DÉPANNAGE SUR PLACE D UN MOTEUR À COURANT CONTINU

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1 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 TN 18-1

2 Dépannage sur place d un moteur CC Fiche technique no. 18 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. 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 TN 18-2

3 Fiche technique no. 18 Dépannage sur place d un moteur CC 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. 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. TN 18-3

4 Dépannage sur place d un moteur CC Fiche technique no 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. 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. 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. 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. TN 18-4

5 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. 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 FT 18-5