux approches La premier approche permet la d tection et la localisation du transistor en d faut en analysant les courants statoriques de chaque phase et la deuxi me par l analyse des composantes directe et en quadratique de Park des courants de phases statoriques 72 Chapitre IV Interface graphique Chapitre IV Interface graphique CHAPITRE IV INTERFACE GRAPHIQUE 4 1 Introduction Les Interfaces Homme Machine IHM sont appel es en anglo saxon Human Machine Interface HMI On trouve cette interface dans le logiciel MATLAB sous le nom Graphical User Interfaces GUI Elles permettent l utilisateur gr ce a des objets graphiques boutons menus cases cocher d interagir avec un programme informatique MATLAB
35. Equation m canique L quation m canique du mouvement d pend des caract ristiques de la charge qui diff re largement d une application l autre L quation m canique du mouvement s crit sous la forme suivante je ocu 2 19 dt et CORRE 2 20 dt O 0 position du rotor vitesse du rotor J moment d inertie C couple de charge Ce couple lectromagn tique produit par la machine Le couple lectromagn tique est d duit de la co nergie magn tique Wo l aide de l quation suivante C E 2 21 e 90 l Ir cons tan ts La co nergie est l nergie emmagasin e dans le circuit magn tique par cons quent dans le cas du moteur cage elle peut tre exprim e par la relation ci dessous 1 t t t t MS In L LT Ir L 7 A LL r L 7 2 22 Le couple lectromagn tique est donn par la relation 21 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone c S S o e o b e e br e 2 23 00 r Puisque les deux matrices L et Lss sont constantes l quation 2 23 devient 1 oL C I OWT 1 Ael cog si Ls et L sont gaux nous obtenons l expression du couple suivante c tl OL 00 lr 2 24 2 25 L quation m canique g n rale donn e dans 2 19 est associ e au syst me d quations lectriques 2 18 Le mod le complet de la machine prend la forme suivante v 1 R
36. NOD S Nandi H A Toliyat and X Li Condition monitoring and fault diagnosis of electrical motors A review IEEE Trans On Energy Conversion vol 20 n 4 pp 719 729 Sept 2005 Z Liu X Yin Z Zhang and D Chen Online rotor mixed fault diagnosis way based on spectrum analysis of instantaneous power in squirrel cage induction motors IEEE Trans on Energy Conversion n 3 pp 485 490 Sept 2004 M E H Benbouzid A review of induction motors signature analysis as medium for fault detection IEEE Trans on Ind Elec Vol 47 n 5 pp 984 993 October 2000 V ostiv Dynamics of Satured Eclectric Machines new york spring Verlag 1989 S Nandi H A Toliyat Condition monitoring and fault diagnosis of electrical motors A review IEEE Transactions on Energy Conversion 20 4 719 729 2005 86 R f rences bibliographiques 55 54 35 56 57 58 39 J A Antonino Daviu Diagnosis of bar breakages and other electromechanical faults in induction machines through the study of the startup transient using the wavelet transform Ph D Dissertation Dept Elect Eng Polytechnic Univ Valencia Valencia Spain September 2006 N Benouzza A Benyettou and A Bendiabdellah An Advanced ark sVectors Approach for Rotor Cage Diagnosis Proceeding of CNGE 2004 01 Universit Ibn Khaldoun de Tiaret 2004 T Bahi M Fezzari G Baraket N Deb
37. R 2 R 7 ie M 0 0 0 0 0 4 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts On note que l ordre du syst me d quations r soudre reste le m me que celui du cas sans d faut par contre certains l ments de la matrice R seront modifi s Fig 3 1 Ruptures d une et de deux barres non adjacentes Dans notre tude nous avons consid r la m thode de la mod lisation par augmentation de la r sistance de la barre cass e est adopt e La valeur de cette r sistance est multipli e par un facteur k 100 tel que Ra 10 Rb 3 2 1 Cassures de barres 3 2 1 1 Alimentation Sinuso dale Pour simuler le fonctionnement du moteur avec d faut de cassures de barres ou de segments d anneaux de court circuit nous augmentons la valeur de la r sistance de la barre ou du segment consid r r ou re est multipli e par un facteur k 0 Les figures 3 2 a et b montrent la vitesse et son analyse fr quentielle Le spectre fait apparaitre une harmonique de fr quence 2gf 5Hz qui est l harmonique caract ristique du d faut de barres avec g 0 05 La figure 3 2 c et d montrent respectivement le couple lectromagn tique et son spectre Il apparait une harmonique de fr quence de 2gf 5Hz qui caract rise l harmonique du d faut d une cassure de barre La figure 3 3 illustre l volution des courants dans les trois premi res barres rotoriques ainsi qu un zoom d une partie en r gime permanant Nous pouvons noter que la
38. U T LCS salt ds Jui Sle a 5 u Slt Gall laro Vertu A lt YI LS Gael l l Le ais AMI V Lil aell Gs Y 28 NS 1793 GL rb lS el ee 3585 9 il ee g l AI a le lt o dl Le YI Bad Ge CS al ill al S Gy RM S pag ed Gy pg a l g S YI Pte 4 PgR app Juste ant d ee J AS SLA 3 298 dil S le Cd o call ice 1 yl L TY Aig je asia Lad SUI g Axial 53 DU 1 YY JL 23 c ill sd el Lule g 6 ue aia Gah Ye hiia il B 4 SI GIGLI Ge js SSI AIR aga p ane 96 ail 6 Aue al ju Sy ge 39 2905 oe SESI OSSI aga ds eS AN O l g all a aas y CRASI Gate Y gl O plas ig ell J ls gai ac Lad dats poles pe Lil g SUUM guard 8 LA Jala 3 gh e dyal pent join ji jill dew jill Gl A te ia Aye Lai ii Ls S g TY Gag ae Aul pal iaai Aga g ms due ch CR 1 yl y Notations et symboles Notations et Symboles Va Ms Ves Tensions statoriques 151 1925 153 Courants statoriques V Tensions rotoriques Cr Couple de charge Ce Couple lectromagn tique D Flux statorique Vitesse de rotation Biss Inductances mutuelles entre les phases statoriques et les mailles rotoriques N Nombre de barres rotoriques R R sistance statorique Rp R sistance d une barre Leb Inductance d une barre Re R sistance d une portion d anneau I Inductance d une portion d anneau p Nombre de paire de poles Jt Inertie totale K Coefficient de frottement visqueux Fo Fr quence d alimentation R Rayon moyen de l entrefer Ns Nombre de spires de l enroulement
39. act The electric drives with variable speed use the asynchronous motor more and more because of their robustness of their specific power and their low costs The maintenance and the diagnosis of defect of these drives are nowadays an economic stake It is significant to detect in an early way the defects which can appear in these machines and their feeding system inverter by developing methods of monitoring of preventive operation or maintenance in order to avoid the stops intensive of the installation In this work we intereste to the detection and the localization of defects in the asynchronous machine and the inverter For the defects in the machine the majority of work carries consider the machine supplied with a sinusoidal source but the originality of this work we reconsiders the detection and the localization of the defects of rupture of bar rings and of defect of eccentricity when the machine east fed by an inverter Concerning the inverter we consider the analysis of defects of conducting sowing by two approach First we show the detection and the localization of the transistor at fault by analyzing the stator currents of each phase in continuation reconsiders of it work with direct analysis of the components into quadratic of the currents of phases stator Finally we develop a graphic interface to dedicate for the study of the defects considers in a manner interactive a 3 h c Uni YI A3 Gall Aa Gall g Quad Lees je data 5i D
40. antes Van Vao Vno Von Vo0 Vno 3 18 Vcn Vco Vno 3 5 2 Fonctions de commutation de l onduleur en cas de d fauts 3 5 2 1 Fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de 7 En cas ou un d faut du semi conducteur en circuit ouvert T s est produite Vz et Veo ne sont pas touch es La phase a du moteur est connect e l lectrode positive de la source continue travers le courant qui traverse la diode D La tension Van d pend de l tat du semi conducteurs 7 4 et de la direction du courant de phase Ian Dans ce cas les fonctions de commutations SW et SW restent les m mes mais SW peut tre obtenue selon l algorithme suivant 1 sii gt 0 SW j 1 sii lt 0 T l tat 1 3 19 l si 0 T l tat 0 3 5 2 2 Fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de T En cas ou un d faut du semi conducteur en circuit ouvert 7 2 s est produite Vz et Veo ne sont pas touch es La phase b du moteur est connect e l lectrode positive de la source continue travers le courant qui traverse la diode D La tension Vp d pend alors du semi conducteurs 7 5 et de la direction du courant de phase Les fonctions de commutations SW et SW restent les m mes mais SW sera exprim e par 64 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts 1 sii gt O SW 3 1 sii lt 0 T l tat 1 3 20 l si i 0 T l tat Q 3 5 2 3 Fonction
41. apitre III Analyse et Diagnostic des D fauts ue b Fig 3 17 fonctionnement d un bras de l onduleur pour un courant n gatif La commutation de T ferm D conductrice T ferm T conducteur s op re en commandant l amor age de T apr s avoir pr alablement bloqu T pour viter d avoir une conduction simultan e de T et 7 et donc un court circuit de la source E 3 5 Th ories des fonctions de commutations 3 5 1 Fonction de commutation de l onduleur sans d fauts L onduleur peut tre consid r comme un convertisseur id al Notre model est bas sur la technique et la strat gie de commande en Modulation Largeur d Impulsion Pour les dispositifs id al repr sente le mode marche et le 0 le mode arr t du dispositif 33 34 1 si T est ferm S m O si T est ouvert r En utilisant la notion de fonction de commutation des interrupteurs la relation entre l entr e et la sortie de l onduleur est Vao Vbo Veo TF Va 3 14 Ou Vao Vbo Veo tensions de sortie de l onduleur TF fonction de transfert V la tension d entr e G n ralement la fonction de transfert peut tre pr sent comme suite TF SW SW SW3 3 15 Avec 63 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts V SW 3 16 Pour une connexion toile du moteur V 9 est calcul comme suit Vh0 Vao Vbo Veo 3 3 17 La tension des phases sont obtenues selon les expressions suiv
42. arque si on fait le choix de l un l autre sera automatiquement d sactiv 76 Chapitre IV Interface graphique interface Frequence d alimentation Amplitude Parametres d alimentaians Parametres electriques Parametre de l onduleur Indice de modulation Raport de reglage Parametres geometriquez Tension continue simulation defaut du MAS charger defaut de l onduleur Fig 4 4 Fen tre param tres d alimentations Donc pour une alimentation sinuso dale nous pouvons remplir dans les diteurs les valeurs de la fr quence du r seau et l amplitude de la tension or pour le deuxi mes choix nous avons trois param tres remplir qui sont gt Indice de modulation gt Rapport de r glage gt Tension continue Une fois le choix et les param tres de l alimentation sont saisi on peut charger le contenu gr ce au bouton charger qui apparait au bas de la fen tre Apres le choix de l alimentation on passe aux param tres lectriques de la machine qui sont pr sent s la fen tre de la figure suivante T Chapitre IV Interface graphique interface Resistance d une phase statorique en Ohms 3 2 Parametres d alimentaions Resistance d une barre de la cage en Ohms EST Oe 6 Inductance de fuite d une barre de la cage en Henry 0 1742 6 Resistance d une portion d anneau en Ohms 43 79 10e 8 Inductance de fuite d une portion d anneau en Henry 2e H Parametres qeometriques
43. atique peut tre caus e par l ovalit de la partie int rieure du stator ou par le mauvais positionnement du rotor ou du stator durant la phase de construction figure 1 6 a Si l assemblage du rotor son arbre est suffisamment rigide le niveau d excentricit statique ne change pas L excentricit dynamique le centre du rotor n est pas au centre de rotation et la position d paisseur minimale d entrefer tourne avec le rotor figure 1 6 b Ceci est d a plusieurs causes telles que la flexion de l arbre du rotor l usure ou d faut d alignement du roulement la r sonance m canique la vitesse critique etc Nous pouvons dire que l excentricit dynamique d pend du temps et de l espace tandis que l excentricit statique d pend seulement de l espace La pr sence de l excentricit se manifeste par l apparition d harmoniques dans le spectre du courant des fr quences fece donn es par l expression ci dessous 17 18 19 20 f fik En e p v 1 9 Avec k 1 2 3 fi la fr quence d alimentation n le nombre des barres rotoriques et ng le nombre d ordre d excentricit n4 0 pour l excentricit statique et ng 2 3 pour l excentricit dynamique g le glissement p le nombre de paires de p les et v l ordre des harmoniques de temps de la f m m v 1 3 5 7 etc En pr sence de l excentricit statique et dynamique c est dire une excentricit mixte il y aura une apparit
44. atures de d fauts lors de l association d un onduleur une machine asynchrone afin de d terminer les fr quences r v latrices des d fauts Dans un premier temps la simulation du moteur sain aliment par un onduleur MLI est faite pour une charge de 5N m et un glissement de g 0 059 La simulation du fonctionnement du moteur aliment par un onduleur command en MLI est r alis e dans le but d valuer l influence des harmoniques de temps lors d un d faut de barres Les figures 3 5 a et 3 5 b pr sentent l volution de la vitesse lors d un d marrage suivi d une application d une charge de 5Nm l instant 0 5 s Puis une rupture d une barre l instant s suivie de la rupture d une deuxi me barre 5s La figure 3 5 b pr sente un zoom de la vitesse en valeurs permanentes montrant l application de la charge et les deux cassures de barres La figure 3 5 c et d pr sentent respectivement le comportement du couple et de son zoom dans les m mes conditions de fonctionnement d crites pr c demment La vitesse de rotation et le couple lectromagn tique contiennent des fluctuations qui sont g n r es la fois par les harmoniques du d faut et les harmoniques de l onduleur Les figures 3 6 a et b montrent les courants dans les quatre premi res mailles rotoriques et les figures 3 6 c et d illustrent les courants statoriques leurs zooms On remarque que l effet des harmoniques de l onduleur se traduit par l a
45. avec un d faut d excentricit statique de 10 sous une charge de 5 N m dans ce cas g 0 156 Les figures 3 8 c et d montrent la variation des courants des trois phases statoriques et les courants dans les mailles rotoriques Les amplitudes des fluctuations de la vitesse et du couple pr sentent une l g re augmentation par rapport celle observ e dans le cas d un fonctionnement sans d faut La figure 3 8 e pr sente l analyse spectrale du courant statorique Nous constatons que le spectre du courant avec excentricit statique contient des harmoniques li s au types de d fauts D autre part on remarque que l amplitude du fondamental augmente par rapport au cas d un moteur sain La figure 3 8 f montre la variation de l entrefer du moteur asynchrone pour un d faut d excentricit statique de 10 3 3 2 2 cas d une alimentation par un onduleur de tension Les figures 3 9 a et b montrent la vitesse de rotation et de couple lectromagn tique du moteur avec un d faut d excentricit statique de 10 sous une charge de 5 N m g 0 156 lorsqu il est aliment par un onduleur de tension Les figures 3 9 c et d montrent la variation du courant des trois phases statoriques et le courant dans les mailles rotoriques La figure 3 8 f montre la variation de l entrefer du moteur asynchrone dans le cas d un d faut d excentricit statique de 10 L paisseur de l entrefer prend des valeurs variant autour de la valeur moyenne de
46. bache Localization of faulty in a three phase inverter Asian journal of information technology 4 11 1068 1073 2005 B cui Simulation of inverter with switch open faults based on switching function Proceeding of the IEEE international conference on automation and logistics china august 2007 T Bensliman C Boukhmis A new diagnostic method of faulty transistor in a three phase inverter Journal of electrical and electronics engineering Istanbul 2006 Jos Alex and Restrepo Z Speed Measurement of AC Machines Using the Instantaneous Power Spectrum IPS Grupo de Electr nica de Potencia Departamento de Electr nica y Circuitos Universidad Sim n Bolivar Apartado 89000 Caracas 1080A Venezuela R Rouaibia T Bahi et M Fisli D tection de Ruptures de Barres et Anneaux Rotoriques dans une Machine Asynchrone Aliment e par un Onduleur de Tension Conf rence sur le g nie Electrique CGE 06 EMP ALGERIE Avril 2009 87 R f rences bibliographiques 40 41 R Rouaibia T Bahi et M Fisli D tection du D faut d Excentricit dans une Machine Asynchrone International Conference on Electrical Engineering and its Applications ICEEA 08 Sidi Bel Abbes Algeria May 2008 R Rouaibia T Bahi et M Fish D tection du D faut d Excentricit dans une Machine Asynchrone Aliment e par un Onduleur de Tension International Conference on Systeme and Infor
47. celal PAPER EE BADJI MOKHTAR ANNABA UNIVERSITY ape j AU dra la UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA e Ann e 2009 e o d MS Facult des Sciences de l Ing nieur D partement d lectronique MEMOIRE Pr sent pour l obtention du dipl me de Magister Option Commande d tection des d fauts et diagnostic des processus industriels THEME DETECTION ET DIAGNOSTIC DES DEFAUTS DES MOTEURS ASYNCHRONES Pr sent par M ROUAIBIA Reda Directeur de m moire BAHI Tahar MC U ANNABA Devant le jury Pr sident DEBBACHE N E Pr U ANNABA Examinateurs ABBASSI E H A Pr U ANNABA LAKEL F MC U ANNABA ARBAOUI F MC U SKIKDA D dicaces Je d die ce modeste travail mes tr s chers parents qui ont toujours veill sur moi et ont mis ma disposition tout ce qu ils poss dent pour ma r ussite ma soeur et mes fr res toute ma famille mes amis tous ceux qui m ont nourri de leur savoir et ceux avec qui je partage de bons souvenirs REMERCIEMENTS Je tiens tout d abord remercier mon directeur de m moire BAHI Tahar maitre de conf rences l universit Badji Mokhtar Annaba d avoir accept la direction scientifique de ce travail Je lui exprime toute ma gratitude pour ses encouragements son Suivi sa rigueur ses pr cieux conseils et ses qualit s humaines Je remercie tous les membres de jury pour l int r t qu ils ont port mon travail Monsieur DEBBACHE Nasr
48. de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de 7 3 En cas o un d faut d un semi conducteur en circuit ouvert 7 3 s est produite Vz et Vj ne sont pas touch es La phase c du moteur est connect e l lectrode positive de la source continue travers le courant qui traverse la diode D La tension Ven d pend du semi conducteurs T s et de la direction du courant de phase Ien Les fonctions de commutations SW et SW restent les m mes mais SW3 peut tre obtenue par 1 si i gt 0 SW j 1 si ij 0 T a l tat 1 3 21 sii 0 T l tat O 3 5 2 4 Fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de 7 4 En cas o un d faut d un semi conducteur en circuit ouvert 7 4 s est produite V4 et V ne sont pas touch es La phase a du moteur est connect e l lectrode positive de la source continue travers le courant qui traverse la diode D La tension Van d pend du semi conducteurs 7 et de la direction du courant de phase Zan A cette tape les fonctions commutations SW et SW restent les m mes et SW peut tre obtenus l sii 0 SW 4 1 sii gt O T l tat 1 3 22 1 sii lt 0 T l tat 0 3 5 2 5 Fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de 7 5 En cas ou un d faut d un semi conducteur en circuit ouvert T s s est produite V et Vz ne sont pas touch s la phase b du moteur est connect e l lectrod
49. de spectre des Fr quences pour la recherche des harmoniques aux fr quences pr dites Existence Existence Oui des harmoniques Non die des harmoniques de C EQ ER fr quences f f 1225 f Existence de Inexistence du d faut de cassure Non d faut d excentricit de barres mixte Oui Inexistence du ee dl d faut de cassure de Existen d faut onsultation s a bes d excentricit base de donn es mixte pour d terminer la Consultagon de la s v rit du d faut base de donn es pour d terminer le degr de s v rit du d faut Fig 4 2 Organigramme de d tection d un d faut 75 Chapitre IV Interface graphique 4 5 Interface graphique d velopp A la lanc e du programme de l interface La fen tre de la figure 4 3 intitul e D tection de d fauts de la machine asynchrone visualise le menu principal interface Parametres d alimentaions Parametres electriques Parametres geometriques simulation defaut du s defaut de l anduleur Fig 4 3 Fen tre de menu g n rale A gauche de la fen tre on aura le menu pouvant tre activ gt Param tres d alimentations gt Param tres lectriques gt Param tres g om triques gt Simulation d fauts du MAS gt D fauts de l onduleur Concernant les param tres de l alimentation la fen tre repr sent e en figure 4 4 nous permet de choisir le type d alimentation soit sinuso dale ou par un onduleur de tension Rem
50. e ol DET d del Un c c fo ol Ho F j 7 2 26 0 o d 0 1j e r Cette quations est une forme d quations diff rentielles du premier ordre elle peut tre exprim e sous la repr sentation d tat suivante U A x 8 x ZA Le vecteur x peut tre calcul par x DAT v 1 5 bx AT u AT Ee x 2 28 L quation g n rale devient ET pa p YID wl fee qp ul d 2 29 5 o F S 1 s f 4 o r Ou le vecteur de commande est v c c g 230 22 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone et le vecteur d tat est i a bi 2 231 2 4 Calcul des inductances Nous supposons dans ce mod le que l enroulement statorique triphas est distribution id ale Ainsi autour de l entrefer le champ r sultant a une forme sinuso dale Le d phasage entre chaque phase de l enroulement statorique est de 27 3 degr lectrique L expression de la f m m force magn to motrice de la phase a est donn e par la relation suivante 23 2 4 s F 9 i cos pg 2 32 T p Et l induction cr e dans l entrefer est exprim e par B Z cos p 2 33 T 8P N nombre de tours de l enroulement de la phase nombre de paires de p les o angle d crivant une position dans l espace Uo perm abilit magn tique de l air g paisseur de l entrefer Le flux magn tique dans l entrefer par p le est obtenu par int grati
51. e par le courant i Elle est le si ge d un flux propre exprim par la relation suivante Ju Hor a Z Aa Pu 1 2 Ji die j 1 2 40 Avec k j Apr s int gration on trouve 24 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone rl a P ij E zen 2 41 L inductance de magn tisation de la maille j est exprim e par la relation i _ Pr _ 274 n 1 rl Hf 2 lj Sn 2 42 maille rotorique est gale la somme des inductances de fuites L inductance totale de la j des deux barres et des inductances de fuites des deux segments d anneaux de court circuit et de son inductance de magn tisation Elle est exprim e par L EL tL Lagan t2L 2 43 e Les mailles rotoriques sont magn tiquement coupl es par l interm diaire du flux rotorique d entrefer Les inductances mutuelles entre la j maille les mailles adjacentes et non adjacentes sont exprim es par les relations suivantes BAUM 27 rl Lu Lycia ES 2 L 2 44 rj 8n rj 27 l lj Sn P j 5 274 rl Eia Bees h 2 46 lj 8n De la transformation dans le rep re li au rotor de l quation 2 33 de la densit de flux d entrefer cr e par le courant isa il en r sulte B ue cor cos p P w rt 2 49 T 8P Avec D o le flux traversant la maille j est h fe o rdo 2 51 0 G Da L int grale de l quation ci dessus conduit a H ja M 1 ox CLE o r 2 52
52. e positive de la source continu travers le courant qui traverse la diode Ds La tension Vpn d pend du semi conducteurs T 2 et de la direction du courant de phase Jpn Dans ce cas les fonctions de commutations SW et SW restent les m mes mais SW peut tre obtenue 1 si i lt 0 SW lt 1 sii gt O T l tat 1 3 23 1 si i lt 0 T a l tat 0 65 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts 3 5 2 6 Fonction de commutation du dispositif semi conducteurs en cas de d faut de T 6 En cas o un d faut d un semi conducteur en circuit ouvert 7 s est produit Vao et Vbo ne sont pas touch es La phase c du moteur est connect l lectrode positive de la source continue travers le courant qui traverse la diode Ds La tension Ven d pend du semi conducteurs 7 3 et de la direction du courant de phase Les fonctions de commutations SW et SW restent les m mes mais et SW peut tre obtenue l sii 0 SW lt 1 sii gt O T l tat 1 3 24 1 sii lt 0 T l tat 0 3 6 Simulations des d fauts de transistors Cette partie pr sente une tude sur les d fauts ventuels pouvant tre caus s par un des semi conducteurs de l onduleur Nous analysons en premi re tape l volution des courants statoriques de chaque phase afin d en tirer conclusion sur la fa on de d tecter et diagnostiquer un d faut et pr cis ment le semi conducteur en panne Les figures 3 18 3 22 montrent les
53. ectives pour assurer leur continuit de fonctionnement La fiabilit et la s ret de son fonctionnement permettant d assurer la s curit des personnes la qualit du service et la rentabilit des installations Malheureusement ces machines sont soumises plusieurs contraintes de natures diff rentes lectriques m caniques thermiques magn tiques et environnementales Le cumul de ces contraintes cause des d fauts dans les diff rentes parties du moteur ce qui engendre par cons quence des arr ts non programm s conduisant des pertes de production et des r parations co teuses La maintenance classique des machines lectriques ne peut pas viter l apparition de ces d fauts et leurs cons quences sur ces derni res En effet car d une part l appareillage de protection n intervient qu au dernier stade du d faut c est dire dans le cas critique de son volution Et d autre part dans la plupart des cas il ne peut pas d tecter ces d fauts avec l utilisation des techniques rudimentaires tels que le cas des v rifications des diff rentes parties de la machine lorsqu elle est l arr t Dans ce m moire nous utilisons une technique bas e sur l analyse spectrale du courant statorique afin de d tecter un d faut de coupure partielle ou totale des barres de l anneau d extr mit du rotor ou un d faut d excentricit de l axe de rotor et aussi les d fauts des semi conducteurs de l onduleur De nombreux travaux ont t
54. ectromagn tique tels que les d fauts de court circuits entre spires statoriques les d fauts de ruptures de barres rotoriques et ou de portions d anneaux de courts circuits Nous pouvons aussi ajouter ce type de mod le les d fauts d excentricit s statique et dynamique 2 3 Modele de la machine en absence de d faillance Dans notre tude nous utiliserons la m thode des circuits lectriques magn tiquement coupl s 21 pour simuler le fonctionnement de la machine asynchrone Les facilit s apport es par cette approche pour tudier les d fauts magn tiques nous ont sembl tre les plus ad quates pour analyser l influence d une rupture de barre ou d un d faut d excentricit sur le fonctionnement de la machine asynchrone Consid rons qu initialement la machine est constitu e d un stator bobinage et d un rotor cage d cureuil Le model propos est bas sur une approximation de circuits coupl s magn tiquement 2 3 1 Equations du syst me Notre mod lisation a port sur un moteur asynchrone triphas ayant n5 barres rotoriques en consid rant les hypoth ses simplificatrices suivantes la perm abilit du fer est infinie les enroulements statoriques sont identiques par rapport l axe de sym trie Les n barres rotoriques sont uniform ment distribu es Les courants de Foucault les frottements et les pertes d enroulements sont n glig s La cage rotorique peut tre repr sent e comme n mailles identique
55. ent du moteur avec d faut d excentricit dynamique est r alis e de la m me mani re que celle avec d faut d excentricit statique mais avec un degr d excentricit statique 6 gale z ro et une quantit d excentricit dynamique od variable Les figures 3 11 a et 3 11 b pr sentent les grandeurs lectrom caniques de la vitesse et du couple dans le cas d un d faut d excentricit dynamique de 2096 sous une charge de 5Nm Les fluctuations de la vitesse de rotation et du couple sont importantes que celles observ es dans le cas d un moteur sain Les figures 3 11 c et 3 11 d pr sentent respectivement le courant des phases statoriques et des courants de mailles rotoriques Nous constatons l apparition des fluctuations apr s l application de la charge 0 55 Les figures 3 11 e 3 11 f illustrent l analyse spectrale et la variation de l paisseur de l entrefer lors d une excentricit dynamique Les harmoniques caract ristiques du d faut fm et donn par la relation f fj 1 k 1 g p 2 K 1 f 53 Analyse et Diagnostic des D fauts Chapitre III Bt POPE asyped AA Temps sec Temps sec 2500 i ltd ALGUNO p gt qp oo gt gt gt MLL LET EN QUE Fi D lt so Metta ole WTI yt Se Ju lu L TRG LL PO n PD pret riget HL HE e Pape le s lu ott pfi 11 102
56. et Diaenostic des D fauts 3 3 4 2 cas d un onduleur de tension Les grandeurs lectrom caniques vitesse et couple lectromagn tique du moteur sous une quantit d excentricit mixte 0 10 et 04 20 sous une charge de 5Nm et un glissement de 0 052 sont respectivement donn es par les figures 3 12 a et b L introduction de l onduleur se fait par la cr ation des fluctuations plus importantes que celles du moteur avec alimentation sinusoidale et avec le m me d faut excentricit mixte L onduleur influe aussi sur le courant statorique par la cr ation des ondulations plus importantes que celle obtenues avec alimentation sinusoidale et aussi par la cr ation des harmoniques dont leurs fr quences sont donn es par le tableau 3 On remarque que les spectres de d faut apparaissent selon l expression suivante f exc M 13k 1 g yp 2 K 1 f 3 13 On remarque que la premi re partie du terme de droite f k g p de l expression refl te les spectres de fr quences qui apparaissent lorsque la machine en d faut est aliment e par une source sinuso dale or que la deuxi me partie soit 2 K fs avec K 1 2 est le terme de correction qu il faut tenir en compte pour diagnostiquer un d faut d excentricit mixte Ceci tant l expression utilis e pour le cas d une machine aliment e par une source sinusoidale n est plus valable pour le cas d une alimentation avec un onduleur 58 Chapitre III Analyse et Diaeno
57. faut d excentricit statique 6 0 avec alimentation par onduleur 52 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts 3 3 3 Simulation avec excentricit dynamique 3 3 3 1 cas d une alimentation sinuso dale La simulation du fonctionnement du moteur avec d faut d excentricit dynamique est r alis e de la m me mani re que celle avec d faut d excentricit statique mais avec un degr d excentricit statique 6 gale z ro et un degr d excentricit dynamique 6 variable Les figures 3 10 a et 3 10 b pr sentent les grandeurs lectrom caniques de la vitesse et du couple dans le cas d un d faut d excentricit dynamique de 20 sous une charge de 5Nm Les fluctuations de la vitesse de rotation et du couple sont importantes que celles observ es dans le cas d un moteur sain Les figures 3 10 c et 3 10 d pr sentent respectivement le courant d une phase statorique et courant d une maille rotorique On remarque l apparition des fluctuations apr s l application de la charge 4 0 5s Les figures 3 10 e et 3 10 f illustrent la variation en fonction de la quantit d excentricit dynamique de l amplitude respectivement du fondamental et des harmoniques caract ristiques du d faut fm suite la relation f f 1 k 1 g p L interpr tation de ces courbes ne nous laisse entrevoir aucune indication quant la s v rit du d faut 3 3 3 2 cas d un onduleur de tension La simulation du fonctionnem
58. ion des harmoniques de basses fr quences fm de part et d autre du fondamental donn es par la relation ci dessous Toe 1 10 avec k 1 2 3 et fr fi l g p 12 Chapitre tat de l art _a b Fig 1 6 D fauts d excentricit a statique b dynamique Les signaux de vibrations peuvent tre aussi utilis s pour d tecter les d fauts li s l excentricit Dans le cas d excentricit mixte les composantes de basses fr quences de vibrations du stator sont donn es par js pr 1 11 D autres approches telle que celle utilisant les vecteurs de Park du courant statorique peut tre utilis es pour d tecter l excentricit dans le moteur asynchrone cage d cureuil 1 6 Conclusion Puisque il est important de d tecter d une mani re pr coce les d fauts d une machine plusieurs techniques ont t mises au point L int r t des travaux et de trouver des signatures permettant de d tecter et de diagnostiquer un d faut et aussi d valuer son ampleur avant l arr t intempestif de la machine Ainsi on peut intervenir temps pour viter des arr ts g n ralement co teux La totalit des recherches donne un int r t particulier la mod lisation de la machine pour que le model soit fiable Parmi ces models nous avons retenu la m thode des circuits lectriques magn tiquement coupl s que nous d velopperons dans le chapitre suivant 13 Chapitre Il Mod lisation de la Machi
59. ion sinusoidale simulation avec d faut d excentricit mixte dynamique aliment par un onduleur commutations des interrupteurs 10 statique et 20 10 statique et 20 Pr sentation d un interrupteur Fonctionnement d un bras de l onduleur pour un courant positif Fonctionnement d un bras de l onduleur pour un courant negatif D fauts d un transistor du 1 bras D fauts d un transistor du 2 bras D fauts d un transistor du 3 bras Pr sentation dans le plans de Park des transistors en d fauts Diff rents cas de d fauts de transistors Chapitre IV INTERFACE GRAPHIQUE Figure 4 1 Figure 4 2 Figure 4 3 Synoptique de fonctionnement Organigramme de d tection d un d faut Fen tre de menu g n rale 42 43 44 44 44 47 48 51 52 54 s 57 59 60 61 62 63 68 69 70 71 72 74 75 76 Liste des figures Figure 4 4 Figure 4 5 Figure 4 6 Figure 4 7 Figure 4 8 Figure 4 9 Fen tre param tres d alimentations Fen tre param tres lectriques de la machine Fen tre param tres g om triques de la machine Fen tre simulation de d fauts Fen tre d fauts de l onduleur Fen tre affichage des r sultats 71 78 78 79 80 80 Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3 Liste des Tableaux Donn es de la machine Relation entre les tas des interrupteurs et la tension Fr quences th oriques des harmoniques de l onduleur Liste des Tableaux 26 36 37 Sommaire R sum Nota
60. ique etc 1 4 3 Techniques m caniques 1 4 3 1 Diagnostic par mesure des vibrations Toutes les machines lectriques produisent du bruit et des vibrations M me une amplitude tr s petite des vibrations de l armature de la machine peut produire un bruit lev Le bruit et les vibrations sont provoqu s principalement par des forces qui sont d origine magn tique m canique ou a rodynamique 8 proportionnelles au carr de l induction magn tique 9 2 Te 1 1 O Bet uosont respectivement l induction magn tique et la perm abilit magn tique de l air Les acc l rom tres pi zo lectriques sont les capteurs les plus largement utilis s pour la mesure des vibrations ceci en raison de leur gamme de fr quence lev e de leur fiabilit et leur robustesse En terme de diagnostic les signaux de vibrations d tect s contiennent des informations importantes sur l tat de la machine L analyse spectrale de ces signaux nous renseigne sur les diff rents d fauts qui sont l origine des vibrations Chapitre I tat de l art 1 5 Principaux d fauts d une machine asynchrone triphas e Dans la machine asynchrone on distingue les d fauts affectant le stator et ceux affectant le rotor 1 5 1 D fauts de roulements Les roulements se composent g n ralement de deux bagues int rieure et ext rieure entre lesquelles existe un ensemble de billes ou de rouleaux tournants tel qu il est illustr sur figure 1 4
61. ixe de l amplitude respectivement du fondamental du premier harmonique cr par l excentricit mixte du deuxi me harmonique cr par l excentricit mixte Les r sultats des simulations de mani re g n rale nous renseignent pas sur la s v rit du d faut sauf pour le premier harmonique principal caract ristique du d faut d excentricit mixte Nous constatons que l amplitude de cet harmonique est seulement proportionnelle au degr de s v rit du d faut 56 Chapitre III VV rad sec courant rotorique A E z i i i i 2 Li Li 1 Li I 1 I 1 ST i i i i o6 i w h i i h LZ E Li Li 1 Li 3 I 1 I 1 o I 1 I 1 o 0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 Temps sec a 3000 1000 E Z 0 e a o o 1000 2000 3000 0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 Temps sec 2 E w a 5 E 5 60 80 100 120 Freguence Hz 140 160 180 200 C Analyse et Diagnostic des D fauts 15 DO er CIE NM AAA i sete 0 LOT MC eae eRe ined sale ti pete Setar lal aaa es ST ee oa 10 deweeee clase eeeobboew ee eto weseedaeceecee dae eeeee oboe e age ch aaa o li t i Mi 5 WU t cnet et eee FA AU iei dee 15 0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 0 02 04 O06 08 1 CE 2 Temps sec d x10 entrefer Temps s _f Fig 3 12 Simulation de d faut d excentricit mixte 6 10 et q 22096 avec alimentation sinuso dale 37 Chapitre III Analyse
62. l entrefer La figure 3 9 e pr sente l analyse spectrale du moteur 50 Chapitre III W rad sec courant statorique A Amplitude db 02 04 06 0 8 1 1 Temps sec d M m TT m M MTN M M Lu 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 Temps sec C Z AA 16 18 2 iii T jJ j Iii 50 100 150 200 250 300 350 Freguence Hz C courant rotorique A Analyse et Diagnostic des D fauts E z a o o 0 02 04 06 0 8 1 12 374 358 13 2 Temps sec 3000 2000 1000 1000 2000 3000 ye 0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 Temps sec 2107 entrefer Entrefer m 1 15 LZ LS LJ Temps s f 135 14 Fig 3 8 Simulation de d faut d excentricit statique 10 avec alimentation sinusoidale 51 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts vitesse de rotation rad s couple electromagnetique N m 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 14 1 6 1 8 Temps s N d f1 1 t Uu v U LI LI I A LA bru Fou iau Dna Da i ANAIA L aL La La Lea i TT ETT Ta nm E e ml VWI T SU EA M RCM INI NW courants statoriques A courants rotoriques A Temps s Temps s C d spectre du courant statorique A E 10 entrefer a E a E 1 v o i E k 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Hb 1l i115 Ai LA EE 1 A3 frequence hz Temps s e _f Fig 3 9 Simulation de d
63. lation ci apr s 2 R R R 0 0 R R R XR R R O gt 0 R R E E e ml 7 e 2 15 R 0 0 R AR R R R R des de EM R n R La derni re ligne et la derni re colonne repr sentent les r sistances des segments des anneaux de court circuit Avec R r sistance d une barre rotorique R r sistance d un segment d anneau de court circuit Le flux rotorique est donn par l LL I H 17 2 16 O L est la matrice de n 1 n 1 l ments Elle est donn e par la relation ci dessous L H2 L L L o Lo n Loin nb 1 L nb Lb L j l Lopra L L non L 5 7 nb 1 L rnb L L e 2 17 L nb 1 r 1 L nb 1 r 2 oe Lu 2 L L L nb 1 rnb L L bri L Lo abr 255 Lbs nb 1 L bo 2 L L L e L za SL L n L Avec Lj inductance de magn tisation de chaque maille rotorique 20 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone L inductance de fuite d une barre rotorique Le inductance de fuite d un segment d anneau de court circuit me Lyirj inductance mutuelle entre la et la j maille rotorique L s inductances mutuelles entre les mailles rotoriques et les phases statoriques En rassemblant les deux quations 2 1 et 2 13 on obtient un syst me global d quations lectriques de la machine qui peut s crire sous la forme suivante lu eiri e ce mole 2 2 3 1 3
64. ma de principe d un onduleur MLI Etats logiques de commutation Vitesse de rotation et son spectre Couple lectromagn tique et son spectre Courants rotoriques des quarte premi res mailles Courant statorique son zoom spectre du courant statorique page 19 19 24 28 27 29 30 30 32 33 34 35 36 38 38 39 39 Liste des figures Chapitre II ANALYSE ET DIAGNOSTIC DE DEFAUTS Figure 3 1 Figure 3 2 Figure 3 3 Figure 3 4 Figure 3 5 Figure 3 6 Figure 3 7 Figure 3 8 Figure 3 9 Figure 3 10 Figure 3 11 Figure 3 12 Figure 3 13 Figure 3 14 Figure 3 15 Figure 3 16 Figure 3 17 Figure 3 18 Figure 3 19 Figure 3 20 Figure 3 21 Figure 3 22 Ruptures d une et de deux barres non adjacentes Caract ristiques de la vitesse et du couple Courants rotoriques des quatre premi res barres rotoriques Analyse du courant statorique Vitesse et couple lors d une alimentation par onduleur Courants statoriques et rotoriques et spectre fr quentiel Entrefer de la machine avec rotor excentrique Simulation de d faut d excentricit statique 072 7046 avec alimentation sinusoidale Simulation de d faut d excentricit statique 6 0 avec alimentation par onduleur Simulation d un d faut d excentricit dynamique 05220906 avec alimentation sinusoidale Simulation d un d faut d excentricit dynamique 0522046 avec alimentation par onduleur Simulation avec d faut d excentricit mixte dynamique avec alimentat
65. magn tiser l entrefer gt Le rotor est la partie tournante constitu e de disques en t les magn tiques empil s sur l arbre de la machine portant un enroulement gt Les organes m caniques permettant la rotation du rotor et le maintien des diff rents sous ensembles Stator Rotor Ventilateur uz ANM Roulement EE XI Fils de raccordement Fig 1 1 Vue d une machine asynchrone Chapitre I tat de l art 1 2 1 Lestator Il est constitu d un enroulement bobin r parti dans les encoches du circuit magn tique Le circuit magn tique est sch matis en figure 1 2 Il est constitu d un empilage de t les minces d coup es par des encoches parall les l axe de la machine dont l paisseur varie entre 0 50mm pour minimiser les pertes dans le circuit magn tique 1 Un bobinage statorique peut tre d composer en deux parties les conducteurs d encoches et les t tes de bobines Les conducteurs d encoches permettent de cr er dans l entrefer le champ magn tique qui est l origine de la conversion lectromagn tique Les t tes de bobines permettent quant elles la fermeture des courants en organisant une circulation judicieuse des courants d un conducteur d encoche l autre afin d obtenir une r partition sinuso dale des forces magn tomotrices et du flux et limiter les ondulations du couple lectromagn tique Empilement de T les Seconde paire magn tiques Encoche statoriq
66. mand pleine onde Cette strat gie de commande est la plus simple mettre en pratique Par contre la tension de la sortie est tr s riche en harmoniques de rang faible et donc de fr quences basses perturbant la qualit du couple Le filtrage est par cons quent difficile 2 6 1 2 Onduleur commande en MLI Le principe de commande de l onduleur r side dans l utilisation d un comparateur de tensions Ce comparateur superpose aux trois tensions sinusoidales de r f rence une tension de forme triangulaire porteuse f La fr quence des trois sinusoides de r f rence est egale celle des tensions souhait es la sortie de l onduleur Les intersections entre les sinusoides et l onde triangulaire d termine la mise en conduction ou non des semis conducteurs thyristors ou transistors de puissance selon le cas Il en r sulte un temps d impulsion passante ou non passante variable reconstituant un courant sinusoidal en sortie du variateur de vitesse Cette derni re a pour but d approximer les tensions de sortie aux formes sinusoidales en faisant varier sinusoidalement leurs valeurs moyennes Pour cette raison chaque alternance doit tre form e non plus d un cr neau mais d une succession de cr neaux de largeurs convenables La technique de commande MLI permet un r glage de la fr quence et de la valeur efficace de la tension de sortie qu on caract rise par les deux param tres suivants 27 l indice de modulation
67. mation Processing ICSP 09 Guelma Algeria May 2009 88
68. n au niveau de l entrefer n est plus uniforme dans la direction radiale ou axiale donnent ainsi naissance des forces attractives non r guli res entre le stator et le rotor provoquant des secousses de la cage 3 La d formation de l arbre peut provoquer un frottement entre le rotor et le stator provoquant ainsi un endommagement grave du circuit magn tique et des enroulements de la machine 1 3 5 Causes des d fauts Les causes des d fauts sont multiples elles peuvent tre class es en trois groupes Y Les initiateurs de d fauts surchauffe du moteur usure des l ments m caniques roulement billes rupture de fixation probl me d isolation lectrique d s quilibre des tensions et courants de ligne Y Les contributions aux d fauts surcharge fr quente temp rature ambiante lev e ventilation d faillante humidit fortes vibrations vieillissement Y Les d fauts et erreurs humaines d fauts de fabrication composants d fectueux protection inadapt es absence de maintenance 1 4 Techniques de diagnostic des machines lectriques Parmi les m thodes utilis es il y a celles qui n cessitent de pr lever un ou plusieurs signaux pour les traiter analyser et conclure avec certitude s il y a une d faillance ou non Les Chapitre I tat de l art param tres caract ristiques de la machine asynchrone peuvent servir de tr s bons indicateurs de d fauts Les techniques de diagnostic et de d tection des d fau
69. nductance propre de la i phase me Lis inductance mutuelle entre la i et la j phase si iZj 2 7 L est une matrice de 3 n l ments qui constituent les inductances mutuelles entre les phases statoriques et les mailles rotoriques Elle est donn e par la relation 17 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone L L buic T L 0 sirl slr2 sir nb 1 sirnb s2rl s2r2 s2br nb 1 s2rnb L L se L 0 s3rl s3r2 s3r nb 1 s3rnb Les inductances mutuelles entre les phases statoriques et les segments des anneaux de court circuits sont n glig es ceci est repr sent par un z ro dans les derni res colonnes de la matrice O L pr sente l inductance mutuelle entre la phase 1 et la i maille rotorique De m me pour les phases 2 et 5 On peut crire la d riv e du flux statorique de l quation 2 2 sous la forme suivante aA L fad d L Mel HIL pe 2 9 De plus le deuxi me terme de l quation 2 9 peut aussi s crire d L _ d L lao 2 10 dt dO dt Ou 0 position du rotor dor r vitesse du rotor dt En substituant 2 10 dans 2 9 on obtient l expression suivantes d 2 liz gg o y J j 2 11 d0 dt 2 3 1 2 Equations des tensions rotoriques Le rotor cage peut tre remplac par un ensemble de mailles coupl es magn tiquement ou chaque barre du rotor est repr sent e par une r sistance R en s rie avec une
70. ne asynchrone Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone CHAPITRE II MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE 2 1 Introduction La mod lisation de la machine lectrique est une phase primordiale pour le diagnostic de d fauts Elle est d un apport pr cieux dans le domaine de l tude de d fauts car elle permet de restituer une 1mage du fonctionnement de la machine de ce que l ont peut observer exp rimentalement et de pr voir son comportement pour des conditions de fonctionnement diff rentes Dans ce chapitre nous d velopperons un model bas sur le couplage magn tique des circuits lectriques que nous validerons par simulations num riques sous Matlab dans diff rents r gimes de fonctionnement 2 2 M thodes de mod lisation A l issue de la recherche bibliographique sur la mod lisation de la MAS en vue du diagnostic on a constat que les mod les qui d crivent le fonctionnement de la machine asynchrone cage d cureuil peuvent tre d compos s en deux cat gories bien distinctes La premi re concerne les mod les physiques ils sont exprim s par les ph nom nes lectromagn tiques qui d crivent le fonctionnement de la machine Ces mod les sont divers et peuvent varier en complexit et ou en pr cision selon la m thode de mod lisation utilis e 14 16 8 21 on distingue v m thode des l ments finis v m thode des r seaux de perm ance v m thode des circuits lectriques magn tiquemen
71. on de l expression 2 33 autour d un interval polaire le long de la machine L 2p b BS dz B g rao 2 34 0 _T 2p Apr s int gration on obtient 4 Ly N S r l d 2 Tg p 2 35 Sa O r rayon moyen de la machine longueur de la machine Le flux total traversant l enroulement de la phase a d au courant i est donn par 23 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Aus N p ON i 2 36 TE P L inductance de magn tisation de la phase a est Au N rl Lg T EO E 2 37 Lia T 8 p L inductance totale de la phase a est gale la somme des inductances de fuite correspondante au flux de fuite et l inductance de magn tisation Elle s exprime par L i m Ls tL 2 38 Les inductances mutuelles statoriques sont s par es par 27 3 Ils sont exprim es par L Lys Lij Los am 5 2 39 27e sb Loa L Es cos ue can 3 Etant donn que les enroulements statoriques sont sym triques donc les inductances propres des trois phases et les inductances mutuelles sont gales Nous supposons que les barres rotoriques sont identiques et r guli rement d cal es s par es l une de l autre par un angle a 27 np La figure 2 3 repr sente le champ cr e par une maille rotorique parcourue par le courant i Fig 2 3 Champ cr e par une maille rotorique Chaque maille rotorique est consid r e comme une bobine une seule spire parcouru
72. pparition des ondulations dans les courants statoriques et rotoriques Le spectre du courant statorique contient des harmoniques dus aux d fauts de barres et d autres harmoniques dus l onduleur comme le pr cise le tableau 3 On remarque que les spectres de d faut apparaissent selon l expression suivante fo 28 f 2 K Lf 3 2 On remarque que la premi re partie du terme de droite 732g f de l expression refl te les spectres de fr quences qui apparaissent lorsque la machine en d faut est aliment e par une source sinuso dale or que la deuxi me partie soit 2 K fs avec K 1 2 est le terme de correction qu il faut en tenir compte pour diagnostiquer un d faut de barre Ceci tant l expression utilis e pour le cas d une machine aliment e par une source sinuso dale n est donc plus valable pour le cas d une alimentation avec un onduleur 45 Chapitre III 350 300 cas sain i i 1 barte cass e 250 vitesse de rotation rad s ab nN en c ce ce b c ce 0 0 2 04 0 6 0 8 1 12 Temps s couple electromagnetique N m Analyse et Diagnostic des D fauts 2 barres cass es m0 pd 5 S vitesse de rotation rad s ea B na c3 5 couple electramagnetique M m Ai nm 23 2r 20r REC QC QE QC j 1 barre cass e 2 bares cass es 09 11 12 13 14 15 16 1 7 gt 1 1 1 1 E 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 A 1 1 1 1 1 1
73. r els statoriques mais de leurs composante sur les axes d et q Dans le cas ou le transistor T est endommag on remarque un spectre additionnel trouv la gauche du spectre du convertisseur sain la prolongation n gative de l axe q Or quand le transistor T 4 est endommag nous notons que le spectre additionnel 66 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts est d plac la droite de l axe q les deux spectres additionnel de T et T4 sont s par s par un angle de 180 L analyse des autres transistors donn e le m me r sultat Tro Tis et Tis Tro Nous concluons que pour la m me cellule quand un des deux commutateurs est endommag on remarque que leurs coupes additionnelles correspondantes sont s par es par un angle de 180 figure3 21 a et b figure3 21 c et d figure3 21 e et f Supposons que le d faut est dans la partie sup rieur de l onduleur Ti Tro T 3 leurs spectres additionnels correspondants sont s par es par un angle de 120 figue3 24 a c et e que la m me conclusion est tir e quand nous consid rons le cas de l endommagement d un des commutateurs de la position inf rieure de l onduleur Ty T 5 Tro L angle de s paration entre les spectres additionnels est 120 figue3 21 b d f comme le montre la figure 3 21 En comparaison du trac de l volution des composantes dans le plan de Park pour le cas d un onduleur voir figure 2 17 On remarque que le spectre du
74. r quence fs contient des harmoniques dont les plus importants peuvent se diviser en familles 28 e La premi re famille est centr e sur la fr quence m fs et comprend outre le terme de rang m la paire d harmoniques de rang m 2 et m 2 m 4 et m 4 e La seconde famille est centr e sur la fr quence 2m f et comprend la paire d harmoniques de rang 2m 1 et 2m 1 2m 3 et 2m 3 e La troisi me famille est centr e sur 3m fs et comporte les harmoniques de rang 3m 3m 2 et 3m 42 3m 4 et 3m 4 L tude du spectre de la tension de sortie a montr que l on obtient un harmonique fondamental dont la fr quence et l amplitude d pendent de celle de la r f rence et des harmoniques importantes dont leurs fr quences sont proches de celle de la porteuse tr s lev es Le filtrage est donc tr s facile Cette m thode qui permet d obtenir un harmonique fondamental variable en amplitude et en fr quence est tr s utilis e dans les variateurs de vitesse pour les machines asynchrones 2 6 1 3 Mod lisation de l onduleur MLI La figure 2 12 pr sente le sch ma de principe de l onduleur de tension alimentant une machine asynchrone L onduleur est plac entre une source de tension continue suppos e parfaite et le moteur asynchrone Il est constitu des interrupteurs statiques 7 T 2 T 5 1 4 1 5 et T branch s en antiparall le avec des diodes de r cup ration D afin de renvoyer le courant n gatif vers la source Les tat
75. re ne contient que la composante continue On voit qu apr s un d marrage d environ 0 18s la vitesse se stabilise la valeur 314 rd s Lorsqu on lui applique volontairement l instant 0 5s une charge de 5 Nm elle chute pour se stabilise 280 rd s La figure 2 5 illustre le couple lectromagn tique et son spectre Le couple oscille au d marrage avec des valeurs allant jusqu 33 Nm et s annule en r gime permanant pour galer le couple de charge initial une fois qu on applique une charge il augmente pour prendre la valeur de 5 Nm Nous constatons que le spectre de fr quences ne contient que l harmonique fondamental La figure 2 6 montre l volution du courant statorique de la phase a Apr s des oscillations dues la magn tisation de la machine il rentre en r gime permanant d amplitude de 0 4 A et augmente avec l application de la charge pour se stabiliser l instant 0 6s Les autres phases que nous n avons pas pr sent es sont identiques mais d cal es de 27 3 et 41 3 Les figures 2 7 et 2 8 pr sentent respectivement les courants des quatre premi res mailles rotoriques ainsi que l volution d entrefer 21 vitesse de rotation rad s couple electromagnetique N m Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Alimentation sinusoidale 0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 2 0 50 100 150 200 250 Temps s fr quence Hz b Fig 2 4 Vitesse de rotation et son spectre 20 amplitude dB
76. rface i Rupture de barres de 1 3 Parametres d alimentaians Parametres electriques Pourcentage d excentricite statique 0 1 Oe 6 Parametres geometriques C Pourcentage d excentricite dynamique 0106 Excentricite mixte simulation defaut du M S Pourcentage d excentricite statique U 1Ue b Pourcentage d excentricite dynamique 01 0e 6 defaut de l onduleur Simulation alimentation par onduleur _ Simulation alimentation sinusoidale Fig 4 7 Fen tre simulation de d fauts De m me cas pour le d faut de l onduleur on fait un choix du transistor en d faut et on lance la simulation comme le montre la figure 4 8 79 Chapitre IV Interface graphique Fig 4 8 Fen tre d fauts de l onduleur A l issue de l un de ces essais on pourra visualiser les r sultats de simulation gr ce la fen tre 4 9 qui nous permet de choisir la grandeur analyser tel que les courants statoriques courants rotoriques vitesse de rotation couple lectromagn tique FFT du courant statorique et du courant de Park pe htt VM i Fig 4 9 Fen tre affichage des r sultats 80 Chapitre IV Interface graphique 4 6 Conclusion L id e de mettre au point l interface r alis s est av r e n cessaire est prometteuse En effet cette partie pourra tre repris et compl ter elle permet dor navant aux personnes voulant travailler sur le diagnostic de d fauts d une associa
77. rupture de la premi re barre induit une tr s faible augmentation du courant qui la traverse Au moment du premier d faut le courant qui circulait dans la barre d faillante barre roi se partage dans les barres rotoriques adjacentes Lorsque la seconde barre est cass e barre rb2 nous remarquons que le courant de la 3 barre augmente significativement En effet c est le courant qui circulait dans la 2 barre qui est partag 42 Chapitre ITI Analyse et Diagnostic des D fauts La figure 3 4 pr sente le courant statorique son zoom et le spectre de fr quence Le spectre du courant pr sente en plus du fondamental deux harmoniques des fr quences f pi 1 2g f et fo2 1 2g f Pour un glissement de g 0 05 les harmoniques se manifestent aux fr quences fpj 45Hz et fp2 55HZ On remarque que l amplitude des harmoniques les fluctuations du couple lectromagn tique et de la vitesse ainsi le courant statorique augmente avec le nombre de barres cass es a Cas d un moteur avec cassure d une barre sous une charge de 5 N m cas sain lhbarrecassee 2 barres cassees vitesse de rotation rads couple electromagnetique M m Temps 5 Temps s d C spectre couple electromagnetique spectre vitesse de rotation amplitude dB amplitude dE 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 20 40 60 80 100 120 140 160 frequence Hz frequence Hz b d Fig 3 2 Caract ristiques de la vitesse et du couple 43
78. s des deux interrupteurs d un m me bras doivent tre compl mentaires l un tant l tat passant et l autre non passant Le pilotage de l onduleur se fait par des fonctions logiques les tensions appliqu es la machine se d duisent de la tension d entr e de londuleur E et des signaux logiques caract risant l tat de chaque interrupteur 27 Porteuse Fp 1 Fig 2 12 Sch ma de principe d un onduleur MLI 35 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone Les tensions compos es la sortie de l onduleur sont exprim es par U 2 111 0 Us 2 lt a 10 0 avec 6 0 1 U ET E 1 25 Ou E est la tension continue l entr e de l onduleur et les G 1 6 sont les tats logiques correspondant a l tat de conduite ou non du transistor 7 25 Dans un syst me triphas les composantes du vecteur tension sont d cal es l un de l autre par un angle de 120 Nous devons mentionner que l tat logique des deux interrupteurs de m me bras sont compl mentaires Le tableau 2 montre les combinaisons des tats logiques des semi conducteurs et de leurs vecteurs de tensions correspondant Les positions des extr mit s des vecteurs r sultants des tensions sont marqu es a b c d e f g et h comme le montre la figure suivante V 910 v 001 Fig 2 13 Etats logiques des commutations EN 000 E 3 E 3 2E 3 E 3 2E 3 E 3 2E 3 E 3 E 3 2E 3 E 3
79. s et quidistantes sur la circonf rence du rotor Par exemple la premi re maille peut comprendre la re barre et la k 1 barre et les segments des deux anneaux de court circuits qui les connectent O k est un nombre entier choisi arbitrairement entre 1 lt k gt np La deuxi me boucle comprend la 2 barre la k4 2 barre et les segments des deux anneaux de court circuits qui les connectent aux deux extr mit s et ainsi de suite 2 3 1 1 Equations des tensions statoriques On peut crire les quations des tensions statoriques sous la forme d v Ix Jue DP 2 dt o V vecteur des tensions des phases statoriques 7 vecteur des courants des phases statoriques 16 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone lo vecteur des flux qui traverse les phases statoriques R matrice diagonale des r sistances statoriques de dimension 3x3 19 ln I s 17 1 V J Vj vs ve LISE dg tel EEL dod mi i courant dans la j barre ij courant dans l anneau de court circuit La matrice r sistance statorique est r 0 0 R 0 r 0 0 0 r Ou r est la r sistance de chaque phase du stator 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 L est la matrice des inductances statoriques de dimension 3 3 l ments Elle est exprim e sous la forme suivante L L L slp sls2 s1s3 L L L L s2s1 s2p s2s3 L L L s3s1 s3s2 s3 p Lsip Ls Lsf O Pd Lsip l i
80. sanne Suisse Septembre1999 H Razik H Henao and R Carlson The Effect of Inter bar Currents on the Diagnostic of the Induction Motor IEEE pp 797 802 2004 A Menacer M S Nait Said A Benakcha S Drid D tection d une Cassure de Barre Rotorique d un Moteur Asynchrone par Analyse Spectrale du Courant Statorique CNGE 2004 Premi re Conf rence Nationale sur le G nie Electrique 29 11 01 12 2004 pp 261 265 Universit Ibn Khaldoun Tiaret Alg rie 2004 Bulent Ayhan Mo Yuen Chow and Myung Hyun Song Multiple Signature Processing Based Fault Detection Schemes for Broken Rotor Bar in Induction Motors IEEE Transactions on Energy Conversion Vol 20 N 2 June 2005 84 R f rences bibliographiques 17 18 19 20 21 22 25 Antonino Daviua P Joverb M Rieraa A Arkkiob J Roger Folcha DWT analysis of numerical and experimental data for the diagnosis of dynamic eccentricities in induction motors Mechanical Systems and Signal Processing 21 2575 2589 2007 Gojko M Joksimovic Dynamic Simulation of Dynamic Eccentricity in Induction Machines Winding Function Approach IEEE Transactions on Energy Conversion VOL 15 No 2 juin 2000 H A toliyat M s Arefeen and A G parlos A Method for dynamic simulation of air gap eccentricity in induction machines IEEE Trans nd Applicat Vol32 04 pp 910 917 jul aug 1996 J Faucher and
81. ses puissance massique et faible cout La maintenance et le diagnostic de d fauts de ces entratnements sont de nos jours un enjeu conomique donc il est important de d tecter de mani re pr coce les d fauts qui peuvent appara tre dans ces machines et dans leurs syst mes d alimentation onduleur en d veloppant des m thodes de surveillance du fonctionnement ou de maintenance pr ventif afin d viter les arr ts intensifs de l installation Dans ce m moire on s int resse la d tection et la localisation de d fauts dans la machine asynchrone et dans l onduleur Concernant ceux dans la machine la majorit des travaux r alis s consid rent que la machine est aliment e par une source sinuso dale or l originalit de ce travail consiste reconsid r la d tection et la localisation des d fauts de rupture de barres anneaux et de d fauts d excentricit s lorsque la machine est aliment e par un onduleur de tension Nous consid rons l analyse de d fauts des semi conducteurs de l onduleur par deux approches En premier nous montrons la d tection et la localisation du transistor en d faut sont faite en analysant les courants statoriques de chaque phase et la deuxi me par l analyse des composantes directe et en quadratique des courants de phases statoriques Finalement nous mettons au point une interface graphique d di e l tude des d fauts tudi s d une mani re interactive Abstract Abstr
82. si au diagnostic des d fauts des semi conducteurs dans l onduleur 3 2 Mod lisation des cassures de barres Une cassure de barre rotorique peut tre mod lis e soit par limination de cette barre o par augmentation de sa r sistance La mod lisation par limination consiste consid rer la rupture totale de la barre c est dire un courant nul circule dans la barre cass e d ou le courant de la barre est limin et les courants des deux mailles adjacentes et Ji sont substitu s par un seul courant A 2 8 15 Cette proc dure est substitu e dans la matrice des r sistances et des inductances par l addition des deux lignes et deux colonnes qui correspondent aux deux courants Le courant 4 et la tension correspondante sont limin s Ainsi l ordre du syst me r soudre diminue La mod lisation par augmentation de la r sistance de la barre cass e consiste introduire la cassure de la barre par augmentation de la r sistance de la barre d fectueuse tout en consid rant que le courant ne soit pas compl tement nul La proc dure consiste additionner la matrice des r sistances rotoriques une nouvelle matrice R aa ou les l ments non nuls de cette derni re correspondent aux l ments d faillants Dans le cas o le d faut concerne une barre k par exemple la matrice R d faut s crit comme suit 0 0 0 a 0 0 0 0 0 0 EN IR 10 0 Ry 1 R 2 R R R DU WE 3 1 0 0 R R R 1
83. st utilis e pour les moteurs aliment s par un syst me triphas Les trois grandeurs de la machine sont transform es en grandeurs biphas es selon les axes d et q et qui sont utilis es pour tracer la courbe de Lissajou J 1q Le changement de la forme et de l paisseur de cette courbe donne une information sur le d faut L analyse spectrale du module des deux vecteurs de Park est aussi un moyen pour surveiller l tat de la machine 6 7 Chapitre I tat de l art 1 4 2 Techniques magn tiques 1 4 2 1 Diagnostic par mesure du flux magn tique Th oriquement les courants rotoriques et statoriques sont quilibr s ce qui annule la composante axiale de fuites En r alit ces flux de fuites sont pr sents dans toutes les machines lectriques cause des d fauts de fabrication et des fluctuations du r seau lectrique Le flux de fuite axial peut tre d tect non seulement par une bobine enroul e autour de l arbre de la machine mais aussi par n importe quel arrangement sym trique simple des bobines plac es l extr mit de la machine ou par d autres dispositifs sensibles telles que les sondes effet hall L analyse spectrale de la tension induite dans les bobines peut tre utilis e pour identifier les diff rentes d fauts tels que Ruptures d une ou de plusieurs barres rotoriques Court circuits entre une ou plusieurs bobines de l enroulement statorique Excentricit statique et ou dynam
84. stic des D fauts vitesse de rotation rads courants statariques A 350 15 10 couple electramagnetique N m 0 5 1 1 5 2 25 3 35 4 45 5 D 05 1 1 5 2 25 3 35 4 45 Temps s Tem ps s _a b lii m courants ratariques A 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 4 5 5 05 1 1 5 2 25 3 3 5 4 45 Temps s Temps s c d Fig 3 13 Simulation avec d faut d excentricit mixte 1096 et 2096 aliment par un onduleur 59 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts 3 5 D fauts dans l onduleur En plus des d fauts qui peuvent apparaitre dans le moteur il n est pas exclu que le d faut soit du une d faillance de l un des semi conducteurs Un mauvais fonctionnement d un semi conducteur peut causer la perte de la commande et l arr t m me du bras de l onduleur Ces types de d fauts sont graves et ils causent des d fauts des autres dispositifs Nous pr sentons une tude pour un d faut de semi conducteur en circuit ouvert Pour permettre au courant i de circuler au niveau des interrupteurs du bras j il faut qu au moins un des deux interrupteurs 7 et T soit l tat ferm mais pour viter de court circuiter la source E ils ne peuvent pas tre ferm s simultan ment Les tats des deux interrupteurs de chaque bras doivent donc tre compl mentaires l un tant ferm l autre ouvert figure 3 14 Fig 3 14 Commutations de l interrupteur Lorsque l interrupteur T est ferm
85. t coupl s La deuxi me englobe es mod les comportementaux ils reprennent les mod les physiques et y incluent des param tres suppl mentaires qui permettent la d tection et parfois la localisation du d faut 14 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone 2 2 1 M thode l ments finis La m thode l ments finis est une approche qui n cessite un temps de calcul important Le circuit magn tique de la machine est d coup en plusieurs l ments de faibles dimensions pour permettre de consid rer que le mat riau magn tique est lin aire sur les surfaces correspondantes L utilisation des quations de Maxwell partir des formes locales permet de r soudre le probl me La r solution analytique correspondante est complexe et ne permet de traiter le ph nom ne de saturation que de fa on approch e 22 De nombreux logiciels ont t d velopper cet effet tel que le Flux 2D le Flux 3D ou encore Maxwell Le but de ces logiciels est de d terminer la cartographie du champ magn tique pr sent dans les machines lectriques afin d optimiser leurs dimensionnements 2 2 2 M thode des r seaux de perm ances La m thode des r seaux de perm ances est bas e sur la d composition du circuit magn tique de la machine asynchrone en tubes de flux l mentaires Chaque tube ainsi obtenu est caract ris par sa perm ance selon quil soit dans le fer ou dans l air A partir de cette d composition on cons
86. tatoriques et rotoriques spectres fr quentiels 47 Chapitre III Analyse et Diaenostic des D fauts 3 3 Mod lisation des d fauts d excentricit s Le calcul des inductances par l Approche de Fonction d Enroulement AFE dans le cas d un rotor excentrique n cessite la mod lisation de la variation de l paisseur de l entrefer La figure 3 7 illustre une machine avec un rotor excentrique ou R et r sont respectivement les rayons du stator et du rotor L entrefer moyen est repr sent par un cercle en ligne discontinu O et O sont respectivement le centre du stator et du rotor et repr sentent respectivement la position d un point d un r f rentiel li au stator et au rotor 0 donne la position du rotor et g repr sente le d calage entre les deux centres Fig 3 7 Entrefer de la machine avec rotor excentrique Pour analyser un d faut d excentricit on doit utiliser une expression de l entrefer qui tient compte de ce type de d faut soit g Os Or g cos 0 cos O 3 3 ou eps g 3 4 UR 3 5 avec go paisseur moyenne de l entrefer 6 quantit d excentricit statique eps pourcentage d excentricit statique q quantit d excentricit dynamique epd pourcentage d excentricit dynamique 48 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts Pour le calcul des inductances par l AFE il est n cessaire d inverser la fonction d entrefer Elle est
87. tion onduleur machine de leur facilite la tache Toutefois le travail de cet interface pourra aussi faire l objet de l am lioration dans un travail futur Il peut tre compl ter par des parties permettant d tudier d autres d fauts et repr senter d autres fen tres 81 Conclusion g n rale Conclusion G n rale Conclusion G n rale Dans ce travail nous avons commenc consid r les d fauts ventuels dans un entra nement lectrique vitesse variable Les d fauts de cassures de barres d anneaux et d excentricit ont t mod lis s et analys s Grace l analyse de ces d fauts des fr quences sp cifiques sont mis au point Donc la quantification du spectre permet de nous renseigner sur le type de d fauts Rappelons que la partie bibliographique nous a fait conclure que la majorit des travaux r alis s dans le domaines du diagnostic de la machine consid rent que cette derni re est aliment e par une source de tension sinuso dale Donc nous nous somme int ress s de reconsid rer les discussions faites dans ces travaux afin de les v rifi s Pour le cas o la machine est aliment e par un onduleur de tension cas des entra nements vitesse variables il ressort que les fr quences ne sont pas valides et qu il faut les corriger Par cons quent le diagnostic de la machine s est fait par une alimentation sinuso dale et onduleurs Le d faut des transistors dans l onduleur a t aussi consid
88. tions et symboles Liste des figures Liste des tableaux Introduction g n rale Chapitre I Etat de l art 1 1 Introduction 1 2 Constitution de la machine 1 2 1 Le stator 1 2 2 Le rotor 1 2 3 Les organes m caniques 1 5 Diff rents types de d fauts 1 3 1 D fauts lectriques 1 3 2 D fauts de fabrication 1 3 3 D fauts m caniques 1 3 4 D fauts lectromagn tiques 1 3 5 Causes des d fauts 1 4 Techniques de diagnostic des machines lectriques 1 4 1 Techniques lectriques 1 4 1 1 Diagnostic par mesure du courant statorique 1 4 1 2 Diagnostic par les courants de Park 1 4 2 Techniques magn tiques 1 4 2 1 Diagnostic par mesure du flux magn tique 1 4 3 Techniques m caniques 1 4 3 1 Diagnostic par mesure des vibrations 1 5 Principaux d fauts d une machine asynchrone triphas e Sommaire page CO 00 CGO WAN d d ADA ADA BAA A UW YU A HR HR D t 1 6 Z 2 2 2 3 2 4 2 2 2 6 2 1 5 1 D fauts de roulements 1 5 2 D fauts statoriques 1 5 3 D fauts de barres rotoriques 1 5 4 D faut d excentricit Conclusion Chapitre II Mod lisation de la machine asynchrone Introduction M thodes de mod lisation 2 2 1 M thode l ments finis 2 2 2 M thode des r seaux de perm ances 2 2 3 M thode des circuits lectriques magn tiquement coupl s Mod le de la machine en absence de d faillance 2 3 1 Equations du syst me 2 3 1 1 Equations des tensions statoriques 2 3 1 2 Equations des
89. tiques que l interrupteur 7 il est donc aussi form de la mise en parall le inverse d une diode et d un transistor Les tats des interrupteurs 7 et T doivent tre compl mentaires Donc pour assurer la circulation du courant i sans court circuiter la source U on doit avoir e soit T ferm et T ouvert e soit T ouvert et T ferm Pour passer de T 1 et T 0 T 0 et T 1 deux cas doivent tre consid r s 61 Chapitre III Analyse et Diagnostic des D fauts e soit le courant i est positif e soit le courant i est n gatif Passage de T Z1 T 0 T 0 T Z1 pour i gt 0 S1 i est positif e lorsque 7 est ferm c est le transistor 7 qui est conducteur figure 3 16 a lorsque T est ferm c est la diode D qui est conductrice figure 3 16 b cde ON a b Fig 3 16 Fonctionnement d un bras de l onduleur pour un courant positif La commutation de T ferm T conducteur T ferm D conductrice s op re en commandant le blocage de T Lorsque T est ouvert on peut commander l tat ferm de T pour que T reste ferm m me si le courant i cesse d tre positif et devient n gatif Passage de T Z1 T 0 T 0 T 1 pour i lt 0 S1 i est n gatif e lorsque 7 est ferm c est la diode D qui est conductrice figure 3 17 a e lorsque T est ferm c est le transistor 7 qui est conducteur figure 3 17 b 62 Ch
90. truit un r seau dit de perm ance Ces r seaux peuvent tre assimil s un circuit lectrique habituel seulement ceux sont les flux et les diff rences de potentiels magn tiques qui sont consid r s au lieu des courants et des diff rences de potentiels lectriques Cette approche permet de prendre en compte les caract ristiques du fer utilis pour la construction de la machine asynchrone En effet le calcul des diff rentes perm ances ne peut se faire qu en fixant une valeur pr cise pour la perm abilit relative du fer Le mouvement de rotation de la machine est pris en compte par l interm diaire de perm ances dans l entrefer variables selon la position du rotor de la machine 2 2 3 M thode des circuits lectriques magn tiquement coupl s Les inductances propres et mutuelles entre le stator et le rotor de la machine occupent une place importante dans cette m thode de mod lisation car elles contiennent des signatures de diff rents ph nom nes pouvant apparaitre au sein d une machine asynchrone Une mod lisation pr cise de ces inductances m nera un apport d informations suppl mentaires sur les signaux tels que le courant statorique ou encore la vitesse rotorique Cette approche offre un bon compromis en terme de pr cision du mod le et de temps de calcul De plus ce type de mod lisation permet de prendre en compte un certain nombre de d fauts d origine 15 Chapitre II Mod lisation de la Machine Asynchrone l
91. ts utilisent en g n rale les signaux suivants Le courant statorique Le flux rayonnant de la machine Bb Les vibrations BP La vitesse de rotation Les proc dures de surveillance de fonctionnement sont g n ralement orient es vers des d faillances sp cifiques intervenant sur l une des trois parties de la machine le stator le rotor ou les paliers Pour extraire de mani re pr cise les informations relatives aux d fauts les recherches se sont int ress es particuli rement aux spectres des courants statoriques car ces courants sont faciles mesurer et fournissent des informations sur de nombreux d fauts 1 4 1 Techniques lectriques 1 4 1 Diagnostic par mesure du courant statorique L analyse du courant statorique du moteur et l une des techniques qui permet de d tecter la pr sence des anomalies m caniques et lectriques non seulement dans le moteur mais galement dans la charge Des am liorations consid rables sont apport es cette technique qui est d nomm e dans la litt rature l Analyse des Signatures du Courant du Moteur ASCM Des composantes fr quentielles ont t d termin es pour chaque type de d faut Il est important de noter que l amplitude de la composante fr quentielle augmente avec la s v rit du d faut 4 5 1 4 1 2 Diagnostic utilisant les courants de Park Il existe une autre m thode d analyse du courant c est l analyse par l approche des vecteurs de Park Elle e
92. ue Sections Premiere paire de p les Fig 1 2 Enroulements statoriques d une phase d une machine 4 p les 1 2 2 Le rotor Le circuit magn tique rotorique est constitu de t les d acier qui sont en g n ral de m me origine que celles utilis es pour la construction du stator Les rotors de machines asynchrones peuvent tre de deux types bobin s ou cage d cureuil Les rotors bobin s sont construits de la m me mani re que le bobinage statorique insertion Chapitre I tat de l art des enroulements dans les encoches rotoriques Les phases rotoriques sont alors disponibles gr ce un syst me de bagues balais positionn sur l arbre de la machine En ce qui concerne les rotors cage d cureuil figure 1 3 les enroulements sont constitu s de barres en cuivre pour les gros moteurs ou en aluminium pour les petits moteurs Ces barres sont court circuit es chaque extr mit par deux anneaux dits de court circuit eux aussi fabriqu s en cuivre ou en aluminium Fig 1 3 Rotor cage d cureuil 1 2 3 Les organes m caniques La carcasse joue le r le d enveloppe et assure la protection contre l environnement ext rieur L arbre est un organe de transmission comprenant une partie centrale qui sert de support au corps du rotor et un bout d arbre sur lequel est fix un demi accouplement Il est g n ralement constitu en acier moul ou forg Il est support par un ou plusieurs paliers Ces paliers
93. une phase la terre ou de court circuit entre phases 10 Court cicuit entre spires Court circuit entre deux faiseaux Courant de circlation Ic Fig 1 5 Pr sentation d un court circuit dans une bobine Il existe plusieurs techniques pour d tecter un d faut de court circuit On cite l analyse du flux axial de la machine 11 l emploi d une bobine concentrique plac e autour de l arbre de la machine 12 Les fr quences des composantes caract ristiques de ce type de d fauts peuvent tre d tect es dans le spectre du flux axial des fr quences donn es par l expression suivante 10 Chapitre I tat de l art f s rss 1 6 Avec k 1 3 et n 1 2 3 2p 1 g glissement p nombre de paire de p les f fr quence de l alimentation 1 5 3 D fauts de barres rotoriques Une barre cass e signifie que le courant circulant dans celle ci est nul et le courant qui cerculait travers cette barre se repartit sur les autres barres adjacentes Ces derniers seront surcharg es ce qui provoquera leurs ruptures et parfois un arr t total de la machine Les ph nom nes qui peuvent accompagn s la rupture de barres dans une cage rotorique sont a Contraintes thermiques dues aux surcharges thermiques points chauds pertes excessives et ou tincelles b Contraintes magn tiques dues aux forces lectromagn tiques traction magn tique d s quilibr e bruit et ou vibrations lectromagn tiques c

Détection et diagnostic des défauts des moteurs asynchrones

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