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courants de palier

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ABB drives
Guide technique No. 5
Les courants de palier dans les
systèmes d’entraînement c.a.
à vitesse variable
2 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Guide technique No. 5
Les courants de palier dans les systèmes
d’entraînement c.a. à vitesse variable
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caractéristiques sont susceptibles de modification sansréavis.
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Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 3
4 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Table des matières
Chapitre 1 - Introduction ...........................................................................7
Généralités .........................................................................................7
Eviter les courants de palier ...............................................................7
Chapitre 2 - Origine des courants de palier ...............................................8
Les impulsions de courant HF ............................................................8
Commutation très rapide ...................................................................9
Comment se forment les courants de palier HF? ..................................9
Courant de circulation ...................................................................9
Courant à la terre de l’arbre ...........................................................9
Courant de décharge capacitif ......................................................10
Circuit de mode commun ..................................................................10
Capacités de fuite ...........................................................................11
Quel itinéraire emprunte le courant dans le système? .........................12
Chutes de tension ............................................................................12
Transformateur de mode commun .....................................................14
Diviseur de tension capacitif ..............................................................15
Chapitre 3 - Prévenir les avaries liées aux courants de palier HF ...........17
Trois solutions ..................................................................................17
Câbles moteur multiconducteurs ..................................................17
Itinéraire court et de faible impédance ..........................................18
Liaisons d’équipotentialité HF ......................................................19
Respecter les consignes du fabricant du produit ...............................19
Autres solutions ..........................................................................19
Mesurer les courants de palier HF .....................................................20
Une affaire de spécialistes ................................................................21
Chapitre 4 - Bibliographie ........................................................................22
Chapitre 5 - Index ....................................................................................23
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6 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Chapitre 1 - Introduction
Généralités
Il arrive que quelques mois seulement après la mise en route d’un
entraînement de puissance à vitesse variable, les roulements du
moteur doivent être remplacés. La dégradation prématurée de
ces roulements peut être le fait de courants de palier, courants
parasites qui circulent dans les roulements.
Les courants de palier ont toujours existé dans les moteurs électriques mais, depuis quelques années, ils sont à l’origine d’un
plus grand nombre d’avaries. Les variateurs électroniques de
vitesse modernes, avec leurs impulsions de tension très rapides
et leurs fréquences de commutation élevées, peuvent provoquer
la circulation d’impulsions de courant haute fréquence dans les
roulements qui graduellement détériorent les pistes de roulement.
Eviter les courants de palier
Pour prévenir cette dégradation, il faut soigner la mise à la
terre de l’équipement et permettre aux courants de circulation
de reboucler vers le châssis du variateur sans passer par les
roulements. L’amplitude de ces courants peut être réduite en
utilisant des câbles moteurs à conducteurs symétriques ou en
filtrant la sortie du variateur. Par ailleurs, en isolant les roulements du moteur, on interrompt le parcours emprunté par les
courants de palier.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 7
Chapitre 2 - Origine des courants de palier
Les impulsions de courant HF
Les courants de palier présentent plusieurs formes. Alors que les
nouvelles règles pratiques de conception et de fabrication des
moteurs permettent quasiment de s’affranchir des courants de
palier basse fréquence (BF) induits par l’asymétrie des moteurs,
la commutation rapide des composants de puissance des nouvelles générations de variateurs à courant alternatif (c.a.) peut
générer la circulation d’impulsions de courant HF à travers les
roulements. Si l’énergie de ces impulsions est suffisamment
élevée, il y a transfert de métal entre les billes et les pistes de
roulement dans le lubrifiant, phénomène appelé “piquage”.
L’incidence d’une seule impulsion est négligeable ; cependant,
une piqûre microscopique constitue un défaut de continuité qui
est lui-même générateur d’impulsions qui seront à l’origine d’un
piquage sur toute la circonférence de la piste de roulement. La
fréquence de commutation des variateurs c.a. modernes est
très élevée et les nombreuses impulsions peuvent provoquer
une dégradation rapide des pistes de roulement et donc la détérioration des roulements.
Les problèmes liés aux courants de palier HF sont étudiés par
ABB depuis 1987. L’importance de la conception des systèmes
d’entraînement a été mise en évidence seulement récemment.
Chacun des éléments constitutifs de l’entraînement (moteur,
réducteur et variateur) est un produit fiable de haute technicité
avec un MTBF (moyenne des temps de bon fonctionnement)
élevé. Mais lorsqu’ils sont associés pour former un ensemble,
il est indispensable de respecter certaines règles d’installation.
Figure 1: les courants de palier provoquent le piquage des pistes de
roulement.
8 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Origine des courants de palier
Commutation très rapide
Les convertisseurs de fréquence actuels à transistors de puissance IGBT présentent des commutations 20 fois plus rapides
qu’il y a une décennie. Depuis quelques années, on assiste à
une augmentation de la dégradation des roulements liée au
phénomène de piquage, dans un délai assez court après la mise
en route des entraînements c.a. (1 à 6 mois). La gravité des
dommages varie en fonction de la configuration de l’ensemble
et des méthodes d’installation.
Comment se forment les courants de palier HF?
Les courants de palier trouvent leur origine dans la tension induite dans les roulements. Dans le cas des courants de palier
HF, cette tension peut être générée de trois manières différentes.
Les principaux facteurs d’influence sont la taille du moteur et
le mode de mise à la terre de sa carcasse et de son arbre.
L’installation électrique, à savoir le choix du type de câble et le
mode de raccordement des conducteurs de protection et du
blindage électrique, est primordiale. Le du/dt des composants
de puissance du variateur c.a. et le niveau de tension du bus
c.c. affectent le niveau des courants de palier.
Courant de circulation
Dans les gros moteurs, une tension HF est induite entre les
extrémités de l’arbre moteur par le flux HF circulant autour du
stator. Ce flux est le fait d’une distribution asymétrique du courant
capacitif de fuite entre le bobinage et la carcasse du stator. La
tension entre les extrémités de l’arbre affecte les roulements. Si
elle est suffisamment élevée pour vaincre l’impédance du film
d’huile dans les roulements, un courant qui tente de compenser
ce flux dans le stator se met à circuler dans la boucle formée par
l’arbre, les roulements et la carcasse du stator. Ce type courant
de palier HF est appelé “courant de circulation”.
Courant à la terre de l’arbre
Ce courant qui s’écoule dans le stator doit retourner à sa source,
à savoir le variateur. Tout itinéraire qu’il emprunte présente une
impédance et, donc, la tension sur la carcasse moteur augmente
par rapport au niveau de la terre de la source. Si l’arbre moteur
est mis à la terre via la machine entraînée, cette augmentation
de la tension moteur est observée sur les roulements. Si la tension augmente suffisamment pour vaincre l’impédance du film
d’huile du roulement côté accouplement, une partie du courant
peut retourner au variateur via le roulement côté accouplement,
l’arbre et la machine entraînée. Ce courant de palier HF est
appelé “courant à la terre de l’arbre”.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 9
Origine des courants de palier
Courant de décharge capacitif
Dans les petits moteurs, la composante de tension interne de
la tension de mode commun sur les capacités de fuite internes
du moteur peut générer des tensions d’arbre suffisamment
élevées pour créer des impulsions de courant de palier HF. Ce
phénomène survient si l’arbre moteur n’est pas mis à la terre
via la machine entraînée, alors que la carcasse moteur est mise
à la terre selon le mode de protection normal.
Circuit de mode commun
Les courants de palier HF sont liés à l’existence d’un circuit de
mode commun du système d’entraînement c.a.
Vcommun
En fonctionnement normal, une alimentation triphasée type délivre une tension sinusoïdale équilibrée et symétrique, c’est-à-dire
que la somme vectorielle des trois phases est toujours égale à
zéro. Il est donc normal que le neutre soit à un potentiel de 0
V. Toutefois, ce n’est pas le cas avec un variateur triphasé MLI
(modulation de largeur d’impulsions) dans lequel une tension
c.c. est convertie en tensions triphasées. Même si les composantes de la fréquence fondamentale des tensions de sortie sont
symétriques et équilibrées, il est impossible d’arriver à chaque
instant à un équilibre parfait entre les phases avec deux niveaux
de sortie possibles. La tension du point neutre n’est pas nulle
et peut être définie comme une source de tension de mode
commun. Elle peut être mesurée au point zéro de toute charge,
par ex., le point étoile du bobinage moteur.
Temps [s]
Figure 2: forme des tensions de phase d’un variateur MLI triphasé
typique et tension moyenne des trois phases (ou tension du point neutre)
dans un système d’entraînement c.a. moderne. On voit clairement que
la tension du neutre n’est pas nulle et elle peut être définie comme une
source de tension de mode commun. Cette tension est proportionnelle
à la tension du bus c.c. et sa fréquence est égale à la fréquence de
commutation du variateur.
10 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Origine des courants de palier
Courant de mode commun
Chaque fois qu’une des trois tensions de sortie du variateur
varie, un courant proportionnel à cette variation s’écoule à la
terre via les capacités de fuite de tous les composants du circuit
de sortie. Le courant revient à la source via le conducteur de
terre et les capacités de fuite du variateur, qui sont extérieures
au système triphasé. Ce type de courant qui circule dans le
système en boucle fermée à l`extérieur du système est appelé
“courant de mode commun”.
Temps
Figure 3: exemple de courant de mode commun sur la sortie du
variateur. L’impulsion est une superposition de plusieurs fréquences
du fait des fréquences naturelles différentes des parcours parallèles
empruntés par le courant de mode commun.
Capacités de fuite
Dès lors que deux éléments conducteurs sont séparés par un
isolant, il y a un effet capacitif. Ainsi, par exemple, le conducteur
de phase d’un câble a une capacité par rapport au conducteur
PE dont il est séparé par un isolant au PVC ; de même, une spire
d’enroulement moteur est isolée de la carcasse par un vernis et
un isolant d’encoche, de sorte qu’elle a une capacité par rapport
à la carcasse du moteur. Les valeurs de capacité au sein d’un
câble et, plus particulièrement, à l’intérieur du moteur, sont très
faibles. Une faible capacité signifie une impédance élevée aux
basses fréquences, ce qui bloque les courants de circulation
BF. Il en va autrement pour les hautes fréquences auxquelles
travaillent les variateurs. En effet, aux très hautes fréquences,
même les faibles capacités à l’intérieur du moteur constituent
un chemin de faible impédance pour la circulation des courants.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 11
Origine des courants de palier
Figure 4: boucle simplifiée du courant de mode commun d’un variateur
MLI et d’un moteur asynchrone. Le variateur joue le rôle de source de
tension de mode commun (Vcm). Le courant de mode commun (MC)
s’écoule par les inductances de mode commun du câble et du moteur
L c L m et à travers les capacités de fuite entre les enroulements moteur
et la carcasse moteur, qui donnent ensemble Cm. De la carcasse moteur,
le courant passe dans le réseau de terre usine d’inductance Lg. L g reçoit
également un courant de MC de la capacité de fuite Cc du câble. Le
châssis du variateur est raccordé au réseau de terre usine et couple les
courants de terre du courant de MC via les capacités de fuite Cin entre le
variateur et la carcasse, à la source de tension de mode commun.
Quel itinéraire emprunte le courant dans le système?
Pour retourner de la carcasse moteur au châssis du variateur, le
courant de fuite passe par la carcasse moteur, le blindage des
câbles ou les conducteurs PE et, éventuellement, les structures
en acier ou en aluminium du bâtiment de l’usine. Tous ces éléments ont leur inductance. La circulation du courant de MC par
cette inductance provoque une chute de tension qui augmente
le potentiel de la carcasse moteur par rapport au potentiel de
terre de la source au niveau du châssis du variateur. Cette tension de la carcasse moteur est une partie de la tension de MC
du variateur. Le courant de MC cherche à emprunter l’itinéraire
de plus faible impédance. Si une impédance élevée est rencontrée le long du parcours choisi (ex., le raccordement PE de la
carcasse moteur), la tension de la carcasse moteur fera dévier
une partie du courant de MC vers un parcours différent, par le
bâtiment. Dans les installations existantes, un certain nombre de
circuits parallèles existent. La plupart ont un impact négligeable
sur la valeur du courant de MC ou les courants de palier, mais
peuvent avoir un impact significatif en termes de compatibilité
électromagnétique (CEM).
Chutes de tension
Si la valeur de cette inductance est suffisamment élevée, la
réactance dans la gamme supérieure des fréquences types de
12 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Origine des courants de palier
courant de MC, entre 50 kHz et 1 MHz, peut supporter des
chutes de tension supérieures à 100 volts entre la carcasse moteur et le châssis du variateur. Si, dans ce cas, l’arbre moteur est
accouplé mécaniquement à un réducteur ou une autre machine
entraînée qui est directement mise à la terre et quasiment au
même potentiel de terre que le châssis du variateur, il se peut
qu’une partie du courant de MC du variateur se reboucle via les
roulements du moteur, l’arbre moteur et la machine entraînée.
VARIATEUR
MOTEUR
CABLE MOTEUR
REDUCTEUR
CHARGE
Impulsion
de tension
de MC
Courant HF
de mode commun
Tension HF
d'arbre
Courant HF
de circulation
Courant PE
Tension HF
de carcasse
Courant à la terre
de l'arbre
Figure 5: schéma de principe du courant de circulation et du courant à la
terre de l’arbre, ce dernier résultant d’une tension élevée sur la carcasse
moteur avec une mise à la terre supérieure côté machine.
Si l’arbre de la machine n’est pas en liaison directe avec le sol,
le courant peut transiter par les roulements du réducteur ou de
la machine qui peuvent être endommagés avant les roulements
du moteur.
i+Δ i
Δi
D
N
i-Δ i
Δi
Figure 6: Source du courant HF de circulation. L’écoulement des
courants à travers les capacités du stator réparties donne une somme
des courants non nulle sur la circonférence du stator. Ceci entraîne un
phénomène magnétique qui induit un flux autour de l’arbre moteur.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 13
Origine des courants de palier
Transformateur de mode commun
La majeure partie de la capacité de fuite du moteur se forme
entre les enroulements statoriques et la carcasse moteur. Cette
capacité est répartie sur la circonférence et la longueur du stator.
Comme le courant s’écoule dans le stator le long de la bobine,
la composante HF du courant en entrée de la bobine statorique
est supérieure au courant en sortie.
Ce courant propre produit un flux magnétique HF qui circulera
dans les tôles stator, induisant une tension axiale aux extrémités
de l’arbre. Si la tension devient suffisamment élevée, un courant
HF de circulation peut s’écouler dans le moteur via l’arbre et
les deux roulements. Dans ce cas, le moteur s’apparente à un
transformateur, où le courant de MC circulant dans la carcasse
moteur joue le rôle de primaire et induit le courant de circulation
dans le circuit rotorique ou secondaire. Ce courant de palier est
probablement le plus préjudiciable avec des valeurs crêtes types
entre 3 et 20 ampères, selon la puissance nominale du moteur,
le du/dt des composants de puissance du variateur c.a. et le
niveau de tension du bus c.c.
Figure 7: la tension HF d’arbre axiale peut être considérée comme
la résultante d’un effet transformateur, dans lequel le courant de MC
circulant dans les tôles stator joue le rôle de primaire et induit un
courant de circulation dans le circuit rotorique ou secondaire.
Un autre type de courant de circulation survient lorsque le courant, au lieu de circuler complètement à l’intérieur du moteur,
circule via l’arbre et les roulements du réducteur ou de la machine entraînée et dans une structure qui est à la fois externe et
commune au moteur et à la machine entraînée. L’origine de ce
courant est la même que celle du courant circulant à l’intérieur
du moteur. La figure 8 illustre un exemple de ce type de courant
“vagabond”.
14 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Origine des courants de palier
Accouplement
Pompe
Structure acier
Figure 8: exemple de courant “vagabond” où la boucle de courant est
externe au moteur.
Diviseur de tension capacitif
D’autres capacités de fuite sont également présentes dans le
moteur, comme la capacité entre les enroulements statoriques
et le rotor, ou celle présente dans l’entrefer du moteur entre le
stator et le rotor. Les roulements eux-mêmes peuvent présenter
une capacité de fuite.
La présence d’une capacité entre les enroulements statoriques
et le rotor couple effectivement les enroulements du stator au
rotor, qui est également relié à l’arbre et à la bague intérieure
des roulements. Des variations brusques du courant de MC du
variateur peuvent non seulement provoquer la circulation de
courants dans la capacité sur la circonférence et la longueur du
moteur, mais également entre les enroulements statoriques et
le rotor par les roulements.
Variateur
Câbles
Circuit moteur
Roulement
Rotor
Arbre
Figure 9: boucle de mode commun d’un entraînement à vitesse variable,
illustrant les capacités de fuite dans le stator, le rotor et le roulement.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 15
Origine des courants de palier
La circulation de courants dans les roulements peut varier
rapidement, car elle dépend de l’état physique de chaque
roulement à un moment donné. Par exemple, une capacité de
fuite dans le roulement n’est entretenue que tant que les billes
du roulement sont recouvertes d’huile ou de graisse et ne sont
pas conductrices. Cette capacité, où siège la tension d’arbre
induite, peut-être court-circuitée si la tension de palier franchit le
seuil de claquage ou si une bille perce le film d’huile et entre en
contact avec les deux pistes de roulement. A très petite vitesse,
les roulements présentent un contact métallique car les billes ne
sont pas sur un film d’huile.
En général, l’impédance de palier dicte le niveau de tension où
le roulement commence à être conducteur. Cette impédance
est une fonction non linéaire de la charge, de la température,
de la vitesse de rotation du roulement et du lubrifiant utilisé. Elle
varie au cas par cas.
16 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Chapitre 3 - Prévenir les avaries liées aux
courants de palier HF
Trois solutions
Il y a trois manières de maîtriser les courants de palier HF :
veiller à la qualité du câblage et de la mise à la terre, rompre
les boucles de courants de palier et amortir le courant de mode
commun HF. Chacune de ces solutions vise à ramener la tension
dans les paliers à des valeurs qui n’induisent aucune impulsion
de courant de palier HF ou à limiter la valeur de ces impulsions
à un niveau sans incidence sur la durée de vie des roulements.
Selon le type de courant de palier HF, on privilégiera une solution
plutôt qu’une autre.
La règle de base pour prévenir tous les types de courant HF est
une mise à la terre correcte. Les méthodes standard de mise à
la terre des équipements visent essentiellement à réaliser une
liaison d’impédance suffisamment faible pour protéger les personnes et les biens des défauts du réseau. Un entraînement à
vitesse variable peut être efficacement mis à la terre et protégé
des hautes fréquences du courant de MC si certaines règles
élémentaires d’installation sont respectées.
Câbles moteur multiconducteurs
Utiliser uniquement des câbles moteur à conducteurs symétriques. Le(s) conducteur(s) de terre (terre de protection, PE) du
câble moteur est (sont) disposé(s) de manière symétrique pour
éviter les courants de palier à la fréquence fondamentale. Cette
symétrie est obtenue avec un conducteur PE enveloppant tous
les conducteurs de phase ou avec un câble constitué de trois
conducteurs de phase et trois conducteurs de terre parfaitement
symétriques.
Blindage
Conducteur PE et blindage
Figure 10: type de câble moteur à conducteurs symétriques préconisé.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 17
Prévenir les avaries liées aux courants de palier HF
Itinéraire court et de faible impédance
Définir un itinéraire court et de faible impédance pour le retour
du courant de MC vers le variateur. Pour ce faire, la méthode
la plus efficace et la plus simple consiste à utiliser des câbles
moteur blindés. Le blindage doit être continu et en matériau
bon conducteur HF (cuivre ou aluminium), les raccordements
aux deux extrémités faits avec une reprise de masse sur 360°.
Les figures 11a et 11b illustrent les méthodes pratiques de
reprise de masse sur 360° en Europe et en Amérique du Nord.
Blindage câble
Borne PE
Collier serre-câble
Manchon CEM
Longueur à
dénuder
Plaque de fond
Traversée
Figure 11a: méthode efficace de reprise de masse sur 360° pratiquée
en Europe. Le blindage est raccordé en queue de cochon aussi courte
que possible à la borne PE. Pour un raccordement HF sur 360° entre le
manchon CEM et le blindage du câble, l’isolant externe du câble est retiré.
Câbles
de puissance (3)
Raccordement
bus PE
Fils de terre (3)
Traversée avec
mise à la terre
Plan surface
de montage
Controdado
Raccord de câble
Armure de câble
en aluminium avec
gaine en PVC
Figure 11b: méthode efficace de reprise de masse sur 360° pratiquée en
Amérique du Nord. Une traversée avec mise à la terre doit être utilisée
aux deux extrémités du câble moteur pour raccorder correctement les
conducteurs de terre à l’armure ou au conduit.
18 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Prévenir les avaries liées aux courants de palier HF
Liaisons d’équipotentialité HF
Ajouter des liaisons d’équipotentialité entre les équipements
et les points connus de référence à la terre, en utilisant des
tresses de fils de cuivre de 50 à 100 mm de largeur car les
conducteurs de section plate constituent un parcours de plus
faible inductance que les conducteurs de section ronde. Ces
liaisons d’équipotentialité doivent être réalisées là où une discontinuité est suspectée entre le potentiel de terre du variateur
et celui du moteur. Par ailleurs, il peut être nécessaire de réaliser
l’équipotentialité entre les carcasses du moteur et de la machine
entraînée pour court-circuiter la circulation de courants dans les
roulements du moteur et de la machine entraînée.
Figure 12: tresse de liaison d’équipotentialité HF.
Respecter les consignes du fabricant du produit
Même si les règles élémentaires d’installation sont les mêmes,
certains fabricants peuvent définir des règles spécifiques pour
leurs produits. Par conséquent, il est impératif de respecter les
consignes d’installation indiquées dans les manuels spécifiques
du produit.
Autres solutions
L’interruption des boucles de courant de palier se fait dans le
moteur en isolant le ou les roulements. L’amortissement du courant de mode commun HF côté variateur peut être réalisé avec
des filtres spéciaux. En tant que constructeur de variateurs et
de moteurs, ABB peut proposer la solution la mieux adaptée à
chaque cas et fournir des instructions optimales pour la mise à
la terre et le câblage.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 19
Prévenir les avaries liées aux courants de palier HF
Mesurer les courants de palier HF
Le suivi de l’état des roulements doit être réalisé par une méthode
de surveillance vibratoire éprouvée.
Il est impossible de mesurer directement les courants de palier
dans un moteur standard. Mais si vous suspectez la présence de
courants de palier HF, des mesures peuvent être faites sur site pour
contrôler l’existence de boucles de courant. Les instruments de
mesure doivent avoir une bande passante importante (minimum
10kHz à 2 MHz) et pouvoir détecter des valeurs crêtes d’au moins
150 à 200A et des valeurs efficaces aussi faibles que 10mA. Le
facteur de crête des signaux mesurés est rarement inférieur à 20.
Le courant peut circuler dans des endroits inhabituels, comme les
arbres en rotation. C’est la raison pour laquelle un matériel spécial
et un personnel expérimenté sont indispensables.
Pour mesurer les courants de palier, ABB utilise un capteur de
courant de type Rogowski, flexible, sans fer, de conception
spéciale avec des accessoires spécifiques. L’expérience d’ABB
inclut des mesures sur plus d’un millier d’entraînements à vitesse variable dans le monde entier et dans des applications
très différentes.
Les points de mesure les plus importants se situent côté moteur.
Pendant les mesures, le moteur doit tourner au minimum à 10%
de sa vitesse nominale pour que les billes des roulements soient
sur le film d’huile. La figure 13 illustre les mesures de base. La
figure 14 illustre des formes d’onde de courant mesurées. Les
variateurs à composants GTO furent principalement utilisés dans
les années 1980 et sont aujourd’hui remplacés par des variateurs
à IGBT. Vous noterez les facteurs d’échelle différents.
Figure 13: mesures de base: A) courant de circulation mesuré avec une
bretelle, B) courant à la terre de l’arbre.
20 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Prévenir les avaries liées aux courants de palier HF
A) Courant de circulation
Variateur á GTO, 5 micro s/div,
2A/div
Variateur á IGBT, 5 micro s/div,
2A/div
B) Courant à la terre de l´arbre
Variateur á GTO, 2 micro s/div,
10A/div
Variateur á IGBT, 5 micro s/div,
500mA/div
Figure 14: exemples de formes d’onde du courant aux points de
mesure illustrés à la figure 13.
Une affaire de spécialistes
Aucun matériel de mesure spécifique n’étant disponible dans le
commerce et les mesures ainsi que l’interprétation des résultats exigeant une certaine expérience, nous conseillons de faire
appel uniquement à des spécialistes pour mesurer les courants
de palier.
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 21
Chapitre 4 – Bibliographie
1. Grounding and Cabling of the Drive System,
ABB Industry Oy, 3AFY 61201998 R0125
2. A New Reason for Bearing Current Damage in Variable
Speed AC Drives
by J. Ollila, T. Hammar, J. Iisakkala, H. Tuusa. EPE 97, 7th
European Conference on Power Electronics and Applications, 8-10 September 1997. Trondheim, Norway.
3. On the Bearing Currents in Medium Power Variable
Speed AC Drives
by J. Ollila, T. Hammar, J. Iisakkala, H. Tuusa. proceedings
of the IEEE IEDMC in Milwaukee, May 1997.
4. Minimizing Electrical Bearing Currents in Adjustable
Speed Drive Systems
by Patrick Link. IEEE IAS Pulp & Paper Conference
Portland, ME, USA. June 1998.
5. Instruction on Measuring Bearing Currents with a
Rogowski Coil, ABB Industry Oy, 3BFA 61363602.EN.
6. Laakerivirta ja sen minimoiminen säädettyjen vaihtovirtakäyttöjen moottoreissa,
I. Erkkilä, Automaatio 1999, 16.9.1999, Helsinki, Finland.
(In Finnish).
7. High Frequency Bearing Currents in Low Voltage
Asyncronous Motors,
ABB Motors Oy and ABB Industry Oy, 00018323.doc.
8. Bearing Currents in AC Drives
by ABB Industry Oy and ABB Motors Oy. Set of overheads
in LN database “Document Directory Intranet” on ABB_
FI01_SPK08/FI01/ABB
9. Le guide moteur
FR 98-12.
Cf. également les manuels d’installation des produits.
22 Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable
Chapitre 5 – Index
A
ABB 19, 20
alimentation par variateur 11
alimentation triphasée 9, 10
arbre 9, 14, 15
arbre moteur 7, 9, 12
armure18
B
bille 16
blindage 18
blindage du câble 18
blindage électrique 9
boucle de mode commun 11, 15
boucles de courants de palier 17,
19
C
câble 17
câble de mode commun 12
câble moteur 17, 18
câbles moteur à conducteurs
symétriques 7, 17
capacité de fuite 9, 10, 12, 13,
15, 16
capacité du câble 14
capteur de courant de type
Rogowski 22
carcasse 19
carcasse moteur 11, 12, 14, 15
carcasse stator 9, 13, 16
châssis du variateur 7, 12
chute de tension 12
circuit de mode commun 9
circuit rotorique 14
conducteurs de section plate 19
conduit 18
couplage métallique 12
courant de circulation 14
courant de circulation HF 14
courant de mode commun 10, 11,
12, 13, 16, 15, 17, 18, 19
courant de palier HF 8, 9
courants de fuite 7
courants de palier 7, 8, 9, 16, 17,
20, 21
courants de palier BF 8
E
enroulement 9, 10, 11, 12, 13, 15
enroulements moteur 12
enroulements statoriques 13, 15
entraînement à vitesse variable 7,
15, 17
extrémités d’arbre 14
F
facteur de crête 20
film d’huile 9, 20
filtrage en sortie du variateur 7
filtres spéciaux 19
flux HF 9
flux magnétique 14
fréquence de commutation du
variateur 10
fréquences de commutation
élevées 7
I
impulsions de courant 7
impulsions de tension 7
L
liaisons d’équipotentialité 19
M
machine entraînée 9, 12, 16, 19
mesures sur site 20
MLI 9, 11
moteur 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15,
17, 19, 20
moteurs électriques 7
moyenne des temps de bon
fonctionnement (MTBF) 8
P
parcours empruntés par les
courants de palier 7
piquage 8
piquage des pistes de roulement 8
piste de roulement 7
pistes de roulement 8, 16
prévenir les avaries liées aux
courants de palier HF 17
primaire 16
R
réducteur 8, 12, 14
répartition de tension interne 9
reprise de masse sur 360° 18
rotor 17
roulements 7, 8, 9, 14, 15, 16
roulements du moteur 7
S
secondaire 16
stator 9, 13, 15
T
tension axiale 16
tension d’arbre axiale 16, 17
tension d’arbre induite 16
tension de mode commun 9, 10,
12
tension de palier 16
tension de palier HF 9
tension du bus c.c. 10
tension du point neutre 10
tensions d’arbre 9
tôles stator 16
transformateur 16
transistors bipolaires à grille isolée
(IGBT) 8
tresses 19
V
variateur 8
variateur 9, 10, 11, 12, 15, 18, 19
variateur c.a. 8, 9, 10
variateurs à GTO 20
variateurs à IGBT 20
Guide technique No. 5 | Les courants de palier dans les entraînements c.a. à vitesse variable 23
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