Etude et détection des courants de fuite haute fréquence ... · Génération de bord DC :...

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, …

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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

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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