Projet MIARC - FoRS Technique HENALLUX

CRISIA
Centre de Recherche de l’Institut Supérieur Industriel d’Arlon
Etude et détection des courants de fuite
haute fréquence sur les moteurs électriques
Chercheur ING. Steve Bartholomé
Projet
MIARC
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Plan de la présentation
1. Contexte de la recherche
2. Les courants d’arbre
3. Une maintenance intelligente
4. Conclusion
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1. Contexte de la recherche
Frosting
Flutting
Augmentation des dégradations des roulements ces dernières années
Utilisation de variateurs de vitesses électroniques
courants parasites dans les roulements
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1. Contexte de la recherche
Objectifs de la recherche
 Approfondir les connaissances sur les courants
d’arbre
Mesures, compréhension, modélisation, quantification,…
 Permettre une maintenance préventive sur les
moteurs à l’aide d’un appareil de suivi des
machines
Stratégie, spécificités techniques, cahier des charges de l’appareil
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2. Les courants d’arbre
Les origines des courants d’arbre
Différentes origines:
 Dissymétries dans le flux magnétique de la
machine
 Phénomènes électrostatiques
 Phénomènes hautes fréquences
(à cause des variateurs de vitesses)
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2. Les courants d’arbre
Les variateurs de vitesses
Tension de mode
commun
Fm1
Vmc
Fm2
t
Fm3
t
t
E/2
E/6
-E/6
t
-E/2
Vmc={Vvg + Vwg +Vug}/3
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2. Les courants d’arbre
Phénomènes hautes fréquences
L’utilisation de l’électronique de puissance s’accroît dans les VFD
Hier : actionneurs, onduleur à transistor : du/dt qqs kHz
Aujourd’hui : Onduleur à IGBT: du/dt 500kHz 2MHz
Génération de bord DC : redresseur MLI
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2. Les courants d’arbre
Phénomènes hautes fréquences
Comportement en hautes fréquences
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2. Les courants d’arbre
Courant de mode commun
Couplages capacitifs parasites (= chemins de propagations
des perturbations de MC)
Nécessité de caractériser tous les couplages parasites de mode commun
dans le système
Cblindage
Semi-conducteurs
Capacité parasite
Isolant
0
Ecran
électrostatique
enterré
Effets capacitifs dans l’IPM
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Cphase
Cblindage
Blingage
Phase
Effets diélectriques et
inductifs dans le câble
Capacités réparties dans les
encoches, rotor/stator, interenroulements
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2. Les courants d’arbre
Phénomènes hautes fréquences
Les effets
Rayonnement
des boucles
Dégradation des
roulements, des
isolants, …
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2. Les courants d’arbre
Natures d’un courant d’arbre
Différentes natures
Courant de circulation
Courant de décharge capacitive (EDM)
B) Courant induit
Courant à la terre de l’arbre
A) Décharges
capacitives
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2. Les courants d’arbre
A) Décharges capacitives
Visualisation Oscilloscope:
tension d’arbre
Phénomène
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2. Les courants d’arbre
A) Décharges capacitives
Modélisation
Dépendance
Vb >
Vth
Vth ≈ rigidité électrique
• paramètres d’exécution (vitesse, charge,…)
• lubrifiant (propriétés chimiques, viscosité, impuretés,
courant traversant,…)
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2. Les courants d’arbre
B) Courant induit
Visualisation oscilloscope:
tension d’arbre
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2. Les courants d’arbre
B) Courant induit
Modélisation
Dépendance
≈Icom . (Lb,fe + Rb,fe + Lb, air )
• du/ dt  variateur
•Cwf , Lb,fe + Rb,fe + Lb, air 
géométrie du moteur
Effet tunnel
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2. Les courants d’arbre
Solutions pour pallier aux courants d’arbre
Pour les courants BF ou HF, des solutions pour pallier
aux courants d’arbre existent.
Ces solutions sont différentes en fonction de la
nature et de l’origine du courant d’arbre.
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2. Les courants d’arbre
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3. Une maintenance intelligente
Les différentes maintenances
• Palliative (Réparation à court terme, solution de secours)
Corrective • Curative (Réparation à long terme, stockage de pièces de rechange)
• Systématique (Planification des tâches à exécuter)
Outils: Analyse des modes de défaillance, cahier des charges
• Conditionnelle (Prévision des tâches en fonction de mesures, contrôles révélateurs
de l'état de dégradation de l'équipement)
Outils: Mesures vibratoires, thermographie, analyse d’huile,…
Préventive
• Prévisionnelle (Prévision des tâches en fonction de l’évolution des relevés)
Outils: GMAO, Analyse AMDEC,…
• Management proactive (Empêcher la réapparition des défaillances par
l’amélioration continue)
Outils: Kaisen, 5S, Lean management, Six-sigma
Proactive
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• Proactive-adaptative ??? (Faire évoluer une application lorsque son environnement
change)
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3. Une maintenance intelligente
Mode opératoire
Analyse du système
 Caractéristiques du moteur, caractéristiques du variateur, paramètres du
câblage,…
 Etablir le ou les seuils d’alerte
Module de surveillance
 Suivi continu des roulements
 Changer de vitesses moteurs en fonctions des résultats
 Implémenter une solution si aucun changement de seuils
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3. Une maintenance intelligente
Le module de surveillance
Tension d’arbre
Courant d’arbre
Approche
temporelle
120
Spectre de Vmc (dBµV)
110
100
90
80
Approche
fréquentielle
70
60
50
40
30
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20 1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
Fréquence ( Hz)
6
10
7
10
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4. Conclusion
 Analyse, mesures, modélisation des courants d’arbre
responsables de nombreuses défaillances moteurs
 Détermination d’une méthodologie pour notre module
qui peut visualiser l’augmentation des courants d’arbre
et donc prédire une défaillance
 Conception du module électronique (capteur,
transmission, communication,…)
 Stratégie de maintenance proactive-adaptative en
fonction de la vitesse du moteur
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