Diagnostique Par Analyse Spectrale

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Diagnostique de la machine asynchrone par analyse spectrqle des courants statoriques

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  • RPUBLIQUE ALGRIENNE DMOCRATIQUE ET POPULAIREMinistre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche

    ScientifiqueEcole Normale Suprieure dEnseignement Technologique

    dOran

    ENSET - ORAN

    Dpartement de : Gnie Electrique

    MONOGRAPHIE EN : TRAITEMENT NUMRIQUE DES SIGNAUX

    INTITUL :

    Anne Universitaire 2013 / 2014

    Diagnostic De la Machine Asynchrone parAnalyse Spectrale

  • SOMMAIRE

    SOMMAIRE

    INTRODUCTION 1

    CHAPITRE I : DIFFERENTS DEFAULTS DANS LA MACHINE

    ASYNCHRONE 4

    I-1 Introduction 5

    I-2 Causes des dfauts 5

    I-3 Diffrents dfauts dans la machine asynchrone cage 5

    I-3-1 Dfauts statoriques 5

    I-3-2 Dfauts rotorique 6

    I-3-2-1 Dfaut de cassure de barre 6

    I-3-2-2 Dfaut dexcentricit 7

    I-3-2-3 Dfaut d au palier 8

    I-4 Consquences des dfauts 10

    I-5 Mthodes de diagnostic 10

    I-5-1 Mthodes externes 11

    I-5-2 Mthodes internes 11

    I-5-3 Mthodes inductives 11

    I-5-4 Mthodes dductives 12

    I-6- Modle de la machine asynchrone cage 12

    I-6-1 Approche analytique 12

    I-6-2 Approche numrique 12

    I-7 Conclusion 13

    CHAPITRE II : MODELE MULTI-ENROULE MENT DE

    LA MACHINE ASYNCHRONE 14

    II-1 Introduction 15

    II-2 Modle multi enroulement d'une machine asynchrone 15

    II-2-1 Calcul des inductances 15

    II-2-1-1 Partie Statorique 15

    II-2-1-2 Partie Rotorique 17

    II-3 Mise en quation 20

    II-3 1 Equations statorique 20

    II-3 -2 Equations rotorique 21

    II-4 Prise en comporte du dfaut dans le modle 23

  • SOMMAIRE

    II-5 Conclusion 24

    CHAPITRE III ANALYSE SPECTRALE 26

    III.1 Techniques d'analyses des dfauts 27

    III-2 Analyse spectrale 27

    III-2-1 Mthodes non- paramtriques 27

    III-2-2 Mthodes paramtriques 28

    III-3 Analyse cepstrale 28

    III-4 Mthodes de dtections de frquence connues 28

    III-5 Mthodes temps- frquence et temps chelle 28

    III-6 Application de l'analyse spectrale 29

    III-7 Rsultat de simulation danalyse spectrale 29

    III-7-1 Interprtations 39

    III-8 Conclusion 40

    CONCLUSION 41

    BIBLIOGRAPHIE 44

  • INTRODUCTION

    INTRODUCTION

    De nos jours, lutilisation des machines asynchrones dans les entranements industriels est en

    pleine expansion, du fait de leurs qualites, leurs robustesses, leurs prix et la quasi-absence dentretien.

    Elles dpassent les 80% des parts de march du parc des machines lectriques. Cest une composante

    cl de la plupart des quipements industriels comme l'aronautique, le nuclaire, la chimie, ou encore le

    transport ferroviaire.

    Notons aussi que les progrs raliss en matire de contrle et les avances technologiques dans

    le domaine de llectronique de puissance ou de la microlectronique, ont rendu possible limplantation

    de commandes performantes pour cette machine, faisant delle un concurrent certain dans les secteurs

    de la vitesse variable et du contrle rapide de couple, dtrnant ainsi le moteur courant continu.

    En plus de lintrt conomique de traiter ce type dactionneur, ltude de la machine

    asynchrone prsente un autre intrt aussi important, cest laspect scientifique. Car la nature de sa

    construction et de son fonctionnement engendre une multiplicit de modles mathmatiques qui lui

    sont associs, ces derniers qui ont pour but dinterprter le comportement de la machine pour ses

    diffrents modes de fonctionnement sont caractriss par la richesse et la complexit attaches

    essentiellement aux caractres non linaires et aux diffrents couplages magntiques entre les lments

    constitutifs de cette machine. Ces modles prsentent donc un intrt scientifique certain.

    Toute proportion garde, le moteur asynchrone nest pas infaillible, comme tout systme

    lectrique, il nest pas labri dun dysfonctionnement ou dune panne intempestive, il peut subir

    diverses contraintes internes ou externes dorigine mcanique, lectrique et/ou magntique (surcharge,

    dfauts d'alimentation, excentricit du rotor, usure des roulements billes...) altrant la machine, et

    pouvant causer des dtriorations, des chutes de performances, affectant sa dure de vie [HAN 03]

    [BON 92].

    1

  • INTRODUCTION

    Dans le souci dassurer la scurit du personnel et des installations associes la machine

    asynchrone, mais aussi pour optimiser les performances et rduire le cot de rparation, les systmes de

    surveillance et de diagnostic sont devenus un objectif et une ncessit pour les industriels. Ces

    systmes ont pour premier objectif de prvenir lutilisateur dun possible risque de problme pouvant

    apparatre en un point particulier du dispositif, en dautres termes la dtection et la localisation des

    dfauts [ABE 02].

    2

  • CHAPITRE I DIFFERENTS DEFAULTS DANS LA MACHINE ASYNCHRONE

    CHAPITRE I

    DIFFERENTS DEFAULTS DANS

    LA MACHINE ASYNCHRONE

    4

  • CHAPITRE I DIFFERENTS DEFAULTS DANS LA MACHINE ASYNCHRONE

    I-1 Introduction

    La scurit des systme prsente une importance majeur dans les processus industriels, toute

    dfaillance de linstrumentation conduit la gnration dinformation fausses, la machine asynchrone

    est trs rpondue dans le milieu industriel grce sa robustesse, malgr ses qualits la machine

    asynchrone cage dcureuil peut prsenter des dfauts structurels, parmi lesquels la rupture totale ou

    partielle de barre rotorique et portion danneau.

    Dans ce chapitre on va prsenter les diffrents dfauts au niveau de la machine asynchrone.

    I-2 Causes des dfauts

    Les origines des dfauts sont souvent de nature diffrentes, mais sont gnralement fortement

    lies les uns aux autres, on cite comme causes majeures [BEL 05] :

    a) Causes thermiques : balourds thermique, points chauds, tempratures ambiantes leves.

    b) Entourage du moteur (tension transitoire dalimentation, inverseurs, air de refroidissement,

    mouvais courant de charge, sur charge, corrosion humidit...)

    c) Causes mcaniques et mouvais emploi du moteur (rsonance avec la commande de la vitesse,

    chocs en service, vibrations, jeu excessifs, balourds mcaniques....)

    d) Les vices de fabrication.

    e) Erreurs pendant la rparation (taille et type improprit denroulement, roulement inadquat).

    f) Equissement de la dure de vie du moteur.

    I-3 Diffrents dfauts dans la machine asynchrone cage

    I-3-1 Dfauts statoriques

    A partir des tudes thorique, il a t montr que le courant statorique avait un spectre enrichi

    par la cration dun court-circuit au stator, les frquences additionnelles sont donnes par la relation

    suivante [BEL 05] [HUB 02] :

    (I-1)

    5

  • CHAPITRE I DIFFERENTS DEFAULTS DANS LA MACHINE ASYNCHRONE

    O fcc : frquence de court-circuit

    n : entier naturel

    Figure I.1 : Diffrents court circuits au stator

    Dans ces deux dernires cas, il peut y avoir existence dun courant de circulation (Icir) dans ces

    deux faisceaux car la diffrence de potentille est diffrente entre les extrmits de ceux-ci, il ya aussi

    autres dfauts statorique

    - coupure dune phase,

    - dfaut disolation,

    - dfauts du circuit magntique (rupture de tle).

    I-3-2 Dfauts rotorique

    Lanalyse du spectre du courant statorique en rgime permanent fournit des indications sur les

    dfaillances rotorique telles que les ruptures de barres, danneaux de court-circuit ou lexcentricit

    dentrefer [BEL 05] [HUB 02].

    I-3-2-1 Dfaut de cassure de barre

    La cassure de barre rotorique provoque une dissymtrie du rotor. Le rsultat de la dissymtrie

    rside dans la cration dun champ tournant de sens oppos a celui gnre par le stator, et cela la

    6

  • CHAPITRE I DIFFERENTS DEFAULTS DANS LA MACHINE ASYNCHRONE

    frquence de glissement par consquent, il yaura cration dun courant supplmentaire dans le

    bobinage statorique, la relation de la frquence est donne sous la forme :

    fbc = ( 1 2 k g ) fs (1-2)

    ou fbc : frquence de barre cass .

    I-3-2-2 Dfaut dexcentricit [HUB 02]

    La gomtrie du rotor peut prsenter des dissymtries qui sont naturelles celles ci relvent de

    trois catgories qui sont pour lessentiel :

    a) Lexcentricit statique correspond au cas le centre de rotation du rotor nest