| Titre : | Contribution au diagnostic de la machine asyncrone triphasée par une approche signal |
| Auteurs : | Khaled Yahia, Auteur ; Ammar Moussi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2012 |
| Format : | 149p / 30cm |
| Accompagnement : | cd |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Mots-clés: | Moteur asynchrone,Transformée de Fourier rapide (TFR),Transformée en ondelettes discrète (TOD),cassure de barres rotoriques,Excentricité mixte. Induction motor,Fast Fourier transform (FFT),Discrete wavelet transform (DWT),Broken rotor bars,Mixed eccentricity. الآلات الغير متزامنة ، تحويل فوريه السريع، التحويل المويجي المتقطع، انكسار القضبان، الانحراف المزدوج، العزم المتغير. |
| Résumé : |
La transformée de Fourier rapide (TFR) est une technique largement utilisée pour le diagnostic des défauts dans la machine asynchrone. Elle donne de bons résultats pour des fonctionnements à forte puissance ou à couple constant mais des difficultés apparaissent pour les fonctionnements à couple de charge, vitesse de rotation et tensions d’alimentation variables. Donc, la nécessité de trouver d’autres techniques de traitement de signal pour les signaux non stationnaires devient donc nécessaire.
Sur cette problématique, notre contribution est l’utilisation de la transformée en ondelettes discrète (TOD) des grandeurs électriques de la machine asynchrone en vue du diagnostic des défauts de cassure de barres rotoriques et d’excentricité mixte dans le cas des fonctionnements à couple de charge variable. D’après les résultats de simulation et expérimental, le diagnostic de ces défaut en utilisant la TFR devient très difficile et même erroné. En effet, les composantes caractéristiques de défaut ont fortement propagée dans des bandes fréquentielles larges et proportionnelles à la variation linéaire du couple de charge pour le cas de défaut de cassure de barres et ont diminué proportionnellement à la variation arbitraire du couple de charge pour le cas de défaut d’excentricité mixte. En plus, comme les valeurs instantanées du glissement ne peuvent pas être exactement définies, l'identification exacte de l’amplitude et de la position des composantes caractéristiques de défaut dans les spectres devient plus difficile. Dans ces cas, l’analyse par la TOD peut accomplir la tache du diagnostic de défaut en utilisant une analyse qualitative en suivant l’augmentation de l’énergie des signaux de détail prédéfinis et l’évolution particulière des composantes caractéristiques de défauts en fonction de la variation du couple de charge ou bien en utilisant une analyse quantitative à travers un facteur de sévérité de défaut (FSD). Fast Fourier transform (FFT) is a widely used technique for fault diagnosis in induction machines. It works well for high power or constant load torque operating conditions but difficulties arise in variable load torque, speed and supply voltages. Therefore, the need to find other signal processing techniques for non stationary signals becomes necessary. On this issue, our contribution is the application of discrete wavelet transform (DWT) to electrical signals of induction machine for broken rotor bars and mixed eccentricity faults diagnosis in the case of variable load torque. From the simulation and experimental results, the diagnosis of these faults using FFT becomes very difficult and even erroneous. Indeed, the fault characteristic components have widely spread in wide frequency bands that are proportional to the variation of the load in the case of broken rotor bars and decreased proportionally to the variable load torque in the case of mixed eccentricity. In addition, as the instantaneous values of slip cannot be clearly defined, the exact identification of the amplitude and position of the fault characteristic components in the spectra becomes more difficult. In these cases, DWT can accomplish the task of fault diagnosis using a qualitative analysis by analyzing the increase of the specific detail signals energy and the particular evolution of the fault characteristics components according to the variation in load torque or by quantitative analysis through a fault severity factor (FSF). تحويل فوريه السريع (TFR) هي طريقة واسعة الانتشار في تشخيص الاعطاب في الآلات الغير متزامنة. هذه الطريقة تعطي نتائج جيدة في حالات التشغيل باستطاعة كبيرة أو بعزم ثابت لكن الصعوبات تظهر في شروط التشغيل تحت العزم و سرعة الدوران و توترات التغذية المتغيرة. هذا يتطلب إيجاد طرق أخرى لمعالجة الإشارات الغير المستقرة. حول هذه المسألة، اضا فتنا تكمن في استعمال التحويل المويجي المتقطع (TOD) للمقادير الكهربائية للآلات غير متزامنة من اجل تشخيص اعطاب انكسار قضبان الدوار و لانحراف المزدوج للدوار في حالة التشغيل تحت عزم متغير . حسب النتائج المحاكاة و التجارب تشخيص الإعطاب باستعمال (TFR) لم يعط نتائج جيدة، المركبات المميزة للعطب توسعت في مجالات تواترية كبيرة جدا مصعبة التشخيص الجيد في حالات اعطاب انكسار القضبان ونقصت كثيرا في حالات الانحراف المزدوج. بالإضافة، بما إن القيم اللحظية للانزلاق لا يمكن أن تحدد بدقة، التحديد الجيد لطويلة و وضعية هذه المركبات أصبح صعب للغاية. في هذه الحالات، التحليل المويجي يمكن أن يكمل عملية التشخيص باستعمال التحليل النوعي بإتباع التطور الخاص لهذه المركبات بدلالة العزم أو بتحليل كمي باستعمال معامل شدة العطب (FSD). |
| Sommaire : |
I.1 : Machine asynchrone avec stator et rotor. 7
I.2 : Représentation schématique d’un stator d’une machine asynchrone..7 I.3 : Représentation schématique d’un rotor à cage d’une machine asynchrone.8 I.4 : Répartition du taux de panne dans les machines asynchrones. 9 I.5 : Exemples de dégâts dus au défaut de court-circuit statorique d’un moteur asynchrone. 9 I.6 : Exemple d’un défaut de cassure de barre d’un moteur asynchrone.10 I.7 : Exemple de dégâts aux stator et rotor dus au défaut de roulement d’un moteur asynchrone10 I.8 : Représentation de l’excentricité statique, dynamique et mixte. 14 II.1 : Pavage de la transformée de Fourier à fenêtre glissante (TFFG)…31 II.2 : Pavage de la Transformée en ondelettes (TO)..35 II.3 : Ondelette de Daubechies 4, db4 (a) et sa fonction d’échelle (b).37 II.4 : Principe de la décomposition par la transformée en ondelettes discrète au niveau n.38 II.5 : Réponses fréquentielles des fonctions d’odelettes de Daubechies, (a) db5, (b) db44.39 II.6 : Principe de la décomposition par la transformée en paquets ondelette au niveau 3.41 III.1 : Structure multi-enroulements du rotor.44 III.2 : Circuit électrique équivalent de la cage rotorique..45 III.3 : Machine asynchrone élémentaire.…48 Enroulement de la phase statorique A de la machine étudiée.50 5:Fonction de distribution et fonction d’enroulement de la phase statorique (a).51 III.6: Fonction de distribution et fonction d’enroulement de la maille rotorique rj …51 III.7 : Représentation schématique de l’excentricité statique.55 III.8 : Vitesse de rotation et couple électromagnétique du moteur asynchrone à l’état sain. III.9 : Courants statoriques et courant d’une barre rotorique du moteur asynchrone à l’état sain. III.10 : Spectre du courant statorique d’un moteur asynchrone à l’état sain..57 Banc d'essai expérimental.59 IV.2 : Rotors utilisés. .59 IV.3 : Caractéristiques électriques du moteur asynchrone avec une barre cassée en régime stationnaire pleine charge, (a) simulation, (b) expérimental.62 IV.4 : Signature du courant statorique a i , obtenue par la TFR, du moteur en régime stationnaire en pleine charge, haut : sain, bas : 01 BC, (a) simulation, (b) expérimental.64 IV.5 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par la TFR, du moteur en régime stationnaire en pleine charge, haut : sain, bas : 01 BC, (a) simulation, (b) expérimental.64 IV.6 : FSD, obtenu par la TFR, des méthodes utilisées pour un moteur fonctionnant en pleine charge avec quatre barres cassées.65 IV.7 : Signature de l’enveloppe du courant statorique (Env a i ), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime stationnaire en pleine charge, simulation, (a) sain, (b) 01 BC.67 Liste des figures 8 : Signature de l’enveloppe du courant statorique (Env a i ), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime stationnaire en pleine charge, expérimental, (a) sain, (b) 01 BC. 68 IV.9 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone régime stationnaire en pleine charge, simulation, (a) sain, (b) 01 BC.69 IV.10 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime stationnaire en pleine charge, expérimental, (a) sain, (b) 01 BC.70 IV.11 : FSD, obtenu par db44, des méthodes utilisées pour un moteur asynchrone fonctionnant en pleine charge avec quatre barres cassées.71 IV.12 : Profile du couple de charge variable utilisé dans les tests de simulation et expérimentaux. IV.13 : Caractéristiques électriques du moteur asynchrone avec une barre cassée en régime non stationnaire, (a) simulation, (b) expérimental.73 IV.14 : Signature du courant statorique a i du moteur asynchrone avec une barre cassée en régime stationnaire et non stationnaire, (a) simulation, (b) expérimental.74 IV.15. : Signature de la puissance active instantanée (PAI) du moteur asynchrone avec une barre cassée régime stationnaire et non stationnaire, (a) simulation, (b) expérimental.75 IV.16 : Signature du courant statorique en quadrature qs i , obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (a) sain.76 IV.16 : Signature du courant statorique en quadrature qs i , obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (suite), (b) 01 BC, (c) 04 BC.77 IV.17 : Signature du courant statorique en quadrature qs i , obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (a) sain, (b) 01 BC…78 IV.17 : Signature du courant statorique en quadrature qs i , obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (suite), (c) 04 BC…79 IV.18 : Signature du module de vecteur de Park (MVP), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (a) sain. .79 IV.18 : Signature du module de vecteur de Park (MVP), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (suite), (b) 01 BC, (c) 04 BC.80 IV.19 : Signature du module de vecteur de Park (MVP), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (a) sain, (b) 01 BC.…81 IV.19 : Signature du module de vecteur de Park (MVP), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (suite), (c) 04 BC….82 IV.20 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (a) sain….82 IV.20 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (suite), (b) 01 BC, (c) 04 BC…83 IV.21 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (a) sain, (b) 01 BC….84 IV.21 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (suite), (c) 04 BC…85 Liste des figures IV.22 : FSD, obtenu par db44, des méthodes utilisées pour un moteur asynchrone fonctionnant en régime non stationnaire avec quatre barres cassées…87 IV.23 : Energie des signaux de détail de la PAI obtenue par db44, (a) simulation, (b) expérimental…89 IV.24 : Signature, obtenue par la TFR, des signaux de détail d10, d11 et d12 décomposés par db1 (a) et db44 simulation.90 IV.25 : Signature, obtenue par la TFR, des signaux de détail d9, d10 et d11 décomposés par db1 (a) et db44 expérimental.90 IV.26 : FSD de la PAI en fonction de l’ordre de l’ondelette de Daubechies (db).91 V.1 : Banc d'essai expérimental…94 V.2 : Mécanisme spécial de changement de l’excentricité statique. .95 V.3 : Caractéristiques électriques du moteur asynchrone avec 16.7 % d’ES et 10 % d’ED en régime stationnaire à pleine charge, (a) simulation, (b) expérimental. 96 V.3 : Caractéristiques électriques du moteur asynchrone avec 16.7 % d’ES et 10 % d’ED en régime stationnaire à pleine charge, (suite), (a) simulation, (b) expérimental.…97 V.4 : Signature du courant statorique instantané a i , obtenue par la TFR, du moteur en régime stationnaire pleine charge, haut : sain, bas : 66.7 % ES et 10 % ED, (a) simulation, (b) expérimental.98 V.5 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par la TFR, du moteur en régime stationnaire à pleine charge, haut : sain, bas : 66.7 % ES et 10 % ED, (a) simulation, (b) expérimental..99 V.6 : FSD, obtenu par la TFR, des méthodes utilisées pour un moteur fonctionnant en pleine charge avec 66.7 % d’ES et 10 % d’ED.100 V.7 : Signature de l’enveloppe du courant statorique (Env a i ), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime stationnaire à pleine charge, simulation, (a) sain, (b) 66.7 % ES et 10 % ED.102 V.8 : Signature de l’enveloppe du courant statorique (Env a i ), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime stationnaire à pleine charge, expérimental, (a) sain, (b) 66.7 % ES et 10 % ED.103 V.9 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone régime stationnaire à pleine charge, simulation, (a) sain, (b) 66.7 % ES et 10 % ED.104 V.10 : Signature de la puissance active instantanée (PAI), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime stationnaire à pleine charge, Expérimental, (a) sain, (b) 66.7 % ES et 10 % ED. 105 V.11 : FSD, obtenu par db44, des méthodes utilisées pour un moteur asynchrone fonctionnant en pleine charge avec 66.7 % ES et 10 % ED.106 V.12 : Profile du couple de charge arbitrairement variable imposé dans les tests de simulation et expérimentaux.107 V.13. Caractéristiques électriques du moteur asynchrone avec 16.7 % d’ES et 10 % d’ED en régime non stationnaire, (a) simulation, (b) expérimental.108 V.14 : Signature du courant statorique a i (a) et de la puissance active instantanée (PAI) (b) du moteur asynchrone avec 66.7 % d’ES en régime non stationnaire, expérimental. 109 V.15 : Signature de l’enveloppe du courant statorique (Env a i ), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (a) sain, (b) 66.7 % ES et 10 % ED.111 Liste des figures V.16 : Signature de l’enveloppe du courant statorique (Env a i ), obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (a) sain, (b) 66.7 % ES.112 V.17 : Signature de la PAI, obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, simulation, (a) sain, (b) 66.7 % ES et 10 % ED.113 V.18 : Signature de la PAI, obtenue par db44, pour un moteur asynchrone en régime non stationnaire, expérimental, (a) sain, (b) 66.7 % ES.114 V.19 : FSD, obtenu par db44, des méthodes utilisées pour un moteur asynchrone fonctionnant en régime non stationnaire avec 66.7 % ES et 10 % ED.115 V.20 : FSD de la PAI en fonction de l’ordre de l’ondelette de Daubechies (db) en régime non stationnaire..116 V.21 : Signature, obtenue par la TFR, du signal de détail d8 de la PAI décomposé par db1 et db44, (a) simulation, (b) expérimental.117 VI.1 : Banc d'essai expérimental.120 VI.2 : Les rotors utilisés.121 VI.3 : Courants statoriques a i du moteur sain sous 80 % de la charge nominale: (a) alimenté par le réseau, (b) alimenté par le convertisseur. 121 VI.4 : Spectres du courant statorique a i du moteur sain sous 80 % de la charge nominale : (a) alimenté par réseau (g = 2.8%) , (b) alimenté par le convertisseur (g = 2.9%)122 VI.5 : Spectres du courant statorique a i du moteur avec une barre cassée sous 20 % de la charge nominale : (a)alimenté par le réseau (g = 0.9%) , (b) alimenté par le convertisseur (g = 0.9%)123 VI.6 : Spectres du courant statorique a i du moteur avec une barre cassée sous 80 % de la charge nominale : (a) alimenté par le réseau (g = 3.8%) , (b) alimenté par le convertisseur (g = 3.9%)124 VI.7 : Spectres du courants statorique a i du moteur avec une barre cassée alimenté par le convertisseur avec une fréquence de 30 Hz : (a) 20 % de la charge nominale (g = 0.83%) , (b) 80 % de la charge nominale (g = 3.33%).125 VI.8 : Spectres du courant statorique a i du moteur avec une barre cassée alimenté par le convertisseur avec une fréquence de 10 Hz : (a) 20 % de la charge nominale, (b) 80 % de la charge nominale 126 VI.9 : FSD pour différentes vitesses et charges du moteur pour le cas d’une barre cassée.127 VI.10 : Spectres du couple du moteur sain sous 80 % de la charge nominale: (a) alimenté par le réseau (g = 2.8%), (b) alimenté par le convertisseur avec une fréquence de 50Hz (g = 2.9%)128 VI.11: Spectres du couple du moteur avec une barre cassée sous 20 % de la charge nominale: (a) alimenté par le réseau (g = 0.9%), (b) alimenté par le convertisseur avec une fréquence de 50 Hz (g = 0.9%)129 VI.12. : Spectres du couple du moteur avec une barre cassée sous 80 % de la charge nominale: (a) alimenté le réseau (g = 3.8%); , (b) alimenté par le convertisseur avec une fréquence de 50 Hz (g = 3.9%).130 VI.13 : Spectres du couple du moteur avec une barre cassée alimenté par le convertisseur avec une fréquence de 20 Hz : (a) 20 % de la charge nominale (g =1.75%), (b) 80 % de la charge nominale (g = 3.25%)131 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0284 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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