| Titre : | Contribution au diagnostic de la machine asynchrone en présence de variation de charge |
| Auteurs : | abd elhamid Mabrouk, Auteur ; Salah Eddine Zouzou, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Machine asynchrone triphasée à cage,Cassure de barres,Variation du couple,Diagnostic,flux magnétique. |
| Résumé : |
RESUME :
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le diagnostic des défauts rotoriques dans une machine asynchrone en présence de variation de la charge. La technique d’analyse spectrale du courant statorique est la plus utilisée pour diagnostiquer les différents défauts dans les machines asynchrones. Les défauts rotorique induisent des anomalies dans le champ magnétique, qui conduisent à des harmoniques dans le courant statorique qui peuvent être des signatures de défauts. Cependant, une variation du couple de charge mécanique dans les moteurs électriques avec des oscillations multiple de la vitesse de rotation a pratiquement les mêmes signatures que certains défauts dans les machines asynchrones. Ces oscillations de charge produisent une modulation sinusoïdale dans le courant statorique (ambiguïté dans le spectre du stator) avec des modules qui peuvent être plus importante que ceux dues aux défauts rotorique. C'est pour éviter ces problèmes, que la recherche sur le plan mondial, s'emploie depuis plusieurs dizaines d'années à améliorer les méthodes de diagnostic. Parmi ces méthodes, nous avons exposé deux méthodes destinées à la distinction des défauts rotoriques des effets de la charge dans les machines asynchrones. Malgré ces avantages, ces méthodes ne sont pas utilisées pour détecter un défaut rotorique dans un moteur asynchrone triphasé en présence d’une variation de la charge. Plus récemment, des méthodes basées sur la mesure du flux magnétique avec un capteur inductif (search coil) placé autour d’une dent de stator ont été développées, ces méthodes sont capables d'effectuer un diagnostic en ligne des défauts rotoriques, même si le moteur entraine un couple de charge oscillatoire. Malgré tous ces avantages, la réalisation d'une bobine autour d'une dent de stator peut être considérée comme un inconvénient. Dans cette thèse, afin de pallier ce problème, un capteur basé sur la mesure de champ magnétique placé à l’extérieur de la machine est utilisé. Cela va nous permettre un diagnostic simple et non invasif des défauts rotoriques même en présence d’une variation de la charge. ABSTRACT : The work presented in this thesis relate to the diagnosis of rotor faults in induction machine with the presence of time varying load. Motor Current Stator Analysis (MCSA) are usually used to detect the broken bars. In several industrial applications, the motor is subjected to load torque variations of low frequencies, which have effects similar to rotor faults in the current spectrum and result of diagnostic procedure may be ambigues. Discriminating rotor cage fault from oscillating load effects in Induction motors must be considered. Several research works addressing this problem have been published, In this thesis, we exposed two of this methods to distinguish the rotor fault of the effects of the load in asynchronous machines. Despite these advantages, these methods are not used to detect a rotor fault in a three-phase asynchronous motor in the presence of a of time-varying loads. Previous research, concerning the use of external and internal search coils, has demonstrated the effectiveness of this technique for detecting different types of failures in ac rotating machines. For internal flux sensors, it has been demonstrated, that it is possible to detect rotor faults in either transient or steady-state operating conditions. Furthermore, fault detection is possible of the motor directly connected to the grid or to an inverter, and in the latter case, in opened or closed-loop operation. Despite all of these benefits, the use of internally mounted search coils is, highly invasive and is not a practical option for machines already installed. The need for a coil around a stator tooth might be considered as a drawback. In this thesis, in order to overcome this problem, a new diagnostic method to diagnose rotor faults in operating three phase induction motors under the presence of time-varying loads is presented. The proposed method is based on the analysis of the zero crossing time (ZCT) signal of the (emf) obtained from an external search coil, which allows perfect simple discrimination between the actual presence of rotor asymmetries and the spurious effects caused by the oscillations in the load torque. |
| Sommaire : |
Introduction générale……………………………………………………….. ……………...1
Chapitre I : Machine asynchrone et méthodes de diagnostic … ……...…………. ..……… 6 I Introduction.......................................................................................................................... 7 II Constitution de la machine asynchrone .............................................................................. 7 III Les principaux défauts dans la machine asynchrone à cage ............................................. 9 III.1 Etude statistique des défaillances de la machine asynchrone .................................... 9 III.2 Les défauts statoriques ............................................................................................. 11 III.3 Les défauts rotoriques .............................................................................................. 11 III.3.1 Les défauts de cassure de barres ......................................................................... 11 III.3.2 Les défauts d’excentricités .................................................................................. 12 III.3.3 Les défauts de roulements ................................................................................... 13 IV Méthodologies de distinction des défauts rotoriques d’effet de couple de charge ......... 16 IV.1 Méthodes de redondances analytique ....................................................................... 17 IV.1.1 L’estimation de paramètres du model de référence ........................................... 17 IV.1.2 La méthode de suivi de Vienne.......................................................................... 18 IV.2 Méthodes de connaissances ...................................................................................... 18 IV.2.1 Réseau de neurones............................................................................................ 18 IV.3 Méthodes par modélisation de signaux..................................................................... 19 IV.3.1 Détection d’information des harmoniques de séquence négative..................... 19 IV.3.2 Méthodes temps –fréquence............................................................................... 20 IV.3.3 Vecteurs de courant de Park............................................................................... 20 IV.3.4 Puissance active et puissance réactive ............................................................... 21 IV.3.5 Composante active et réactive du courant dans le repert αβ.............................. 22 IV.3.6 Flux d’entrefer.................................................................................................... 22 IV.3.7 Fluctuation angulaire de signal analytique......................................................... 24 V Traitement du signal......................................................................................................... 25 V.1 Série de Fourier ...................................................................................................... 25 V.2 Transformée de Fourier discrète............................................................................. 25 V.3 La transformée de Fourier rapide ........................................................................... 26 V.4 Théorème de Shannon ............................................................................................ 26 Sommaire II V.5 Phénomène de repliement de spectre ..................................................................... 26 V.6 Fuite spectrale......................................................................................................... 27 V.7 Fenêtre de Hamming .............................................................................................. 27 VI Conclusion ...................................................................................................................... 28 Chapitre II: Modélisation et simulation de la machine asynchrone triphasée a cage à l’état sain ………...........................................................................................................................29 I. Introduction....................................................................................................................... 30 II. La méthode des éléments finis....................................................................................... 30 II.1. Equations de maxwell et lois de comportement....................................................... 30 II.2. Le modèle employé .................................................................................................. 32 III. Le principe de la méthode des éléments finis ................................................................ 32 IV. Construction du modèle de la machine asynchrone....................................................... 33 IV.1. Présentation du logiciel Flux2D............................................................................. 33 IV.2. Procédure de construction du modèle par Flux2d.................................................. 35 IV.3. Création des matériaux........................................................................................... 38 IV.4. Le circuit électrique ............................................................................................... 39 IV.5. Les propriétés physiques et régions ....................................................................... 39 V. Résultats de simulation.................................................................................................... 40 VI. Conclusion ..................................................................................................................... 47 Chapitre III: Modelisation de cassure de barres et de la charge variable par la méthode des éléments finis………………………………… ………………………………………..…48 I Introduction........................................................................................................................ 49 II Modélisation de cassure de barres dans le modèle éléments finis de la machine asynchrone............................................................................................................................ 49 II.1 Effets de cassure de barre sur le courant statorique.................................................. 49 II.2 Prise en compte du défaut rotorique dans le model Flux 2D.................................... 50 II.3 Résultats de simulation............................................................................................. 51 III Modélisation de la variation de la charge dans le modèle éléments finis de la machine asynchrone............................................................................................................................ 56 Sommaire III III.1 Types des couples de charge ................................................................................... 56 III.1.1 Couples résistants en fonction de la vitesse ...................................................... 56 III.1.1.1 Charges à couple constant .......................................................................... 57 III.1.1.2 Charges à couple proportionnel à la vitesse ............................................... 57 III.1.1.3 Charges à couple proportionnel au carré de la vitesse ............................... 58 III.1.1.4 Charges inversement proportionnel à la vitesse......................................... 58 III.1.2 Couples résistants en fonction de l’angle.......................................................... 58 III.1.3 Couples résistants en fonction du parcours ....................................................... 58 III.1.4 Couples résistants en fonction du temps ........................................................... 58 III.1.4.1 Couple de charge oscillatoire à une fréquence unique............................... 59 III.1.4.2 Couple de charge périodique avec intermittent.......................................... 59 III.1.4.3 Couple de charge aléatoire avec commutations ......................................... 59 III.2 Effets d’oscillation de la charge sur le courant statorique ...................................... 59 III.3 Modélisation de la variation de la charge dans le model Flux 2D .......................... 64 III.4 Résultants de simulation.......................................................................................... 65 IV Conclusion ...................................................................................................................... 70 Chapitre IV: Distinction entre les défauts rotoriques et les effets de charge variables........ 71 I Introduction........................................................................................................................ 72 II Description du banc d’essai expérimental ........................................................................ 72 III Simulation pratique d’une variation de charge ............................................................... 75 III.1 Différents techniques pour simuler pratiquement une variation de charge............. 75 III.2 Simulateur de couple (MECASIM)......................................................................... 81 III.3 Couples utilisés dans les essais de simulation et expérimentaux............................ 82 III.3.1 Couples utilisés dans les essais de simulation................................................... 82 III.3.2 Couples utilisés dans les essais expérimentaux................................................. 83 IV Méthode de puissance active et réactive ......................................................................... 84 IV.1 Définition de puissance active et réactive............................................................... 84 IV.2 Puissance active et réactive dans cas d’un moteur sain .......................................... 85 IV.3 Puissance active et réactive dans le cas d’un défaut rotorique ou d’une variation de charge .................................................................................................................................. 85 IV.4 Résultats de simulation et expérimentaux............................................................... 87 Sommaire IV V Méthode de courant actif et réactif................................................................................... 92 V.1 Définition de courant actif et réactif......................................................................... 92 V.2 Courant actif et réactif dans le cas d’un moteur sain ............................................... 94 V.3 Courant actif et réactif dans le cas d’un défaut rotorique ou une variation de charge . .................................................................................................................................. 94 V.4 Résultats de simulation et expérimentaux ................................................................ 97 VI Conclusion .................................................................................................................... 101 CHAPITRE V: Diagnostic des défauts rotoriques par analyse du champ magnétique extérieur ……………………………………………………………………………………..102 I. Introduction..................................................................................................................... 103 II. L’utilisation du flux magnétique pour la surveillance et le diagnostic des machines asynchrones ........................................................................................................................ 103 III. Champ de dispersion .................................................................................................... 104 IV. Capteurs de champ magnetique ................................................................................... 106 IV.1. Capteur à effet Hall .............................................................................................. 106 IV.2. Capteur magnéto-résistif ...................................................................................... 106 IV.3. Capteur de type bobiné ........................................................................................ 107 V. Mesure de champ de dispersion .................................................................................... 108 VI. Effets de défaut rotorique sur le champ magnétique.................................................... 109 VII. Etude de champ magnétique à l’exterieur de la machine ........................................... 111 VIII. Effet de cassure sur le signal du capteur ................................................................... 114 IX. La méthode de détection des passages par zéro........................................................... 116 X. Conclusion..................................................................................................................... 121 Conclusion et perspectives générales ................................................................................ 122 Annexe A : Frein à poudre.................................................................................................. 126 Bibliographie...................................................................................................................... 1 |
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| TH/0776 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin |
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