Comparason de tros technques dédées au dagnostc des défauts rotorques dans les moteurs asynchrones trphasés à cage Abdennacer Aboubou*,** Mohammed Sahraou* Salaheddne Zouzou* Noureddne Hard* Hubert Razk** Abderrezak Rezzoug** * Laboratore M.S.E. Unversté Med KHIDER BP145, 7 Bskra, Algére. {aboubou_nacer, s_moh78, zouzou_s, n_hard}@hotmal.com ** Green-UHP UMR 737 Faculté des scences et technques-b.p.239 F-5456 Vandoeuvre-les-Nancy Cedex, France {Hubert.Razk, Abderrezak.Rezzoug}@green.uhp-nancy.fr} RÉSUMÉ. Dans cet artcle, nous avons présenté une comparason de tros méthodes dédées à la détecton des défauts rotorques tels que les ruptures de barres et/ou de portons d'anneaux de court crcut dans un moteur asynchrone trphasé à cage. La premère de ces méthodes est basée sur l'analyse spectrale du courant statorque, la deuxème est basée sur l'analyse du module du vecteur de Park du courant statorque et la trosème explote le contenu spectral de la pussance nstantanée absorbée par le moteur. Les prncpes théorques de ces approches sont présentés. Des tests de smulaton et d'expérmentatons prouvent l'effcacté de ces tros méthodes pour dfférents degrés de sévérté de défauts et pour dfférentes charges. Nous avons montré à travers ces résultats l effcacté de la méthode du courant statorque du pont de vu sensblté à la sévérté du défaut ans que la smplcté de la ms en œuvre. ABSTRACT: In ths artcle, we present a comparson n three methods of detecton of the rotor defects such as the ruptures of bars and/or of the portons of rngs of short crcut n a threephase asynchronous cage motor. The frst method s based on the spectral analyss of the stator current, second s based on the analyss of the module of Park current stator vector and thrd explots the spectral contents of the nstantaneous absorptve power by the motor. The theoretcal prncples of these approaches are presented. Tests of smulaton and expermentaton s make prove the effectveness of these three methods for varous degrees of severty of the defects and for varous loads. We show through these results the effectveness of the method of the stator current of the pont of consderng senstvty to hardness of the defect as well as the smplcty of applcaton. MOTS-CLÉS : pussance nstantanée, courant statorque, vecteur de park, dagnostc, défauts rotorques, moteur asynchrone. KEYWORDS: nstantaneous power, statorc current, Park vector, dagnostc, rotorc fault, nducton motor.
2 RS RIGE. Volume? n?/2? 1. Introducton Actuellement, le moteur asynchrone devent l'élément clé dans l ndustre et est de plus en plus utlsé dans les dfférents secteurs de ponte (l'aéronautque, le nucléare, les transports ferrovare, etc.). Malgré qu'l sot réputé pour être le plus robuste des machnes électrques, un certan nombre de contrantes de nature très dfférentes (électrques, thermques, mécanques et d'envronnements) [BON 88], [BON 92] peuvent restrendre sa durée de ve, en fasant apparaître des pannes au nveau du stator, du rotor, vor les deux. Une étude statstque [THO 1] a montrée que près de 41% des défallances dans les moteurs asynchrones sont causées par des défauts au nveau des roulements, 37% par les défauts au nveau du stator et 1% par les anomales au nveau du rotor ; le solde affecte les autres partes du moteur (fgure 1). 41% 12% 1% 37% Défauts statorques Défauts rotorques Défauts de roulements Autres défauts Fg. 1 Dstrbuton des défauts dans les dfférentes partes d un moteur asynchrone. Selon cette étude, l s'est avéré que les défauts rotorques sont mons fréquents que ceux statorques, mas l'applcaton des méthodes de dagnostc dans les nstallatons ndustrelles a montré [THO 3] que les ruptures de barres rotorques dans les moteurs à nducton de grande pussance peuvent devenr un problème séreux et délcat. Cec est due prncpalement à l'naccessblté en fonctonnement des grandeurs rotorques d'une part, et d'autre part, les cassures de barres n'occasonnent pas oblgatorement l'arrêt mmédat du moteur. Elles entraînent des effets secondares très dangereux pour l'opérateur, la machne ans que pour toute la chaîne de producton. La fgure 2 c-dessous représente le rotor d'un moteur asynchrone trphasé de 195 kw, 12 A, 5 Hz, 1485 tr/mn, utlsé dans une base pétrolère à la mer du nord [THO 3]. La photo représente après quelques modfcatons pour accentuer le contraste barres cassées - barres sanes.
Comparason de technques de dagnostc 3 Fg.2 Le rotor d'un moteur à l'état san Sute à des contrantes trop sévères de dfférentes natures, une barre a été rompue. Le défaut n'étant pas été détecté au moment opportun, une porton de la barre rompue a été soulevée totalement (comme on peut le vor sur la fgure 3) détrusant les enroulements statorques et par conséquent engendrant l'arrêt total du moteur. Le prx de la réparaton du rotor et le rebobnage complet du stator ans que les pertes causées en producton ont dépassés 3. $. Barre rompue Fg. 3 Le rotor avec une barre rompue et soulevée.
4 RS RIGE. Volume? n?/2? Cet ncdent sans précédent dans son genre, représente une catastrophe techncoéconomque, sans compter les conséquences corporelles qu l pouvat causer ; donc l est mpératf de mettre en œuvre des systèmes de survellance adéquats afn d'évter des arrêts mprévus et rédure au maxmum les pertes économques. La survellance est un moyen pour garantr le bon fonctonnement des systèmes ndustrels, elle sert d'une part à sgnaler les anomales de fonctonnement et d'autre part, à prendre en compte les actons destnées à mantenr l'opératon des systèmes. Le dagnostc fat parte de la survellance, qu a pour objectf de détecter d'une manère précoce un défaut avant qu'l ne conduse à une défallance totale dans l'nstallaton ndustrelle. Une stratége du dagnostc dot mpératvement prendre en compte les facteurs suvants : Les dfférents types de conceptons du rotor. La grande marge de la pussance. Les caractérstques des charges. Les dfférentes composantes mécanques qu consttuent les systèmes d'entraînements. La varété de ces facteurs ans que la dversté des défauts et les causes possbles entraînant une panne dans les moteurs asynchrones, facltent les erreurs sur la nature et la localsaton de cette panne. Un dagnostc fable, nécesste donc une bonne connassance des mécansmes des défauts ans que leurs conséquences sur les grandeurs électrques et mécanques du moteur. Selon [BON 92], les prncpales causes entraînant une rupture de barres sont : Un démarrage drect qu provoque des contrantes thermques et mécanques trop sévères sur le rotor qu n'est pas conçu pour supporter de telles contrantes ; Des pulsatons mécanques et des varatons nattendues dans la charge. Des mperfectons due à une mauvase concepton, mauvase fabrcaton ou mauvas montage. Pour effectuer le dagnostc d'un moteur asynchrone, les opérateurs de mantenance analysent un certan nombre de sgnaux ssus de cette machne. En effet, les évolutons temporelles et fréquentelle de ces sgnaux peuvent être explotées pour obtenr des nformatons sur l'état de santé du moteur. D'après la lttérature, les prncpaux sgnaux utlsés en dagnostc sont : Le courant statorque [KLI 92], [SCH 95], [BEL 1] ; La pussance nstantanée [MAI 92], [LEG 96], [TRZ ] ; Le vecteur de Park [CAR 95], [CRU ] ; Le couple [HSU 95], [JAC 98] ;
Comparason de technques de dagnostc 5 Les vbratons mécanques [CAM 86] ; Le flux magnétque axal de fute [TOL 2]. Nous présentons dans cet artcle, tros méthodes qu sont : La méthode du courant statorque, La méthode de la pussance nstantanée et La méthode du vecteur de Park Elles sont dédées à la détecton des défauts rotorques dans un moteur asynchrone trphasé à cage de 3 kw almenté drectement du réseau. 2. Détecton des défauts par l'analyse du courant statorque Parm tous les sgnaux utlsables, le courant statorque s'est avéré être l'un des plus ntéressants, car, l est très facle d'accès et nous permet de détecter auss ben les défauts électrques que les défauts purement mécanques [THO 1], [BEN 99], [SCH 95], [KLI 92]. Cette technque est dénommée "Motor Current Sgnature Analyss" (MCSA). Les défauts de la machne asynchrone se tradusent dans le spectre du courant statorque sot par : L'apparton des raes spectrales dont les fréquences sont drectement lées à la fréquence de rotaton de la machne, aux fréquences des champs tournants et aux paramètres physques de la machne (nombre d'encoche rotorque et nombre de pares de pôles) ; La modfcaton de l'ampltude des raes spectrales, déjà présentés dans le spectre du courant. 2.1. Modèle mathématque La modélsaton du moteur à cage nous permet de représenter la rupture de barres ou de portons d anneaux de court-crcut sous forme de malles relés entre elles électrquement et couplés magnétquement, où chaque malle est consttuée de deux barres et des deux portons d'anneaux qu les relent (fgure 4). Le nombre d équatons dfférentelles obtenues est égal au nombre de barres plus une (afn de prendre en consdératon l un des deux anneaux) [BON 88]. La rupture d'une barre, dans notre cas, est modélsée par l'augmentaton consdérable de la résstance de la barre consdérée.
6 RS RIGE. Volume? n?/2? Re Le, N N r r b(k-1) bk r(k-1) R b(k-1), L b(k-1) rk R bk, L bk r(k+1) Re Le, N N Fg. 4 Schéma équvalent d'une malle du rotor. r r ek 2.2. Mse en équaton Sous les hypothèses classques, le modèle mathématque de la machne est donné par l équaton de tenson globale : vos vds vqs L M = [L M L tr ] d dt os ds qs L r rk r(n 1) M M r L e + [R os ds qs L r ] M rk M r L e tr r(n 1) [1] [L tr ] et [R tr ] sont les matrces globales des résstances et des nductances après la transformaton de Park, dont le repère est lé au rotor. A ces équatons, on ajoute les équatons électromécanques afn d'avor la vtesse électrque de rotaton et la poston θ r du rotor. d dt 1 = ( Ce Cr k ωm ) [2] J ωm
Comparason de technques de dagnostc 7 d dt θ = ω [3] r r avec : Nr 1 Nr 1 3 Ce = p Lsr qs rk cos( k a) ds rk sn( k a) [4] 2 k= k= 2.3. Smulaton de la rupture de barres La fgure 5 représente l'évoluton du couple électromagnétque, le courant statorque ans que la vtesse de rotaton et le courant dans la barre 1, lors de la rupture de celle-c à l'nstant t = 2s. Pus on smule la rupture de la barre 2 à l'nstant t = 3s. On constate que la cassure d'une barre rotorque crée des oscllatons dans le couple et dans la vtesse, ans qu'une modulaton de l'enveloppe du courant statorque. Les ampltudes de ces oscllatons et ces modulatons augmentent avec le nombre de barres cassées. (N.m) 1.75 Couple électromagnétque 2 (a) 1.5 1.25 (A) 2.3 2.2 2.1 2 Courant statorque (b) (t/mn) 292 291 29 289 1 1 2 3 4 Vtesse de rotaton (c) 288 1 2 3 4 temps (sec) (A) 1.9 1 2 3 4 Courant dans la barre rompue 1 5-5 -1 1 2 3 4 temps (sec) Fg.5 Moteur avec une barre cassée pus deux barres cassées (Agrandssement)
8 RS RIGE. Volume? n?/2? Dans un moteur asynchrone trphasé et lorsque la cage est symétrque (absence de défauts), les courants rotorques produsent un champ magnétque tournant drect de fréquence gf s par rapport au rotor, ayant le même nombre de pôles que celu du stator. Cependant, la présence d'un défaut de barres et/ou de portons d'anneaux de court-crcut provoque une asymétre tant géométrque que magnétque. Par conséquent, les courants rotorques vont créer en plus du champ tournant drect un autre champ tournant nverse de fréquence gf s ndusant une sére d'harmonques de fréquences (1±2kg)f s dans les enroulements statorques, accompagné par des pulsatons de fréquence 2kgf s dans le couple et la vtesse de rotaton. Le lecteur peut se reporter pour plus de détal sur le fonctonnement du moteur asynchrone avec des barres rompues à [DOR 96] et [ABE 2]. Les ruptures de barres rotorques sont donc caractérsées par l'apparton des raes dans les courants statorques de fréquences [SCH 95] : ou : (1 ±2.k.g)f s [5] k ( 1 g) ± g f s p [6] avec, k/p = 1, 5, 7,. 3. Détecton des défauts par l'approche du vecteur de park étendu Cette approche a été proposée par [CRU ], elle est basée sur l'explotaton du contenu spectral du module du vecteur de Park. Les composantes d et q du vecteur de Park dans un repère lé au stator sont données par : d q = = 2 3 1 2 a b 1 6 1 2 b c 1 6 c [7] Pendant l'état san, les courants a, b et c sont des sgnaux purement snusoïdaux.
Comparason de technques de dagnostc 9 a, b, c, = = = m m m cos( ω t α ) s 2π cos( ωst α ) 3 4π cos( ωst α ) 3 [8] Cependant, la présence d'une anomale (rupture de barres, varaton de la charge,) dans un système d'entraînement affecte, d'une manère pérodque, les courants, le couple et la vtesse. S on suppose une dstrbuton déale des enroulements statorques autour de la pérphére de l'entrefer, les courants statorques a, b et c sont modulés par une fréquence f osc des oscllatons créées par l'anomale, on peut écrre, donc : a = b = c = a, b, c, [ 1+ M cos( ωosct) ] [ 1+ M cos( ωosct) ] [ 1+ M cos( ω t) ] osc [9] où, M représente l'ndce de modulaton qu dépend de la sévérté du défaut et ω osc = 2πf osc. En remplaçant [9] dans [7] et en calculant le carré du module du vecteur de Park, nous obtenons : 2 2 2 3 2 M 2 3 2 2 ( d + q ) = m (1 + ) + 3m M cos( ωosct α ) + mm cos(2ω osct α) [1] 2 2 2 On peut remarquer que le module du vecteur de Park est la somme d'une composante contnue et une autre oscllatore dont les pulsatons ω osc et 2ω osc caractérsent la présence d'un défaut. Dans le cas d'une rupture de barres la pulsaton est ω osc = 2gω s.
1 RS RIGE. Volume? n?/2? 4. Détecton des défauts par l'analyse de la pussance nstantanée Parm les travaux sur l'utlsaton de la pussance nstantanée pour le dagnostc des défauts dans les moteurs asynchrones nous trouvons ceux de R. MAIER [MAI 92] et S. F. LEGOWSKI [LEG 96]. Il est mportant de noter que la pussance nstantanée peut être mesurée en tant que pussance totale absorbée P s, tot P = v + v v ( ) [11] s, tot a a b b + c c t ou, en tant que pussance partelle (P s, ab et P s, cb ) qu est égale au produt d'un courant de lgne ( a par exemple.) et une tenson entre lgne (v ab par exemple.) [TRZ ]: Ps, ab( t) = vab a [12] Le prncpe de l'approche que nous présentons, repose sur l'explotaton du contenu spectral de la pussance nstantanée totale P s, tot absorbée par le moteur. Pour un moteur déal entraînant une charge constante et almenté par une source de tenson snusoïdale trphasée équlbrée, on peut écrre : v v v a, b, c, = v = v = v m m m cos( ω t) s 2π cos( ωst ) 3 4π cos( ωst ) 3 [13] En remplaçant [7] et [13] dans [11], on obtent : 3 P s, tot,( t) = vmm cosα [14] 2 Elle correspond à la pussance moyenne réelle absorbée par le moteur pendant l'état san. Pour trouver l'expresson de la pussance nstantanée totale absorbée par un moteur avec un défaut rotorque, l faut substtuer [9] et [13] dans [11], on obtent fnalement : P t) = P [1 + M cos( ω )] [15] s, tot ( s, tot, osct
Comparason de technques de dagnostc 11 On remarque que cette pussance content une composante contnue (pussance moyenne) et une composante à la fréquence des oscllatons f osc, appelée composante caractérstque. Cette dernère est très mportante, pusqu elle apporte des nformatons préceuses sur le défaut. 5. Résultats et dscussons Les essas expérmentaux sont effectués sur un banc expérmental au sen du laboratore du GREEN-UHP à Nancy en France. Le moteur utlsé est de : 3kW, 23/4v, 28tr/mn et 5Hz, fabrqué par Sew-Usocome. Les caractérstques détallées sont présentées dans l annexe. Le moteur est couplé avec une génératrce de courant contnu chargée par des résstances varables (fgure 6). Moteur Asynchrone Génératrce Acquston Charge Fg.6 Le banc d'essa utlsé Dans un premer temps, les courants et les tensons statorques sont enregstrés. Pus, pour obtenr des nformatons sur l'état de santé de notre moteur, les tros technques ont été applquées ; à savor celle du courant statorque, de la pussance nstantanée et celle de l'approche du vecteur de Park étendu. Le calcul de la transformée de Fourrer rapde ans que la vsualsaton des spectres sont assurés en utlsant un programme mplémenté sous l'envronnement MATLAB.
12 RS RIGE. Volume? n?/2? D'après la fgure 7, on peut constater que même à l'état san, on observe toujours des raes dans le spectre du courant, du module du vecteur de Park et de la pussance nstantanée. Cec est dû, comme nous avons mentonnés précédemment, à l'asymétre naturelle du rotor. Pour llustrer ce pont là, nous rappelons que la présence d'une excentrcté mxte (dynamque plus statque) du rotor se tradut par la créaton des harmonques de fréquence [TOL 2] : f exc = f s ± f r dans le courant statorque, où f s est la fréquence d'almentaton et f r est la fréquence de rotaton. Sans oubler de mentonner que ces mêmes fréquences peuvent révéler auss un défaut d algnement mécanque du moteur à sa charge. (a) (b) (c) -1-1 -1-2 -2-2 -3-3 -3 Ampltude (db) -4-5 -4-5 -4-5 -6-6 -6-7 -7-7 -8-8 -8-9 25 5 75 1-9 7 14 21 28-9 7 14 21 28 Fréquence (Hz) Fréquence (Hz) Fréquence (Hz) Fg.7 Spectre expérmental (pour un moteur à l'état san en plene charge) : (a) courant statorque, (b) module du vecteur de Park, (c) pussance nstantanée totale Dans notre cas, et pour un moteur de 3 kw à l'état san, la fréquence de rotaton est de 46,55 Hz, donc, les raes caractérsants l'excentrcté mxte sont : 3,45 Hz et 96,55 Hz. Les fgures 8 et 9 mettent en évdence l'apparton de ces deux raes. Par conséquent, on peut constater que ce moteur présente un certan degré d'excentrcté mxte ou d un défaut d algnement dû à des mperfectons naturelles du rotor.
Comparason de technques de dagnostc 13-6 -65-7 Ampltudes (db) -75-8 -85 f m = (f s f r )= 3,45Hz -9-95 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Fréquences (Hz) Fg. 8 Spectre du courant statorque pour un moteur en plene charge à l'état san (Analyse basses fréquences) -6-65 Ampltudes (db) -7-75 -8 f m = (f s + f r )= 96,55Hz -85-9 -95 94 94.5 95 95.5 96 96.5 97 97.5 98 Fréquences (Hz) Fg. 9 Spectre du courant statorque pour un moteur en charge à l'état san (Analyse hautes fréquences).
14 RS RIGE. Volume? n?/2? A cause de cette contrante et afn d'évter les fausses alarmes, l est très mportant de défnr un seul à partr duquel on déclarera l'exstence d'un défaut. En effet, selon R.HIRVONEN [HIR 94], s l'ampltude de l'harmonque, la plus sgnfante, caractérsant le défaut est nféreur à -5 db, on peut consdérer que le rotor est en bon état. Mantenant, le moteur fonctonne en régme nomnal avec une barre rompue (Vor la barre rompue c-dessous), et le glssement correspondant pour un tel régme de fonctonnement tourne autour de,85; cela mplque que les composantes spectrales caractérsant le défaut dovent être apparues à : 41,5 Hz et 58,5 Hz dans le spectre du courant 8,5 Hz dans le spectre du module du vecteur de Park et de celu de la pussance nstantanée. Barre cassée Fg. 1 Rotor avec une barre cassée La fgure11, met en évdence la présence de ces composantes spectrales ndquant l'exstence d'un défaut de barre ; le problème résde dans la prédcton du nombre de barres rompues. Il y a pluseurs formules qu estment ce nombre [THO 3], [BEL 1], mas à cause de la dversté des phénomènes qu entrent en jeu lors d'une cassure de barres, l'estmaton exacte du nombre de ces barres rompues est alors très dffcle.
Comparason de technques de dagnostc 15 (a) (b) (c) -1-1 -1-2 -2-2 -3 (1-2g)f s -3-3 Ampltudes (db) -4-5 (1+2g)f s -4-5 2gf s -4-5 2gf s -6-6 -6-7 -7-7 -8-8 -8-9 -9-9 2 4 6 8 1 5 1 15 2 25 3 5 1 15 2 25 3 Fréquence (Hz) Fréquence (Hz) Fréquence (Hz) Fg. 11 Spectre expérmental (pour un moteur avec une barre cassée en charge) : (a)courant statorque; (b) module du vecteur de Park; (c) pussance nstantanée totale. "Quelle est la melleure méthode du dagnostc?" En réalté, l est dffcle de répondre à cette queston, pusque chaque technque a des avantages et des nconvénents. Du pont de vu quantté d'nformaton, l est clar que la pussance nstantanée totale, qu prend en consdératon les courants et les tensons dans les tros phases statorques, apporte plus d'nformatons pour le procédé du dagnostc surtout lorsqu'l s'agt d'étuder le dagnostc des défauts en présence d'un déséqulbre de tenson d'almentaton. De plus, l'utlsaton du sgnal de la pussance nstantanée permet la détecton des défauts même à de fables valeurs du glssement.
16 RS RIGE. Volume? n?/2? Du pont de vu de la sensblté à la sévérté du défaut et selon la fgure11, on a obtenu les résultats suvants : L'ampltude de la composante nféreure (1-2g) f s du courant statorque est de : -34,5dB ; L'ampltude de la composante 2gf s du module de vecteur de Park est de : -41,5dB ; L'ampltude de la composante 2gf s de la pussance nstantanée est de : -4dB. Il est clar que l'harmonque (1-2g)f s est plus sensble à la présence de l'anomale et pour confrmer ce constat, nous avons suvs l'évoluton de l'ampltude des harmonques caractérsant le défaut en foncton du nombre de barres cassées (vor fgure 12 c-dessous). -1-15 -2-25 (c) (b) (a) Ampltude (db) -3-35 -4-45 -5-55 -6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Nombre de barres cassées Fg. 12 Evoluton smulée en foncton du nombre de barres rompues de : (a) Ampltude de l'harmonque 2gf s du vecteur de Park ; (b) Ampltude de l'harmonque 2gf s de la pussance ; (c) Ampltude de l'harmonque (1-2g)f s du courant statorque. Pour ce fare, nous avons utlsés un modèle mathématque adéquat afn de smuler le fonctonnement de notre moteur de 3kW (paramètres présentés en annexe) avec pluseurs barres cassées, autrement dt ; dfférents degrés de sévérté du défaut.
Comparason de technques de dagnostc 17 D'après la fgure12, nous remarquons que l'ampltude de l'harmonque nféreur (1-2g)f s du courant statorque est toujours plus grande que celle 2gf s des autres sgnaux quelque sot le nombre de barres rompues, ce qu certfe la sensblté de l'approche du courant statorque par rapport aux autres approches. Par contre nous pouvons vor clarement que la pente de l ampltude de l harmonque 2gf s du vecteur de Park est plus sgnfante ; ce qu certfe la rapdté de la détecton du défaut par l approche de Park. Il nous semble très ntéressant de mentonner qu'l est parfos possble d'observer, dans le spectre du courant statorque des raes aux mêmes fréquences que celles qu caractérsent une rupture de barres mas de nature purement mécanque (oscllatons dans le couple de la charge) [SCH 95], nous les avons d alleurs remarqué dans les spectres de la pussance et du module du vecteur de Park (vor fgure7), ce qu peut condure à un dagnostc erroné (fausse alarme). Pour lever cette ambguïté, on peut se baser (pour la détecton des défauts de barres) sur les harmonques de hautes fréquences [k/p (1-g) ± g]f s. Par exemple, dans notre cas, et pour g =,85, k/p = 5 et f s = 5 Hz, l observaton de la rae à 233 Hz ndque une cassure de barres (fgure 13). -3 f b = -4-5 Ampltude (db) -6-7 -8-9 -1 225 226 227 228 229 23 231 232 233 234 235 236 237 238 239 24 Fréquence (Hz) Fg. 13 Spectre du courant statorque pour un moteur en charge avec une barre cassée (Analyse hautes fréquences).
18 RS RIGE. Volume? n?/2? 6. Concluson Après avor stué la tâche du dagnostc dans un contexte de la mantenance, nous avons présenté le prncpe théorque de tros approches dédées à la détecton des défauts dans les moteurs asynchrones trphasés à cage. A travers les résultats obtenus, nous avons constaté ce qu sut : Les tros approches sont basées sur l analyse du courant statorque et que chaque approche possède des avantages et des nconvénents. La mesure du courant statorque seule, sufft pour fare un dagnostc valde. En plus du dagnostc ; le vecteur de Park est plus adapté au régme du déséqulbre. La pussance et en plus du dagnostc, donne auss un complément d nformaton sur une chaîne de producton par exemple (surcharge). Enfn l est judceux de dre que les tros approches susctés fournssent des résultats très proches les uns des autres ; ls sont plus souples quant à leurs accessblté et mesure à l extéreure du moteur d'une part et d'autre part, leurs harmonques sont plus sensbles à la sévérté du défaut. Nous pouvons donc dre que les tros méthodes sont très favorables et avantageuses à la détecton des défauts de barres cassées dans les moteurs asynchrones. Ce constat, ben sur découle des dfférents essas expérmentaux pour dverses condtons de fonctonnement. Remercements Nous tenons à remercer amplement le mnstère de la recherche pour sa contrbuton fnancère à l élaboraton du banc d essas et de mesures. Nous tenons auss à remercer monseur W.T THOMSON [THO 3] pour nous avor perms de prendre comme référence les photos des fgures 1 et 2.
Comparason de technques de dagnostc 19 7. Bblographe [ABE 99] ABED A., BAGHLI L., RAZIK H., REZZOUG A., «Modellng nducton motors for dagnoss purposes», EPE 99, Lausanne, Swtzerland, 1999. [ABE 2] ABED A., Contrbuton à l étude et au dagnostc de la machne asynchrone, Thèse de l Unversté Henr Poncaré, Faculté des Scences de Nancy 1, 22. [BAG 1] BAGHLI L., RAZIK H., REZZOUG A., CAIRONI C., DURANTAY L., AKDIM M., «Broken bars dagnoss of 36 rpm 75 kw nducton motor comparson modelzaton and measurement of phase currents», SDEMPED 1, Gorza, Itala, 21, p. 3-9. [BEL 1] BELLINI A., FILIPPETTI F., and All., «Quanttatve evaluaton of nducton motor broken bars by mean of electrcal sgnature analyss», IEEE Trans. on Industry Applcaton, Vol. 37, no 5, 21, p. 1248-1255. [BEN 99] BENBOUZID M., VIEIRA M., THEYS C., «Inducton motors faults detecton and localzaton usng stator current advanced sgnal processng technques», IEEE Trans. on Indus. Appl., vol. 14, no 1, 1999, p. 14-22. [BON 88] BONNETT A., SOUKUP C., «Analyss of rotor falures n three-phase squrrelcage nducton motors», IEEE Trans. on Industry Applcatons, vol. 24, no 6, 1988, p. 1124-113. [BON 92] BONNETT A., SOUKUP C., «Cause and analyss of stator and rotor falures n three-phase squrrel-cage nducton motors», IEEE Trans. on Industry Applcatons, vol. 28,no 4, 1992, p. 921-937. [CAM 86] : CAMERON J. R. and al. «Vbraton and current montorng for detectng argap eccentrcty n large nducton motors», IEE Proceedngs, Vol. 133, Pt. B, No. 3, 1986, p. 155-163. [CAR 95] CARDOSO A. J. M., CRUZ S. M. A., CARVALHO J. F. S. et SARAIVA E. S., «Rotor cage fault dagnoss n three phase nducton motors by park's vector approach», Rec. 1995 IEEE Ind. Appl. Soc. Annu. Meet. Orlando, Florda USA, Vol. I, p. 642-646. [CAM 86] CAMERON J., THOMSON W., DOW A., «Vbraton and current montorng for detectng argap eccentrcty n large nducton motors», Inst. Elec. Eng., 1986, p. 155-163. [CRU ] CRUZ S. M. A., CARDOSO A. J. M., «Rotor cage fault dagnoss n three phase nducton motors by extended park's vector approach», Electrc Machnes and Power Systems, Vol. 28, 2, p. 289-299 [DID 1] DIDIER G., RAZIK H., «Sur la détecton d un défaut au rotor des moteurs asynchrones», 3EI, vol. 27, 21, page 1. [DOR 96] DORRELL D., PATERSON N., WATSON J., «The causes and quantfcaton of sde-band currents for use n rotor fault detecton systems for cage nducton motors», ICEM 96, Vgo, Span, 1996, p. 414-419. [FAU 1] FAUCHER J., BARAKAT G., HOUDOUIN G., DAKYO B., DESTOBBELEER E., HÉ-NAO H., DELMOTTE C., EKWE G., CAPOLINO G.-A., BAGHLI L., ABED A., RAZIK H., REZZOUG A., BACHIR S., TNANI S., CHAMPENOIS G.,
2 RS RIGE. Volume? n?/2? TRIGEASSOU J.-C., DEVAN-NEAUX V., DAGUES B., «Modélsaton de la machne asynchrone en vue de la survellance et du dagnostc», Journées SDSE, Lyon, 21, page 8. [FIL 94] FILLIPPITTI F., FRANCESHINI G., TASSONI C., VAS P., «Broken bar detecton n nducton machne: comparson between current spectrum approach and parameter estma-ton approach», IAS 94, New York, USA, 1994, p. 95-12. [HAR 82] HARGIS C., GAYDON B., KAMASH K., «The detecton of rotor defects n nducton motors», IEE ICEM, London, UK, 1982, p. 216-22. [HIR 94] HIRVONEN R., «On-lne condton montorng of defects n squrrel cage motors», ICEM 94, Pars, France, vol. 2, 1994, p. 267-272. [HSU 95] HSU J. S., «Montorng of defects n nducton motors through ar-gap torque observaton», IEEE Trans. on Industry Applcatons, Vol. 31, No.5, 1995, pp. 116-121. [JAC 98] JACO A., MAKKI A., YAHOUI H., GRELLET G., «Modellng of three phase asynchronous motors aplcaton to magnetc faults dagnostc», ICEM 98, Istanbul, Turkey, Vol 1, 1998, p. 443-447. [KLI 88] KLIMAN G. B., STEIN J., ENDICOTT R., MADDEN R., «Nonnvasve detecton of broken rotor bars n operatng nducton motors», IEEE Trans. on Energy Converson, vol. 3, no 4, 1988, p. 873-878. [KLI 92] KLIMAN G., STEIN J., «Methods of motor current sgnature analyss», Electrcal Machnes and Power Systems, vol. 2, no 5, 1992, p. 463-474. [LEG 96] LEGOWSKI S. E., SADRUL ULA A. H. M., TRZYNADLOWSKI A. M., «Instantaneous power as medum for the sgnature analyss of nducton motors».ieee Trans. on Industry Applcatons, Vol. 32, No.4, 1996, p. 94-99. [MAI 92] MAIER R., «Protecton of squrrel-cage motor utlzng nstantaneous power and phase nformaton» IEEE Trans. on Industry Applcatons, Vol. 28, No. 2, 1992, p. 376-38. [SCH 95] SCHOEN R., HABETLER T., KAMRAN F., BARTHELD R., «Effect of tme-varyng loads on rotor fault detecton n nducton machnes», IEEE Trans. on Industry Applcaton, Vol. 31, no 4, 1995, p. 9-96. [THO 1] THOMSON W.T, FENGER M., «Current sgnature analyss to detect faults n nducton motor drve», IEEE-IAS Magazne, vol. 7, no 4, 21, p. 26-34. [THO 3] THOMSON W.T, FENGER M., «Case hstores of current sgnature to detect faults nducton motor», Proceedng of the IEEE-IEMDC, Madson, Wsconsn, USA, p. 1459-1466. [TOL 2] : TOLIYAT H. A., «Condton montorng and fault dagnoss of electrc machnery», US Army Vetroncs Insttute 22 Wnter Workshop. [TRZ ] TRZYNADLOWSKI A. M., RITCHIE E., «Comparatve Investgaton of Dagnostc Meda for Inducton Motors : A Case of Rotor Cage Faults», IEEE Trans. on Industral Electroncs, Vol. 47, No. 5, 2, p. 192-199.
37% Comparason de technques de dagnostc 21 [VAS 94] VAS P., FILLIPPITTI F., FRANCESHINI G., TASSONI C., «Transent modellng orented to dagnostcs of nducton machnes wth rotor asymmetres», ICEM 94, Pars, France, 1994, p. 62-67. 8. Annexe P Pussance nomnale 3kW U(Y/ ) Tenson nomnale de lgne 23/4V f s Fréquence d'almentaton 5Hz p Nombre de pare de pole 1 D Damètre moyen 89 mm l Longueur 125 mm e Epasseur d'entrefer,172 mm N r Nombre de barre 28 N s Nombre de spre par phase 8 Rs Résstance d'une phase statorque 2,86 Ω Lsf Inductance de fute statorque,9594 H R b Résstance d'une barre rotorque 28,56 µω R e Résstance d'un anneau de court crcut 15,74 µω L b Inductance de fute d'une barre rotorque 1,27 µh L e Inductance de fute d'anneau de court crcut 1,27 µh J Moment d'nerte,23976 Kg.m 2 k Coeffcent de frottement 5 1-6 Nms