Test en ligne des moteurs avec analyse de la signature électrique

Essai en ligne de moteurs électriques 101

L’analyse de la signature électrique (ESA) est une méthode d’essai en ligne dans laquelle les formes d’ondes de tension et de courant sont capturées pendant que le système de moteur fonctionne, puis, par le biais d’une transformée de Fourier rapide (FFT), une analyse spectrale est effectuée par le logiciel fourni. À partir de cette FFT, les défauts liés à l’alimentation, au circuit de commande, au moteur lui-même et à la charge entraînée sont détectés et peuvent ensuite être analysés à des fins de maintenance conditionnelle/maintenance prédictive. Notre instrument ESA est portable et fonctionne sur batterie.

Tous les systèmes d’analyse ESA requièrent des informations sur la plaque signalétique du moteur, à savoir la tension, la vitesse de fonctionnement, le courant à pleine charge et la puissance en chevaux (ou kW). En outre, des informations optionnelles telles que le nombre de barres de rotor et de fentes de stator, les numéros de roulements et les informations relatives aux composants de la charge entraînée, telles que le nombre de pales pour un ventilateur ou le nombre de dents pour une application de boîte de vitesses, peuvent être saisies en vue d’une analyse plus détaillée et plus précise.

Les essais en ligne sous tension fourniront des informations précieuses pour les moteurs à induction et à courant continu, les générateurs, les moteurs à rotor bobiné, les moteurs synchrones, les moteurs de machines-outils, etc. Étant donné que l’ESA est nouvelle pour de nombreuses personnes, le tableau ci-dessous illustre les capacités d’évaluation de l’ESA des principaux composants d’un système moteur.

Effectue également l’analyse de la qualité de l’énergie

• Enregistrement des données sur la qualité de l’énergie
• 3 canaux d’enregistrement de la tension et 4 canaux d’enregistrement du courant
• Capture de la forme d’onde d’événements ≥ ½ cycle
• Détection des événements transitoires ≥ 8 microsecondes
• Enregistrement des données énergétiques – Analyse harmonique jusqu’au 63ème (V & I)
• Graphiques de phase – Modèles de rapports prédéfinis et faciles à utiliser
• Rapport sur les économies d’énergie à l’aide d’une fonction d’analyse avant et après

Essais en ligne avec analyse de la signature électrique

ALL-TEST PRO OL II (ATPOL IITM)

• ESA
• Qualité de l’énergie
• Affaissement et gonflement
• Capture de la forme d’onde
• Enregistrement des données énergétiques

Candidatures retenues pour l’ASE

• Moteurs AC/DC
• Applications de l’entraînement par moteur
• Générateurs/alternateurs
• Moteurs de traction
• Moteurs de machines-outils
• Boîtes de vitesses
• Pompes et ventilateurs
• Pour la fiabilité
• Pour la mise en service
• Pour le dépannage

Le boîtier de connexion ALL-SAFE PROTM permet au technicien de recueillir des données de test en ligne sans ouvrir un panneau sous tension.

Détection automatisée des défaillances

L’exemple résumé ci-dessous concerne un moteur à induction à courant alternatif avec un rotor à cage d’écureuil.

Les données sont collectées au moyen de sondes de tension et de courant portables ou de boîtiers de connexion installés de manière permanente (ALL-SAFE PRO TM).

Les données collectées sont ensuite analysées par le logiciel fourni.

Les alarmes sont prédéfinies et des modèles de rapports automatiques sont fournis pour les moteurs à induction, synchrones et à courant continu, ainsi que pour les transformateurs.

Une ondulation excessive sur cette forme d’onde de tension indique des condensateurs défectueux dans cet entraînement de moteur à modulation de largeur d’impulsion. Pour plus d’informations sur les tests de moteurs PWM avec l’ESA, envoyez un courriel à [email protected].

Analyse de la puissance entrante

• Facteur de puissance
• Déséquilibre de courant et de tension
• Tension efficace par rapport à la plaque signalétique
• Tension et courant Facteur de crête et d’écrêtage
• Impédance de phase
• Puissance (apparente, réelle et réactive)
• Distorsion harmonique totale (tension et courant)

Analyse de l’alimentation du moteur

• Charge par rapport à la plaque signalétique
• THDF (Transformer Harmonic De-rating Factor)
• VDF (facteur de déclassement de la tension)
• Le produit du THDF et du VDF peut être utilisé pour le déclassement de la puissance.
• Puissance de la demande
• Total des harmoniques négatives, positives et de séquence zéro
• Rendement des moteurs à induction et à courant continu
  • * Peut être utilisé avec le logiciel Motor Master+ du ministère américain de l’énergie pour prendre des décisions de réparation ou de remplacement. MM+ calculera également le délai de récupération en cas d’adoption d’un moteur à haut rendement énergétique.

Analyse du moteur

• Fréquence de ligne
• Vitesse de course
• Fréquence de passage des pôles
• Santé du rotor
• Entrefer (excentricité statique et dynamique)
• Mauvais alignement/déséquilibre
• Stator électrique
• Stator mécanique
• Santé de la connexion de phase

Le logiciel d’analyse dispose d’une fonction de comparaison qui permet de superposer un spectre à un autre à des fins de comparaison. La figure ci-dessous montre le spectre FFT d’un moteur à vide, puis à 75 % de charge. Les petits pics bleus situés de part et d’autre du grand pic bleu correspondent à ce que l’on appelle la fréquence Pole Pass. Ces pics sont dus à de multiples ruptures de barres de rotor.

Analyse de la charge

Le système mécanique peut être analysé une fois les informations saisies dans le logiciel.

• Connexion directe
• Boîte de vitesses
• Ceinture
• Lame de ventilateur
• Roue

Plus de détails sur On-Line Analysis

L’une des principales opérations du logiciel ATPOL II consiste à effectuer une démodulation de la moyenne quadratique sur le signal porteur de la ligne électrique afin de fournir un moyen très sensible et sélectif d’extraire les signaux de courant de la charge du moteur. Cette démodulation du signal de courant brut élimine l’importante composante de fréquence de ligne pour permettre un rapport signal/bruit nettement amélioré pour les composants à l’origine de la modulation, tels que la vitesse de marche, le passage de la courroie, l’engrenage, etc.

De nombreuses indications de performance sont révélées dans les domaines du temps et de la fréquence qui fournissent les informations nécessaires pour déterminer la “santé” du moteur et l’impact de la charge fournie. Cela permet de “voir” la vitesse de fonctionnement réelle, la fréquence de glissement du moteur, la fréquence d’engrènement, les composants de la chaîne cinématique et les vitesses de rotation des engrenages.

Pour séparer les différentes fréquences, une transformée de Fourier rapide (FFT) est utilisée et le spectre de fréquence résultant est affiché à l’écran. Les pics de ce spectre correspondent aux vitesses de rotation des différents composants de la machine. Par exemple, dans le cas d’un ventilateur entraîné par un moteur électrique au moyen d’une courroie, les pics correspondent à la vitesse du moteur, à la fréquence de passage des pôles, à la vitesse du ventilateur et à la vitesse de la courroie. Si un réducteur est utilisé à la place d’une transmission par courroie, des pics spectraux apparaîtront à la vitesse de rotation des engrenages et aux fréquences d’engrènement des engrenages.

La hauteur de ces pics spectraux dépend de deux éléments : le niveau de courant global du moteur et l’amplitude des perturbations mécaniques provenant de la machine et détectées par le moteur. Les perturbations mécaniques commencent par des variations de couple et aboutissent dans le moteur à de petites variations de vitesse qui, à leur tour, provoquent les petites fluctuations de courant mesurées. Pour une vitesse globale constante, un changement dans la hauteur du pic de vitesse du ventilateur, par exemple, indiquerait une détérioration de l’état mécanique du ventilateur. L’observation de ces changements permet d’identifier facilement des défauts tels qu’un déséquilibre, un désalignement, une poulie d’entraînement usée ou un mauvais roulement. Par conséquent, après avoir pris des données de façon périodique, l’indicateur de fréquence est utilisé pour surveiller les machines entraînées par des moteurs électriques afin de donner une alerte précoce en cas de dégradation potentielle.

La principale différence entre l’analyse de la signature du courant du moteur (MCSA) et l’analyse de la signature électrique (ESA) est que, dans le cas de la MCSA, la FFT est effectuée sur la forme d’onde du courant uniquement et non sur la tension. Il est donc plus difficile de distinguer facilement et rapidement les problèmes liés à l’alimentation électrique entrante des problèmes liés au moteur et à la charge entraînée. Avec l’ESA, vous pouvez voir sur le même écran la FFT du courant et celle de la tension. Il suffit donc de comparer les spectres FFT de tension et de courant pour déterminer la source du défaut.

En général, si le pic est dominant dans le spectre de tension, alors la source de ce pic est entrante dans le moteur. Si le pic est dominant dans les spectres de courant, la source est liée au moteur ou à la charge.

Modèles de défaillance de l’ESA

Type de défaut :

Mécanique du stator : CF = RS x fentes du stator avec bandes latérales LF

Excentricité statique CF = RS x barres de rotor avec bandes latérales LF et 2LF

Déséquilibre mécanique / désalignement Un algorithme propriétaire est utilisé.

Excentricité dynamique CF = RS x barres de rotor Bandes latérales LF et 2LF avec bandes latérales RS

Électricité du stator (courts-circuits) CF = RS x fentes du stator Bandes latérales LF avec bandes latérales RS

CF= Fréquence centrale RS = Vitesse de marche LF = Fréquence de ligne