etude et détection des courants de fuite haute fréquence ... · génération de bord dc :...
TRANSCRIPT
CRISIA Centre de Recherche de l’Institut Supérieur Industriel d’Arlon
Etude et détection des courants de fuite
haute fréquence sur les moteurs électriques
Projet MIARC
Chercheur ING. Steve Bartholomé
1. Contexte de la recherche
2. Les courants d’arbre
3. Une maintenance intelligente
4. Conclusion
Projet MIARC
Plan de la présentation
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Projet MIARC
Augmentation des dégradations des roulements ces dernières années Utilisation de variateurs de vitesses électroniques courants parasites dans les roulements
Frosting Flutting
1. Contexte de la recherche
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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
Objectifs de la recherche
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1. Contexte de la recherche
Différentes origines:
Dissymétries dans le flux magnétique de la machine
Phénomènes électrostatiques
Phénomènes hautes fréquences (à cause des variateurs de vitesses)
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2. Les courants d’arbre
Les origines des courants d’arbre
Vmc
t
t
t
t
Fm3
Fm2
Fm1
-E/2
E/6
-E/6
E/2
Vmc={Vvg + Vwg +Vug}/3
Tension de mode commun
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2. Les courants d’arbre
Les variateurs de vitesses
Projet MIARC
Projet MIARC
Hier : actionneurs, onduleur à transistor : du/dt qqs kHz
Aujourd’hui : Onduleur à IGBT: du/dt 500kHz 2MHz
Génération de bord DC : redresseur MLI
L’utilisation de l’électronique de puissance s’accroît dans les VFD
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2. Les courants d’arbre
Phénomènes hautes fréquences
Comportement en hautes fréquences
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2. Les courants d’arbre
Phénomènes hautes fréquences
Projet MIARC
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Couplages capacitifs parasites (= chemins de propagations
des perturbations de MC)
Nécessité de caractériser tous les couplages parasites de mode commun dans le système
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2. Les courants d’arbre
Courant de mode commun
Ecran
électrostatique
enterré 0
Capacité parasite
Semi-conducteurs
Isolant
Effets capacitifs dans l’IPM
Blingage
Phase
Cphase
Cblindage
Cblindage
Effets diélectriques et inductifs dans le câble
Capacités réparties dans les encoches, rotor/stator, inter-enroulements
Les effets Rayonnement des boucles
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2. Les courants d’arbre
Phénomènes hautes fréquences
Dégradation des roulements, des isolants, …
Projet MIARC
Différentes natures
Courant à la terre de l’arbre
Courant de circulation Courant de décharge capacitive (EDM)
B) Courant induit
A) Décharges capacitives
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2. Les courants d’arbre
Natures d’un courant d’arbre
Visualisation Oscilloscope: tension d’arbre
Phénomène
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2. Les courants d’arbre
A) Décharges capacitives
Projet MIARC
Modélisation
Dépendance
Vb > Vth
Vth ≈ rigidité électrique
• paramètres d’exécution (vitesse, charge,…) • lubrifiant (propriétés chimiques, viscosité, impuretés,
courant traversant,…)
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2. Les courants d’arbre
A) Décharges capacitives
Projet MIARC
Projet MIARC
Visualisation oscilloscope: tension d’arbre
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2. Les courants d’arbre
B) Courant induit
Projet MIARC
≈Icom . (Lb,fe + Rb,fe + Lb, air ) • du/ dt variateur •Cwf , Lb,fe + Rb,fe + Lb, air géométrie du moteur
Effet tunnel
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2. Les courants d’arbre
Modélisation
B) Courant induit
Dépendance
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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2. Les courants d’arbre
Solutions pour pallier aux courants d’arbre
Projet MIARC
Projet MIARC
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2. Les courants d’arbre
Corrective
• Palliative (Réparation à court terme, solution de secours)
• Curative (Réparation à long terme, stockage de pièces de rechange)
Préventive
• Systématique (Planification des tâches à exécuter) Outils: Analyse des modes de défaillance, cahier des charges
• 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,…
Proactive
• Management proactive (Empêcher la réapparition des défaillances par l’amélioration continue) Outils: Kaisen, 5S, Lean management, Six-sigma
• Proactive-adaptative ??? (Faire évoluer une application lorsque son environnement change)
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Les différentes maintenances
3. Une maintenance intelligente
Projet MIARC
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
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3. Une maintenance intelligente
Mode opératoire
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Tension d’arbre
10 1 20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120 Spectre de Vmc ( dBµV)
Fréquence ( Hz)
10 2
10 3
10 4
10 5
10 6
10 7
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Le module de surveillance
Courant d’arbre
Approche fréquentielle
Approche temporelle
3. Une maintenance intelligente
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
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4. Conclusion