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)

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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

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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