dépannage sur place d`un moteur à courant continu

DÉPANNAGE SUR PLACE D’UN MOTEUR
À COURANT CONTINU
Par Preben Christiansen,
EASA Ingénieur Conseil (retraité)
Il s'avère parfois difficile d’effectuer un dépannage de
moteurs à courant continu sur place, car on ne dispose
généralement pas d’un matériel d’essai approprié.
Toutefois, il est possible de procéder à un dépannage sur
les lieux qui peut se révéler efficace à condition de bien
comprendre le fonctionnement et la structure d’un moteur
CC. Lorsque c’est le cas, on peut utiliser seulement un
équipement de vérification de base.
Cet article porte sur les procédés qui aident à déceler, à
l’usine du client, la source de plusieurs problèmes
fréquents relatifs aux moteurs CC. Il décrit aussi des
méthodes qui contribuent à trouver la cause des problèmes
de commande courants qui pourraient affecter le
fonctionnement d’un moteur.
ATTENTION
Les procédés décrits dans cet article impliquent la
manipulation de certaines pièces de moteurs ainsi
que de commandes. À titre de précaution, il faut
TOUJOURS :
Couper l’alimentation avant de toucher une
pièce d’équipement électrique.
Verrouiller et étiqueter tous les circuits
électriques.
Tester la tension avant de toucher à une
pièce du système.
Ces règles de sécurité de base doivent être
observées au moment d’effectuer n’importe quel
des procédés décrits dans cet article.
L’équipement de base nécessaire pour faire du
dépannage de moteurs CC sur place doit comprendre :
• Mégohmmètre
• Voltmètre CA
• Pince ampère métrique à CC
• Ohmmètre
• Voltmètre CC
• Tachymètre
• Une paire de câbles de démarrage avec pinces de
type alligator. (2 po de longueur, 50 ampères.)
À l’arrivée sur les lieux de travail, déterminer d’abord si
le moteur défectueux :
1. Avait fonctionné convenablement pendant un
certain temps avant de faire défaut; ou
2. A été récemment installé.
LES MOTEURS AYANT DÉJÀ FONCTIONNÉ
SANS PRÉSENTER DE PROBLÈME
Nous aborderons le sujet par les problèmes courants et
leurs procédés de dépannage sur des moteurs qui
fonctionnaient bien. Les problèmes relatifs à une
installation incorrecte ou à une mauvais branchement
peuvent être écartés dès le départ.
Avant de procéder, noter toutes les données écrites sur
des étiquettes ou des plaques signalétiques du moteur
défectueux, notamment celles qui concernent la tension, le
courant et le nombre de tours par minute. (Plus tard, il
faudra comparer ces informations aux résultats des tests.)
Quelques méthodes de dépannage décrites dans cet
article commandent d’alimenter le moteur défectueux. En
raison d’un danger potentiel, ne pas mettre le moteur en
circuit avant d’avoir pris certaines précautions :
1. Vérifier si le moteur présente des défectuosités
évidentes susceptibles d’empêcher une vérification
sécuritaire : bobinages endommagés, connexions
desserrées, pièces manquantes ou brisées, brosses ou
supports de brosses défectueux, etc.
2. Utiliser un mégohmmètre pour mesurer la résistance de
l’isolation de tous les bobinages et consigner par écrit
toutes les lectures. Si ces dernières indiquent un
bobinage relié à la terre, effectuer une réparation avant
d’alimenter le moteur.
Le non-respect de ces mesures de précaution peut
entraîner un endommagement encore plus sérieux du
moteur, en plus de présenter un risque de blessure pour le
réparateur.
PROBLÈME : LE MOTEUR NE DÉMARRE PAS
Si le moteur ne démarre pas, vérifier en premier si
l'alimentation est adéquate à l’unité de commande.
Si l’alimentation s’avère appropriée à la boite de
commande et que le moteur ne démarre pas lorsqu’on
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TN 18-1
Dépannage sur place d’un moteur CC
active l’interrupteur, le problème provient probablement
d’un circuit ouvert quelque part dans le circuit d’induction.
Ce circuit inclut le bobinage de l’induit, les champs (en
séries et pôles de commutation si le système en comporte),
les bornes du moteur et certaines parties du circuit de
commande du moteur.
Pour déterminer si le problème relève du moteur
lui-même ou du circuit de commande, appuyer sur le
bouton de démarrage et mesurer la tension aux bornes et
celle de l’induit et du champ dérivé et ce, à l’aide d’un
voltmètre CC. Si la tension voulue est présente, le
problème réside dans le moteur. Une lecture de zéro ou
d’un chiffre très bas indique qu’il y a quelque chose
d’anormal dans le circuit de commande.
Problème dans le moteur
Lorsqu’on détermine que le problème provient du
moteur, examiner d’abord les brosses. S’assurer qu’elles
soient disposées correctement dans le collecteur et
qu’aucun fil de soit desserré. Le moteur ne démarre pas
lorsque le contact des brosses ou des bornes de brosses
se révèle faible. Remplacer les brosses trop courtes ou
endommagées.
Une fois les brosses bien en place, appuyer sur le
bouton de démarrage. Si le moteur ne fonctionne toujours
pas, débrancher la source d’alimentation du moteur. Pour
assurer la continuité, utiliser un ohmmètre afin de vérifier le
circuit de l’induit. Si l’ohmmètre indique une lecture à l’infini,
cela signifie que le circuit est ouvert et que le moteur ne
démarrera pas.
Une connexion ouverte dans le circuit de l’induit peut
être causée par :
1. Une bretelle brisée ou débranchée entre les
bobines.
2. Un circuit ouvert dans l’entre pôles ou dans
l’enroulement de bobine.
3. Des bobines d’induit ouvertes.
Problème dans le circuit de commande
Lorsqu’on a obtenu zéro ou très peu de tension aux
bornes du moteur au moment d’activer le bouton de
démarrage, on sait d’emblée que le circuit de commande
présente un problème. Ce circuit comprend le relais
thermique, les résistances de départ, les contacteurs, des
fusibles et l’alimentation principale qui relie le moteur à
l’unité de commande.
N’importe quelle coupure dans le circuit empêchera le
moteur de démarrer.
Il y a plusieurs points à vérifier quand on soupçonne un
problème dans le circuit de commande :
1. Relais de surcharge : S’assurer qu’il ne soit pas
déclenché.
2. Les résistances de départ : Vérifier la présence d’un
circuit ouvert.
3. Contacteurs : Vérifier qu’ils soient bien fermés.
4. Fusibles : S’assurer qu’ils ne soient pas brûlés.
5. Alimentation de départ : Vérifier la continuité.
Fiche technique no. 18
6. Connexions : S’assurer que chacune d’elles soit
bien fixée.
PROBLÈME : DÉCLENCHEMENT DU RELAIS DE
SURCHARGE OU FUSIBLES QUI SAUTENT AU
DÉMARRAGE DU MOTEUR
Déclencher le relais de surcharge ou sauter les
fusibles lorsqu’on démarre un moteur sont des
problèmes très courants associés à une défaillance de
moteur. Ces deux phénomènes se produisent lorsque le
courant s’avère trop élevé au démarrage et ce, pour
différentes raisons.
• Bobinages mis à la terre.
• Problèmes mécaniques du moteur ou des pièces
d’équipement menées par celui-ci.
• Bobinage d’induit court-circuité.
ATTENTION
Si le fusible principal est sauté, NE PAS mettre le
moteur en circuit avant d’avoir trouvé et corrigé la
cause de la panne.
• Bobinages défectueux.
• Courts-circuits prématurés dans les résistances de
démarrage.
On peut déceler une défaillance de mise à la terre des
bobinages à l’aide d’un mégohmmètre. Encore une fois,
les bobinages mis à la terre doivent être réparés avant
de réalimenter le moteur.
Des problèmes mécaniques tels des roulements usés
ou un pignon brisé pourraient provoquer le
déclenchement du relais de surcharge ou le grillage d’un
fusible lorsque le moteur démarre. Pour découvrir si ce
genre de problème provient du moteur lui-même ou d’une
pièce d'équipement menée, découpler le moteur et faire
tourner l’induit à la main. Si ce dernier tourne librement et
que le moteur démarre sans déclenchement du relais ni
grillage d’un fusible, le problème provient de l’équipement
et non du moteur.
On peut vérifier la présence de courts-circuits dans
l’induit lorsque le moteur est découplé. Après avoir retiré
toutes les brosses du collecteur, appliquer la capacité de
tension au champ et faire effectuer une rotation à la main
à l’induit. Un blocage partiel de l’induit en rotation indique
qu’une ou plusieurs bobines se trouvent court-circuitées.
S’il y a possibilité de faire fonctionner le moteur, on
peut également déceler les courts-circuits dans le
bobinage de l’induit en touchant les bobines de la main
après avoir fait tourner le moteur pour une courte durée.
Les bobines court-circuitées deviennent plus chaudes
que les autres, car elles développent une chaleur
excessive lorsque le moteur tourne.
Si aucun problème n’est trouvé dans le circuit
d’induction, la prochaine étape consiste à tester le
bobinage en vue de déceler certaines défectuosités,
telles que des courts-circuits et des circuits ouverts, qui
pourraient empêcher le champ d’arriver à sa pleine
puissance lorsque le moteur démarre. Dès le démarrage,
le champ doit offrir 100 % de sa puissance
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TN 18-2
Fiche technique no. 18
pour maintenir le courant de départ à un ampérage
raisonnable.
Les procédés pour déceler un court-circuit et un circuit
ouvert dans un bobinage sont les suivants :
1. Examiner les enroulements de champ pour trouver
des circuits ouverts et une certaine continuité en
mesurant, à l’aide d’un ohmmètre, la résistance des
bobines de champ. Comparer le résultat obtenu aux
données de la plaque signalétique. Une lecture bien
inférieure à celle des étiquettes indique des bobines
court-circuitées, tandis qu’une lecture à l’infini indique
qu’un circuit est ouvert dans la bobine.
(Nota : Ne pas présumer que le fait de mesurer la
tension des champs va toujours indiquer une continuité
de circuit. On peut mesurer la pleine tension aux
bornes, mais si le circuit du champ est ouvert, aucun
courant ne circule).
2. Dans le cas des moteurs bobinés au composé, tester
les courts-circuits entre le champ et les bobines en
série à l’aide d’un mégohmmètre.
Si le bobinage ne démontre aucun signe de
court-circuit et que les enroulements de champ présentent
une continuité, vérifier les résistances de démarrage qui se
trouvent branchées à l’induit. S’assurer qu’elles ne soient
pas sautées prématurément par les contacteurs lorsque le
moteur démarre.
PROBLÈME : LE MOTEUR TOURNE À UNE VITESSE
SUPÉRIEURE AU NOMBRE DE RÉVOLUTIONS
NOMINAL
Un moteur qui fonctionne de façon satisfaisante peut
soudainement commencer à tourner à plus haute ou plus
basse vitesse que le nombre de tours pour lequel il est
prévu. S’il tourne à une vitesse plus élevée à pleine charge,
le problème réside dans l’alimentation de tension ou dans
le bobinage du moteur. Afin de localiser le problème,
mesurer l’induit et les tensions des champs dans les
bornes du moteur. La vitesse du moteur augmentera si la
tension dans l’induit s’avère plus élevée que celle indiquée.
La vitesse peut aussi être élevée si la tension appliquée au
champ est plus basse que la valeur montrée sur la plaque
signalétique.
Si la tension appliquée concorde avec la capacité du
moteur et que le moteur tourne encore à un plus grand
nombre de tours que sa capacité, il y a une défectuosité
dans le bobinage. Le problème pourrait provenir des
bobines mises à la terre, court-circuitées ou encore d’un
circuit ouvert dans le champ des enroulements. N’importe
quelle de ces situations pourrait provoquer une
augmentation de vitesse.
Pour identifier le problème qui fait tourner le moteur à
plus haut régime, il est nécessaire de vérifier les points
suivants :
1.
Mise à la terre de tous les bobinages.
2.
Courts-circuits à l’intérieur de chaque champ et dans
les bobines.
3.
Court-circuit entre le shunt et le champ de série
(dans le cas d’un moteur bobiné au composé).
4.
Continuité dans le champ et les bobines (une grande
résistance indique un circuit ouvert).
5.
Bobine endommagée? Il faut la réparer.
Dépannage sur place d’un moteur CC
PROBLÈME : LE MOTEUR TOURNE À UNE VITESSE
INFÉRIEURE À CELLE INDIQUÉE
Si le moteur tourne à bien plus basse vitesse que sa
capacité, le problème se trouve probablement dans
l’alimentation de tension ou dans les connexions du circuit
de l’induit. Mesurer la tension de l’induit et la comparer à la
valeur indiquée sur la plaque. Une tension réduite de
l’induit fera diminuer la vitesse du moteur.
Si la tension appliquée à l’induit concorde avec la
capacité du moteur et que le moteur continue de tourner à
une vitesse inférieure à celle indiquée, le problème se
traduit par une grande résistance dans le circuit de l’induit.
Ce problème peut être décelé en vérifiant d’abord tous les
branchements du circuit de l’induit pour vérifier la présence
d’une haute résistance dans les bretelles, provoquée par
des connexions desserrées. Vérifier la présence de points
chauds et de décoloration de l’isolation autour des
connexions.
Ensuite, s’assurer que tous les contacteurs dans le
régulateur offrent un bon contact lorsqu’ils sont fermés. Les
contacteurs qui peuvent court-circuiter les résistances de
démarrage doivent être fermés pendant le fonctionnement.
Dans le cas contraire, ou s’il y a des bretelles à
résistance élevée n’importe où dans le circuit de l’induit, le
moteur tournera plus lentement que sa vitesse nominale.
Si la vitesse du moteur varie continuellement sous une
tension constante (ex. : l’induit ralentit, puis accélère, etc.),
le problème réside dans le bobinage de l’induit. Ce type de
défaillance indique des bobines court-circuitées. Pour
déceler ce problème, suivre la méthode décrite plus tôt
dans Problème : Déclenchement du relais de surcharge
ou fusibles qui sautent au démarrage du moteur.
PROBLÈME : ÉTINCELLES SOUS LES BROSSES
Des étincelles sous les brosses indiquent des
problèmes de commutation, cause fréquente de défaillance
des moteurs à courant continu. Même si des étincelles
peuvent se voir produites par plusieurs facteurs considérés
non reliés entre eux. Des problèmes mécaniques plutôt
qu’électriques en sont généralement la cause. Pour isoler
la source d’étincelles, il faut d’abord se pencher sur les
problèmes mécaniques associés aux brosses.
1.
S’assurer qu’aucune brosse ne soit manquante et
que toutes soient bien installées dans le collecteur.
2.
Vérifier que toutes les brosses principales soient
intactes et bien fixées au support.
3.
Vérifier la pression des ressorts de brosses.
4.
S’assurer que les brosses soient bien ajustées et
qu’elles se déplacent librement dans leur boîtier.
Elles ne doivent pas être trop serrées ni desserrées.
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TN 18-3
Dépannage sur place d’un moteur CC
5. Vérifier que le support de brosses ne soit pas
desserré en raison d’isolations de support brûlées
(carbonisation).
6. Inspecter les raccords de brosses pour déceler tout
dommage et s’assurer que le tout soit verrouillé de
façon sécuritaire.
Si les brosses semblent fonctionner de façon
satisfaisante, le problème peut provenir du collecteur. Un
collecteur mal entretenu peut provoquer des étincelles, car
les brosses peuvent « sautiller » sur sa surface. Inspecter
soigneusement le collecteur, en s’assurant qu’aucun
segment ne ressort, qu’il n’y a pas de segment dont les
parties se trouvent aplaties et qu’il n’y a pas une quantité
élevée de mica. S’assurer qu’il n’y ait aucun corps étranger
entre les barres du collecteur. Si l'excentricité du collecteur
est excessive ou que les segments sont trop brûlés et
rudes, on doit l’usiner à l’aide d’un outil acéré pour le
rendre lisse.
Des vibrations excessives imputables à un induit
déséquilibré ou à une pièce d’équipement menée par le
moteur peuvent aussi provoquer le sautillement des
brosses et produire des étincelles. Il est possible de
déterminer si le moteur ou l’équipement mené est
défaillant en laissant le moteur tourner en étant découplé.
Des étincelles peuvent également être dues à des
roulements excessivement usés. Des roulements usés
vont déplacer le bâti de l’induit, créer des entrefers inégaux
et des étincelles sous les brosses.
Lorsqu’on pense que la production d’étincelles provient
d’une défaillance électrique du bobinage de l’induit, vérifier
avec soin les segments du collecteur pour voir s’il y a
décoloration. Certains de ces segments peuvent être
brûlés et d’autres noircis.
Si un ou plusieurs segments se révèlent brûlés, il y a
probablement un circuit ouvert dans le bobinage de l’induit.
Pour déceler cette défaillance, vérifier la présence de :
1. Bobines principales brisées derrière les colonnes.
2. Soudure projetée et connexions desserrées à la
colonne.
3. Dommage physique au bobinage (ex. : par
frottement).
La présence de quelques segments noircis peut
indiquer un ou plusieurs enroulements court-circuités. On
peut déceler facilement les courts-circuits en suivant la
méthode indiquée sous Problème : Déclenchement du
relais de surcharge ou fusibles qui sautent au démarrage
du moteur.
D’un autre côté, on suppose souvent à tort qu’une série
de segments de collecteurs noircis (ex. : à chaque 3 ou 4
segments) indique un problème de commutation. S’il y a
trois ou quatre fois autant de segments de collecteur qu’il y
a de fentes d’induit, une telle configuration (avec usure
normale de brosses) indique habituellement une
commutation satisfaisante.
Fiche technique no. 18
Si la cause des étincelles ne peut être imputée à une
des défaillances mécaniques ou électriques décrites plus
tôt, mesurer la charge à l’aide d’un ampèremètre CC
pour voir si le moteur se trouve surchargé. Une
surcharge momentanée à 150 % de la pleine capacité
est admissible pour la plupart des moteurs CC, à
condition que les étincelles n’endommagent pas le
collecteur et les brosses. Des étincelles intermittentes
indiquent des hausses rapides de courant de charge.
Ceci peut aussi révéler que l’équipement mené nécessite
un moteur plus puissant.
Si des étincelles surviennent seulement au démarrage
du moteur, vérifier la valeur du courant entrant. Régler la
synchronisation du cycle du relais pour diminuer le
courant.
MOTEURS NOUVELLEMENT INSTALLÉS
Les procédés de dépannage énumérés plus tôt
s’appliquent tous à des moteurs qui tombent en panne
après avoir été en service pendant un certain temps.
Maintenant, passons au dépannage des moteurs qui
présentent des défaillances peu de temps après leur
installation.
PROBLÈME : MOTEUR NOUVELLEMENT INSTALLÉ
QUI NE DÉMARRE PAS OU TOMBE EN PANNE PEU
DE TEMPS APRÈS SON INSTALLATION
Si un moteur récemment réparé tombe en panne la
première fois qu’il est remis en service, vérifier avant tout
l’unité de commande et les connexions de l’alimentation
principale. L’unité de commande doit fournir la tension
appropriée et fonctionner correctement. S’assurer que
les connexions des conducteurs soient correctes et bien
serrées. Si ces vérifications n’indiquent aucune
défaillance, suivre les procédés de dépannage décrits
plus tôt (y compris l’inspection du moteur et la vérification
de la résistance de l’isolation de le bobinage). Devant
l’incapacité de trouver la cause de la panne, rechercher
d’autres problèmes courants qui pourraient découler
d’erreurs commises lorsque le moteur était en
réparation :
1. Le moteur tourne à plus haut régime.
2. Le moteur tourne en sens inverse.
3. Des étincelles sont produites sous les brosses.
On peut trouver ci-dessous une description des
méthodes de dépannage individuel pour chacun de ces
problèmes.
PROBLÈME : MOTEUR NOUVELLEMENT INSTALLÉ
QUI TOURNE À UN RÉGIME PLUS ÉLEVÉ
Parfois, un moteur nouvellement installé tournera à
plus haute vitesse que sa capacité. Un champ aux
polarités inversées peut faire que les moteurs bobinés au
composé tournent au-delà de leur capacité nominale.
Pour corriger la situation, interchanger les conducteurs
(S1 et S2).
Un moteur CC avec un shunt à double tension qui est
connecté en série pour la haute tension et en parallèle
pour la basse tension peut aussi tourner à plus haut
régime que sa capacité si les champs sont mal branchés.
Pour ramener la vitesse du moteur à la normale,
reconnecter le shunt en fonction d’une basse tension.
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Fiche technique no. 18
Un induit mal bobiné peut également faire tourner le
moteur à une vitesse supérieure à sa capacité. Ceci
arrivera si le nouveau bobinage comporte moins de tours
que l’ancien. Une telle erreur est plus fréquente dans les
induits de plus petite taille, car ces derniers présentent un
plus grand nombre de tours que les plus grandes versions.
PROBLÈME : MOTEUR NOUVELLEMENT INSTALLÉ
QUI TOURNE EN SENS INVERSE
Après réparation d’un moteur à courant continu, on
s’aperçoit à l’occasion que son sens de rotation a été
inversé. Une façon simple de corriger consiste à
interchanger les conducteurs A1 et A2 du circuit de l’induit.
S’il y a aussi production d’étincelles sous les brosses,
utiliser la méthode suivante.
PROBLÈME : ÉTINCELLES SOUS LES BROSSES DES
MOTEURS NOUVELLEMENT INSTALLÉS
Il est monnaie courante de voir des étincelles sous les
brosses d’un moteur nouvellement installé. Dans la plupart
des cas, quelques petits réglages suffisent à corriger le
problème. Premièrement, s’assurer que les brosses soient
au point mort. À cette position neutre, la marque sur la
bague collectrice doit correspondre à celle du flasque
palier. Faites les ajustements nécessaires.
Dans le doute quant à la pertinence de la marque sur la
bague collectrice, déterminer le point mort en suivant le
procédé suivant : D’abord, déverrouiller la bague pour
permettre son déplacement. (Nota : Afin d’empêcher tout
mouvement de l’induit au cours de ce procédé, il peut
s’avérer nécessaire d’insérer une cale en bois entre l’induit
et une des pièces de pôles.)
Ensuite, appliquer une tension monophasée aux
bornes du champ et connecter le voltmètre CA aux
brosses du bras de brosses adjacent. Au moment de
déplacer les raccords de brosses, observer la tension dans
le bobinage de l’induit. Les brosses sont au point mort
lorsque la tension minimale est indiquée sur le voltmètre.
S’il y a encore des étincelles quand les brosses se
trouvent dans cette position, plusieurs autres points restent
à vérifier :
1. La polarité relative des pôles principaux et des
pôles de commutation : Vérifier la polarité de tous
les pôles principaux et les entre-pôles à l’aide d’un
compas magnétique. Les polarités sont correctes
lorsque la polarité du pôle de commutation est la
même que celle du pôle principal qui le précède
dans le sens de rotation. Si les polarités ne sont pas
dans la bonne relation, interchanger les conducteurs
des supports de brosses.
Dépannage sur place d’un moteur CC
2. Alignement des supports de brosses : Vérifier
que les supports de brosses alignent toutes les
brosses sur les barres du collecteur et qu’un
espacement égal entre les brosses soit maintenu.
3. Grade de la brosse : S’assurer que le degré de
qualité
des
brosses
soit
compatible
à
l’environnement dans lequel le moteur se trouve en
service. Toutes les brosses doivent être du même
grade.
Dans l’impossibilité de déterminer la cause d’une
panne en utilisant les méthodes décrites dans le présent
article, faire parvenir le moteur à un centre de services qui
dispose d’installations d’essais mieux appropriées à
effectuer un dépannage plus poussé.
Publication originale de cet article en mai 1993.
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