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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUP

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ MENTOURI - CONSTANTINE FACULTÉ DES SCIENCES DE L'INGENIEUR DÉPARTEMENT D'ÉLECTROTECHNIQUE N° d’ordre : / Doc /2010 Série : / ELC /2010 MÉMOIRE DE THÈSE Présenté pour obtenir le diplôme de Doctorat en sciences En Electrotechnique Par OUMAAMAR Mohamed El Kamel Surveillance et diagnostic des défauts rotoriques de la machine à induction avec différents types d’alimentation Soutenu le : 14/06/2010 Devant le Jury : Président: Aissa BOUZID Prof. UM. Constantine Rapporteurs : Abdelmalek KHEZZAR Prof. UM. Constantine Hubert RAZIK Prof. UCB Lyon France Examinateurs: Abderrezak REZZOUG Prof. UHP Nancy France Med El Hadi LATRECHE Prof. UM. Constantine Salah Eddine ZOUZOU Prof. UMK. Biskra À la mémoire de mon regretté père Abdelkader Remerciements Le travail relatif à cette thèse s’est déroulé au sein des deux laboratoires, LEC sur le site de l’Université Mentouri de Constantine et au GREEN sur le site de l’Université Henri Poincaré de Nancy sous la direction du Docteur Abdelmalek KHEZZAR et du Docteur Hubert Razik. J’exprime toute ma gratitude à Monsieur Abdelmalek KHEZZAR, Professeur à l’Université Mentouri de Constantine, pour ses conseils et sa disponibilité sans faille, qui, à l’origine revient l’idée de travailler sur le diagnostic de la machine à induction. Je tiens à témoigner ma reconnaissance à Monsieur Hubert RAZIK, Professeur à l’Université Claude Bernard de Lyon et Monsieur Abderrezak REZZOUG, Professeur à l’Université Henri Poincaré de Nancy, pour leurs conseils pertinents. Je tiens à remercier particulièrement : Monsieur Aïssa BOUZID, Professeur à l’UMC, qui me fait l’honneur de présider ce jury. Messieurs LATRECHE, Professeur à l’UMC et ZOUZOU, Professeur à l’Université de Biskra, pour avoir accepté d’examiner ce travail. Ce travail a pu se dérouler dans un cadre favorable grâce à la gentillesse et la bonne humeur de mes collègues des deux laboratoires, je souhaite donc remercier Monsieur Rija ANDRIAMALALA pour l’aide qu’il m’a apporté dans l’expérimentation au GREEN. Ainsi que Monsieur Adel MEHEMLI pour sa participation à la réalisation du banc d’essai. À mon ami Djamil BOUKHERS pour ses encouragements et sa présence durant mes années d’étude. À toute personne ayant participé de près ou de loin à la réussite de ce modeste travail Enfin, j’exprime toute ma gratitude à ma famille et mes amis, pour leur patience et leur soutien moral Je dédie ce mémoire À ma femme et ma fille Inès À ma mère À mon frère et ma sœur À ma belle famille À tous ceux qui me sont très chers. SOMMAIRE Introduction générale Introduction générale Introduction générale Introduction générale 1 CHAPITRE I CHAPITRE I CHAPITRE I CHAPITRE I Synthèse expérimentale des méthodes de diagnostic Synthèse expérimentale des méthodes de diagnostic Synthèse expérimentale des méthodes de diagnostic Synthèse expérimentale des méthodes de diagnostic de la machine à induction de la machine à induction de la machine à induction de la machine à induction 3 I- Introduction 4 II- Construction de la machine à induction 4 II.1- Le stator 5 II.2- Le rotor 6 III- Intérêt du diagnostic 7 IV- Description des bancs d'essais 8 V- Diagnostic des défauts de la machine à induction 10 V.1- Les défauts statoriques : 10 V.2- Les défauts rotoriques 14 V.2.1- Excentricité statique 14 a) Analyse par courant statorique 15 b) Analyse par vibrations et bruits sonores 17 V.2.2- Les défauts de roulement 21 V.2.2.1- Défaut de bague extérieure: Analyse par courant statorique vibrations et bruits sonores 24 V.2.2.2- Défaut de billes : Analyse du courant statorique vibrations et bruits sonores 26 V.3- Les cassures de barres 29 V.3.1- Les vecteurs courants de Park 30 V.3.2- Analyse par tensions après déconnexion de l'alimentation 31 V.3.3- Analyse par vibrations et bruits sonores 33 V.3.4- Analyse par courant statorique 35 V.3.5- Analyse par tension de neutre-neutre 38 V.3.6- Analyse de la phase des spectres par la transformée de Hilbert 40 VI- Conclusion 42 CHAPITRE II CHAPITRE II CHAPITRE II CHAPITRE II Étude comparative par voie expérimentale entre les signatures Étude comparative par voie expérimentale entre les signatures Étude comparative par voie expérimentale entre les signatures Étude comparative par voie expérimentale entre les signatures de diagnostic dans le courant de ligne et la tension neutre de diagnostic dans le courant de ligne et la tension neutre de diagnostic dans le courant de ligne et la tension neutre de diagnostic dans le courant de ligne et la tension neutre- - - -neutre neutre neutre neutre 44 I- Introduction 45 II- Étude et analyse par voie expérimentale 45 II.1- Alimentation par réseau 47 II.2- Alimentation par onduleur de tension 62 II.3- Analyse des phases des courants et tension de neutre 71 par la transformée de Hilbert III. Conclusion 75 CHAP CHAP CHAP CHAPITRE III ITRE III ITRE III ITRE III Modèle multi Modèle multi Modèle multi Modèle multi- - - -enroulements de la machine à induction incluant la enroulements de la machine à induction incluant la enroulements de la machine à induction incluant la enroulements de la machine à induction incluant la tension de neutre avec prise en compte des harmoniques d’espace tension de neutre avec prise en compte des harmoniques d’espace tension de neutre avec prise en compte des harmoniques d’espace tension de neutre avec prise en compte des harmoniques d’espace 76 I- Introduction 77 II- Mise en équation du modèle 77 II.1- Les équations électriques : les tensions statoriques et rotoriques 78 II.2- Équations mécaniques 81 III- Modélisation des différentes inductances 81 III.1- L’approche de la fonction d’enroulement (WFA) 81 III.2- Inductances statoriques 84 III.3 - Inductances rotoriques 86 III.4- Inductances mutuelles statoriques et rotoriques 88 IV- Simulations et discussions 90 IV.1- Résultats de simulation et validation expérimentale 90 IV.1.1- Alimentation par réseau 90 IV.1.2- Alimentation par onduleur de tension 93 V- Conclusion 96 CHAPITRE IV CHAPITRE IV CHAPITRE IV CHAPITRE IV Diagnostic de la machine asynchrone par l’analyse de la tension Diagnostic de la machine asynchrone par l’analyse de la tension Diagnostic de la machine asynchrone par l’analyse de la tension Diagnostic de la machine asynchrone par l’analyse de la tension entre entre entre entre neutre neutre neutre neutres s s s avec avec avec avec alimentation équilibrée et déséquilibrée alimentation équilibrée et déséquilibrée alimentation équilibrée et déséquilibrée alimentation équilibrée et déséquilibrée 97 I- Introduction 98 II- Analyse fréquentielle de la tension de neutre 98 II.1- Composantes fréquentielles de la tension de neutre pour une machine à induction saine avec une alimentation équilibrée 99 II.2- Composantes fréquentielles de la tension de neutre pour la machine à induction saine avec une alimentation déséquilibrée 102 II.2.1- Sans prise en considération des ondulations de vitesse 102 II.2.2- Avec prise en considération des ondulations de vitesse 104 III- Fréquences de la tension neutre relatives aux dissymétries du rotor 107 IV- Validation expérimentale 111 V- Conclusion 117 Conclusion générale Conclusion générale Conclusion générale Conclusion générale 118 Bibliographie Bibliographie Bibliographie Bibliographie 120 Annexe Annexe Annexe Annexe 128 1 INTRODUCTION GÉNÉRALE INTRODUCTION GÉNÉRALE INTRODUCTION GÉNÉRALE INTRODUCTION GÉNÉRALE La surveillance et le diagnostic des défauts de fonctionnement de tout système sont devenus incontournables en raison des contraintes croissantes imposées par les exploitants. Ces défauts sont essentiellement dus aux échauffements excessifs, fatigue causée par les forces électromagnétiques et les contraintes de l’environnement que doit subir la machine à induction pendant son usage habituel. La caractérisation des défauts que peut rencontrer la machine a ouvert un très large champ d’étude. Il en est de même pour les méthodes de diagnostic qui sont nombreuses et variées car elles s’adaptent aux types de défauts rencontrés. Un effort important a été effectué concernant la modélisation des machines à induction en présence de quelques défauts comme la cassure des barres et / ou des anneaux, le court circuit et l’excentricité. Toutefois, le travail de la communauté scientifique se poursuit actuellement afin d’affiner les modèles dédiés au diagnostic par l’introduction de l’effet de l’encochage, de la saturation, et de la variation non uniforme de l’entrefer, … . Le mémoire comporte quatre chapitres. Le premier chapitre concerne la synthèse des méthodes de diagnostic de la machine à induction exploitée expérimentalement lors du présent mémoire. A partir des grandeurs mesurables, on peut extraire des informations relatives aux défauts de la machine tels que les défauts électriques (court-circuit, cassure de barres) et les défauts mécaniques (excentricité, défauts de roulement). Dans la suite du mémoire nous nous limiterons à l'étude des cassures de barres. Dans le deuxième chapitre, suite au passage en revue des différentes techniques de diagnostic des cassures de barres au premier chapitre, deux techniques attirent notre attention. Ce sont l’analyse du courant statorique et l’analyse de la tension de neutre machine - neutre réseau d'alimentation. 2 Cette dernière est basée sur l’analyse de la tension qui aura lieu entre le neutre du stator couplé en étoile et le neutre du réseau dans le cas d’une alimentation directe ou le neutre artificiel dans le cas d’une alimentation par onduleur de tension. L’analyse par la tension entre neutres, peu exploitée dans la littérature, peut donner des performances comparables à celles de l'analyse du courant voire meilleures, d’où l’étude comparative entre les uploads/Sante/ oum5805-pdf.pdf