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 2 Plan de la présentation 1. Contexte de la recherche 2. Les courants d’arbre 3. Une maintenance intelligente 4. Conclusion 07/10/2014 Projet MIARC 3 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 07/10/2014 Projet MIARC 4 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 07/10/2014 Projet MIARC 5 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) 07/10/2014 Projet MIARC 6 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 07/10/2014 Projet MIARC 7 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 07/10/2014 Projet MIARC 8 2. Les courants d’arbre Phénomènes hautes fréquences Comportement en hautes fréquences 07/10/2014 Projet MIARC 9 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 07/10/2014 Cphase Cblindage Blingage Phase Effets diélectriques et inductifs dans le câble Capacités réparties dans les encoches, rotor/stator, interenroulements 10 2. Les courants d’arbre Phénomènes hautes fréquences Les effets Rayonnement des boucles Dégradation des roulements, des isolants, … 07/10/2014 Projet MIARC 11 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 07/10/2014 Projet MIARC 12 2. Les courants d’arbre A) Décharges capacitives Visualisation Oscilloscope: tension d’arbre Phénomène 07/10/2014 Projet MIARC 13 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,…) 07/10/2014 Projet MIARC 14 2. Les courants d’arbre B) Courant induit Visualisation oscilloscope: tension d’arbre 07/10/2014 Projet MIARC 15 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 07/10/2014 Projet MIARC 16 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. 07/10/2014 Projet MIARC 17 2. Les courants d’arbre Projet MIARC 18 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 07/10/2014 • Proactive-adaptative ??? (Faire évoluer une application lorsque son environnement change) Projet MIARC 19 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 07/10/2014 Projet MIARC 20 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 07/10/2014 20 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 Fréquence ( Hz) 6 10 7 10 21 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 07/10/2014 Projet MIARC