CRISIA Centre de Recherche de l Institut Supérieur Industriel d Arlon Etude et détection des courants de fuite haute fréquence sur les moteurs électriques Chercheur ING. Steve Bartholomé Projet MIARC
2 Plan de la présentation 1. Contexte de la recherche 3. Une maintenance intelligente 4. Conclusion
1. Contexte de la recherche 3 Frosting Flutting Augmentation des dégradations des roulements ces dernières années Utilisation de variateurs de vitesses électroniques courants parasites dans les roulements
4 1. Contexte de la recherche Objectifs de la recherche Approfondir les connaissances sur les courants d arbre Mesures, compréhension, modélisation, quantification, Permettre une maintenance préventive sur les moteurs à l aide d un appareil de suivi des machines Stratégie, spécificités techniques, cahier des charges de l appareil
5 Les origines des courants d arbre Différentes origines: Dissymétries dans le flux magnétique de la machine Phénomènes électrostatiques Phénomènes hautes fréquences (à cause des variateurs de vitesses)
6 Les variateurs de vitesses Tension de mode commun Fm1 Fm2 t Fm3 t Vmc E/2 E/6 t Vmc={Vvg + Vwg +Vug}/3 -E/6 -E/2 t
7 Phénomènes hautes fréquences L utilisation de l électronique de puissance s accroît dans les VFD Hier : actionneurs, onduleur à transistor : du/dt qqs khz Aujourd hui : Onduleur à IGBT: du/dt 500kHz 2MHz Génération de bord DC : redresseur MLI
8 Phénomènes hautes fréquences Comportement en hautes fréquences
9 Courant de mode commun Couplages capacitifs parasites (= chemins de propagations des perturbations de MC) Nécessité de caractériser tous les couplages parasites de mode commun dans le système C blindage Semi-conducteurs Capacité parasite Isolant C phase Blingage 0 Ecran électrostatique enterré C blindage Phase Effets capacitifs dans l IPM Effets diélectriques et inductifs dans le câble Capacités réparties dans les encoches, rotor/stator, interenroulements
10 Phénomènes hautes fréquences Les effets Rayonnement des boucles Dégradation des roulements, des isolants,
Natures d un courant d arbre Différentes natures 11 Courant de circulation Courant de décharge capacitive (EDM) Courant à la terre de l arbre B) Courant induit A) Décharges capacitives
12 A) Décharges capacitives Phénomène Visualisation Oscilloscope: tension d arbre
13 A) Décharges capacitives Modélisation Dépendance Vb > Vth Vth rigidité électrique paramètres d exécution (vitesse, charge, ) lubrifiant (propriétés chimiques, viscosité, impuretés, courant traversant, )
14 B) Courant induit Visualisation oscilloscope: tension d arbre
15 B) Courant induit Modélisation Dépendance Icom. (Lb,fe + Rb,fe + Lb, air ) du/ dt variateur Cwf, Lb,fe + Rb,fe + Lb, air géométrie du moteur Effet tunnel
16 Solutions pour pallier aux courants d arbre Pour les courants BF ou HF, des solutions pour pallier aux courants d arbre existent. Ces solutions sont différentes en fonction de la nature et de l origine du courant d arbre.
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18 3. Une maintenance intelligente Les différentes maintenances Corrective Palliative (Réparation à court terme, solution de secours) Curative (Réparation à long terme, stockage de pièces de rechange) Systématique (Planification des tâches à exécuter) Outils: Analyse des modes de défaillance, cahier des charges Préventive Conditionnelle (Prévision des tâches en fonction de mesures, contrôles révélateurs de l'état de dégradation de l'équipement) Outils: Mesures vibratoires, thermographie, analyse d huile, Prévisionnelle (Prévision des tâches en fonction de l évolution des relevés) Outils: GMAO, Analyse AMDEC, Management proactive (Empêcher la réapparition des défaillances par l amélioration continue) Outils: Kaisen, 5S, Lean management, Six-sigma Proactive Proactive-adaptative??? (Faire évoluer une application lorsque son environnement change)
19 3. Une maintenance intelligente Mode opératoire Analyse du système Caractéristiques du moteur, caractéristiques du variateur, paramètres du câblage, Etablir le ou les seuils d alerte Module de surveillance Suivi continu des roulements Changer de vitesses moteurs en fonctions des résultats Implémenter une solution si aucun changement de seuils
20 3. Une maintenance intelligente Le module de surveillance Courant d arbre Tension d arbre Approche temporelle 120 Spectre de Vmc ( dbµv) 110 100 90 80 Approche fréquentielle 70 60 50 40 30 20 1 10 2 10 3 10 4 10 Fréquence ( Hz) 5 10 6 10 7 10
4. Conclusion 21 Analyse, mesures, modélisation des courants d arbre responsables de nombreuses défaillances moteurs Détermination d une méthodologie pour notre module qui peut visualiser l augmentation des courants d arbre et donc prédire une défaillance Conception du module électronique (capteur, transmission, communication, ) Stratégie de maintenance proactive-adaptative en fonction de la vitesse du moteur