Soutenance mémoire
Actuellement, le moteur à induction joue un rôle principal dans tous les secteurs industriels. avec l‟évolution des convertisseurs électroniques, et par conséquent, les variateurs électroniques de vitesse, le moteur à induction et en particulier le moteur asynchrone à cage qui s‟était déjà imposé dans les entraînements électromécaniques des divers procédés technologiques grâce à sa robustesse, sa simplicité de construction, et son faible coût , va dans le futur dominer la majorité des entraînements électriques. Cependant, l‟arrêt inattendu de moteur cause non seulement une coupure dans la chaine de production donc des pertes financières lourdes ; mais aussi des dégâts matériels et corporels sur tout dans les domaines sensibles ; donc la mise en œuvre d‟un system de maintenance préventive est devenue primordiale. Dans le présent chapitre nous définissons quelques notions utilisées dans le domaine de la maintenance et du diagnostic. Après cela, nous essayerons de présenter les principaux éléments qui entrent essentiellement dans la construction du moteur asynchrone à cage d‟écureuil et les défauts électriques et mécaniques et leurs causes qui peuvent affecter les différents organes et leurs causes probables.
Notions de base sur la sûreté de fonctionnement
La maintenance
De nos jours la réussite dans le monde industriel se repose essentiellement sur la continuité dans la chaine de production que l‟on peut assurer que par une bonne stratégie de la maintenance ; cette dernière a pour rôle de garantir la disponibilité des systèmes. D‟après la norme AFNOR (Association Française de Normalisation), la définition de la maintenance est la suivante : « La maintenance : ensemble des activités destinées à maintenir ou à rétablir un bien dans un état ou dans des conditions données de sûreté de fonctionnement, pour accomplir une fonction requise.» On peut citer les types de maintenance comme suit :
Maintenance corrective
Intervient après la détection et la localisation d‟un défaut.
Maintenance préventive
Maintenance effectuée dans l‟intention de réduire la probabilité de défaillance d‟un bien ou la dégradation d‟un service rendu. C‟est une intervention de maintenance prévue, préparée et programmée avant la date probable d‟apparition d‟une défaillance. Le plus souvent elle est systématique.
A. Maintenance systématique : c‟est-à-dire une maintenance préventive effectuée selon un échéancier établi suivant le temps ou le nombre d‟unités d‟usage.
B. Maintenance conditionnelle : alternative à la maintenance systématique, fait l‟objet d‟une demande croissante dans un grand nombre d‟applications industrielles. Cette maintenance est basée sur la surveillance en continu de l‟évolution du système, afin de prévenir un dysfonctionnement avant qu‟il n‟arrive. Elle n‟implique pas la connaissance de la loi de dégradation. La décision d‟intervention préventive est prise lorsqu‟il y a évidence expérimentale du défaut imminent, ou approche d‟un seuil de dégradation prédéterminé. Elle impose donc des traitements en ligne, au moins une partie.
Une anomalie
On définie l‟anomalie par une particularité non conforme à la loi naturelle ou logique .
Une défaillance
La défaillance est une anomalie de fonctionnement au sein d’un système physique.
Une panne
La panne est l’inaptitude d’un dispositif à accomplir une fonction requise. Une panne résulte toujours d’une défaillance .
Un défaut
Un défaut est une anomalie de comportement au sein du système. Ce concept est important dans les opérations de surveillance pour la conduite et la maintenance des processus industriels. Tout écart entre la caractéristique observée et la caractéristique de référence est considéré comme étant un défaut .
La surveillance
On peut la définir comme suite : La surveillance se réfère à la capacité de reconnaître un comportement anormal et de le signaler [4]. Donc c‟est l‟association de deux grandes fonctions qui sont la détection et le diagnostic.
La détection
Dans le domaine industriel on définie le terme détection par la classification des situations observables du système de fonctionnement comme étant normales ou anormales.
Le diagnostic
Le diagnostic n‟est applicable qu‟après l‟arrêt inattendu d‟une machine. La définition de ce dernier, adoptée par les instances internationales de normalisation (AFNOR, CEI), (Association Française de Normalisation), est la suivante: « Le diagnostic est l‟identification de la cause probable de la (ou des) défaillance(s) à l‟aide d‟un raisonnement logique fondé sur un ensemble d‟informations provenant d‟une inspection, d‟un contrôle ou d‟un test».
Étapes du diagnostic
La sélection de la méthode de diagnostic la plus appropriée à un système industriel donné ne peut se faire qu‟après un recensement des besoins et des connaissances disponibles. L‟inventaire des éléments à étudier est le suivant [6] :
– nature des causes de défaillances à localiser,
– connaissance des symptômes associés aux défaillances induites par les causes,
– maîtrise des moyens de mesure des symptômes,
– maîtrise des moyens de traitement des symptômes,
– connaissance des mécanismes physiques entre les causes et les effets,
– inventaire du retour d‟expérience,
– recensement des expertises disponibles,
– définition du niveau de confiance dans le diagnostic,
– identification des utilisateurs finaux du diagnostic.
Constitution de la machine asynchrone
La machine asynchrone triphasée à cage d‟écureuil est connue également sous le terme de moteur à induction .on se propose, dans cette section, de rappeler brièvement la constitution de la machine asynchrone. Cette description va nous permettre de mieux appréhender les défauts de cette machine, dans leur dimension physique. Selon que les enroulements du rotor sont accessibles de l’extérieur ou sont fermés sur eux- mêmes en permanence, on définit deux types de rotor : bobiné ou à cage d’écureuil. Les machines asynchrone peuvent se décomposer, du point de vue mécanique, en trois parties distinctes :
– le stator, partie fixe de la machine où est connectée l‟alimentation électrique ;
– le rotor, partie tournante qui permet de mettre en rotation la charge mécanique ;
– les paliers, partie mécanique qui permet la mise en rotation de l‟arbre moteur.
Le stator
Le stator de la machine asynchrone est constitue de tôles d’acier dans lesquelles sont placés les bobinages statoriques. Pour les petites machines, ces tôles sont découplées en une seule pièce, alors qu’elles sont découplées par sections pour les machines de puissance plus importantes. Ces tôles sont habituellement recouvertes de vernis pour limiter l’effet des courants de Foucault ; elles sont assemblées les unes aux autres à l’aide de rivets ou de soudures pour former le circuit magnétique statorique. Les enroulements statoriques sont placés dans les encoches prévues à cet effet. Ces enroulements peuvent être insères de manière imbriquée, ondulée ou encore concentrique.
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre I : Étude préliminaire en vue de la surveillance et du diagnostic du moteur à induction
I.1introduction
I.2 Notions de base sur la sûreté de fonctionnement
I. 2.1 La maintenance
I.2.1.1 Maintenance corrective
I.2.1.2 Maintenance préventive
A. Maintenance systématique
B. Maintenance conditionnelle
I.2.2 Une anomalie
I.2.3 Une défaillance
I.2.4 Une panne
I.2.5 Un défaut
I.2.6 La surveillance
I.2.7 La détection
I.2.8 Le diagnostic
I.2.9 Étapes du diagnostic
I.3 Constitution de la machine asynchrone
I.3.1 Le stator
I.3. 2 Le rotor
I .3.2.1 le rotor à cage
I.3.2.2 Rotor bobiné
I. 3.3 Les organes mécaniques
I. 3.3.1 Les paliers
I.4 Principe de fonctionnement d’un moteur à induction
I.4.1 Fréquence de synchronisme d’une MAS
I.4.2 Le couple
I.5 Principaux défauts du moteur à induction
I.5.1 Les Causes Des Défauts
I.5.2 Études statistiques des défauts de moteur triphasé à induction de moyenne puissance
I.5.3 Défaillances d’ordre électrique
I.5.3.1 Défaillances des circuits statoriques
I.5.3.2 Défaut de court-circuit entre spires
I.5.3.3 Défaut de court-circuit entre phases
I.5.3.4 Défaut de court-circuit entre phase et le bâti
I.5.3.5 Défaillances des circuits rotoriques
I.5.3.6 Rupture des barres
I.5.3.7 Rupture d’anneaux de court-circuit
I.5.3.8 Contact Rotor-Stator
I.5.4 Défauts électromagnétiques (Défaillances du Circuit magnétique)
I.5.5 Défauts mécaniques
I.5.5.1 Défaillances des paliers
A. Défaillances des flasques
B. Défaillances de roulement
I.5.5.2 Défauts de balourd
I.5.5.3 Défaut d’excentricité
I.5.6 Défauts de la charge
I.5.6.1. Classification des différents types de charge les plus rencontrés
I.5.6.2. Exemples de fonctionnements perturbateurs
I.6 conclusion
Chapitre II : Les méthodes de détection et de diagnostic des défauts des moteurs à induction
II.1 Introduction
II.2 Classification des méthodes de diagnostic
II.2.1 Diagnostic interne (approche modèle)
II.2.2 Approche Signal
II.2.2.1 Les grandeurs analysées par les méthodes de diagnostic
II.2.2.1.1. Diagnostic par l’analyse des vibrations mécaniques
II.2.2.1.2 Diagnostic par l’analyse du flux magnétique axial de fuite
II.2.2.1.3. Diagnostic par l’analyse des tensions statoriques induites
II.2.2.1.4. Diagnostic par l’analyse du couple électromagnétique
II.2.2.1.5. Diagnostic par l’analyse de la puissance instantanée
II.2.2.1.6. Diagnostic par l’analyse du courant statorique (MCSA)
II.2.2.1.7. Diagnostic par l’analyse de la tension de neutre
II.2.3 Approches modernes de diagnostic
II.2.3.1. Les systèmes experts
II.2.3.2. Les arbres de défaillances
II.2.3.3. Les réseaux de neurones artificiels
II.2.3.4. La reconnaissance des formes (RdF)
II.3 Analyse spectrale
II.3.1 Analyse spectrale en ligne
II.3.2 Méthodes de traitement des signaux
II.3.2 1. Transformation de Fourier discrète « TFD »
II.3.2. 2. Transformée de Fourier rapide « TFR »
II.3.2 .3 Périodogrammes
a. Périodogrammes simples
b. Périodogrammes modifiés
II.3.2.4 Méthode de Park-Hilbert (P-H)
II.3.2.5 La méthode de Prony
II.4 Conclusion
Chapitre III modélisation et simulation du moteur à induction
III.1 Introduction
III. 2 Modélisation du moteur à induction
III.2.1 État Sain
III.2.1.1 Équations électriques et magnétiques
III.2.1.1.1 Hypothèses simplificatrices
III.2.1.1.2 Équations de tensions
III.2.1.1.3 Équations des flux
III.2.1.1.4 Équation du couple électromagnétique
III.2.1.2 Transformation triphasé-biphasé
III.2.1.2.1 Transformation de Clarke
III.2.1.2.2 Transformation de Concordia
III.2.1.2.3 Transformation de Park
III.2.1.3 Transformation de Park appliquée à la machine asynchrone
III.2.1.4 Équations Électriques
III.2.1.5 Équations magnétiques
III.2.1.6 Expression du couple électromagnétique
III.2.1.7 équation mécanique
III.2.1.8 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension
III.2.2 État défectueux (cas de rupture de barres rotoriques)
III.2.2.1 Modèle Multi-enroulements
III.2.2.1.1 Équations de tensions au rotor
III.2.2.1.2 Equation globale de tension
III.2.2.1.3 Modélisation du défaut de cassure des barres
III.3 La simulation de la machine asynchrone à l’état sain et l’état défectueux
III.3.1 Bloc de simulation
III.4 Conclusion
Conclusion Générale
