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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 Abderrahmane Mira Bejaia Faculté de Technologie Département de Génie électrique En vue de l'obtention du diplôme de Master en Électrotechnique Option: Électromécanique Thème : Réalisé par : KHEMCHANE Nour TIZZAOUI Arezki Promotrice: Mme AZEZ Zina TECHNIQUE DE DIAGNOSTIC DES DÉFAUTS STATORIQUE D'UN MOTEUR ASYNCHRONE Promotion: 2016-2017 Remerciements Nos remerciements vont tout premièrement, le bon DIEU le tout puissant de nous avoir donné le courage, la patience et la santé durant toutes ces années et que grâce à lui ce travail a pu être réalisé. Nous tenons ainsi à exprimer nos vifs remerciements et notre profonde gratitude à madame AZEZ Zina pour les conseils précieux, les orientations, et l’aide qu’elle nous a accordé pour mener ce travail à terme. Nous remercions également les membres de juré d’avoir accepté d’examiner ce travail. Notre profonde reconnaissance et nos respects les plus distingués à l’ensemble des enseignants de la faculté de technologie de l’université de Béjaia, qui ont assuré notre formation tout au long de nos années d’études. Nous voudrions associer à nos remerciements toutes personnes qui ont contribué de près ou de loin à ce travail. A ce jeu, il est impossible de ne pas oublier des noms. On voudrait présenter d’avance nos excuses à ceux qui pourraient alors subir les affres de l’oubli. Dédicaces Je dédie ce travail : A ma très chère mère, pour son soutien et sa confiance, que Dieu, lui procure santé et longue vie. A mon défunt père, parti à l’éternité, mais qui a été toujours présent dans mon cœur, je lui rends un grand hommage. A ma grand-mère et a tout mes oncles A toute ma famille A tout mes amis (es) et collègues A tous ceux que j’aime Nour Dédicaces Je dédie ce travail : A mes très chers parents, pour leur soutien et leur confiance, que Dieu, leur procure santé et longue vie. A mes frères A mes sœurs A mes grands parents A toute ma famille A tout mes amis (es) et collègues A tous ceux que j’aime Arezki Sommaire SOMMAIRE Introduction ………………………………………………………………………...1 Chapitre I. Maintenance et diagnostic 1. Introduction ………………………………………………………………………….....3 2. Terminologie relative au maintenance et diagnostic ………………………………… 4 2.1 La maintenance ………………………………………………………………….. 4 2.1.1 Définition de la maintenance …………………………………………….4 2.2 Maintenabilité …………………………………………………………………......4 2.3 La maintenance et la vie de matériel ……………………………………………...4 3. Les différentes formes de maintenance ………………………………………………….4 3.1. Les concepts ………………………………………………………………………..4 3.2 Les méthodes ………………………………………………………………………5 3.2.1 La maintenance corrective …………………………………………………6 3.2.2 La maintenance préventive …………………………………………………7 3.2.2.1 La maintenance préventive systématique ………………………....7 3.2.2.2 La maintenance préventive conditionnelle ………………………..8 4. Niveaux de maintenance ………………………………………………………………..8 5. Les opérations de maintenance ………………………………………………………….11 5.1 Les opérations de maintenance corrective ………………………………………. 11 5.1.1 Le dépannage ………………………………………………………………11 5.1.2 La réparation ……………………………………………………………… 11 5.2 Les opérations de maintenance préventive ……………………………………….12 5.2.1 Les inspections ……………………………………………………………...12 5.2.2 visites ……………………………………………………………………….12 5.2.3 contrôles …………………………………………………………………….12 6. Diagnostic et surveillance ……………………………………………………………….12 6.1 Diagnostic ………………………………………………………………………..12 6.2 Défaut (panne, défaillance) ……………………………………………………….12 6.3 Disponibilité ……………………………………………………………………..12 6.4 Sécurité …………………………………………………………………………..13 6.5 Qualité ………………………………………………………………………… 13 6.6 Fiabilité …………………………………………………………………………..13 6.6.1 Définition …………………………………………………………………..13 6.6.2 Types de Fiabilité …………………………………………………………..13 6.7 Défaillance ……………………………………………………………………….13 6.7.1 Définition …………………………………………………………………13 6.7.2 Classification de la défaillance ……………………………………………14 7. Conclusion ……………………………………………………………………………….15 Chapitre II. Conception de la machine asynchrone 1. Introduction ……………………………………………………………………………..16 2. Machine asynchrone ……………………………………………………………………..16 2.1 Historique ………………………………………………………………………......16 2.2 Constitution du moteur asynchrone ………………………………………...………17 2.2.1 La carcasse ………………………………………………………………...17 2.2.2 Le stator (inducteur) ……………………………………………………...17 Sommaire 2.2.3 Le rotor (induit) …………………………………………………..............18 2.2.4 L’arbre ………………………………………………………....................19 2.2.5 Les ventilateurs …………………………………………….......................19 2.2.6 Le circuit magnétique ……………………………………..........................19 2.2.7 Les enroulements ……………………………………………....................20 3. Type de bobinage appliqué ……………………………………………………………...21 3.1 Bobinage statorique ……………………………………………………………..….21 3.2 Bobinage rotorique ……………………………………………………………..….21 4. Caractéristiques …………………………………………………………………….…....22 4.1 Fonctionnement à vide …………………………………………………………......22 4.2 Fonctionnement en charge ……………………………………………………….....22 5. Conclusion …………………………………………………………………………….....23 Chapitre III. Les défauts dans les moteurs asynchrones 1. Introduction …………………………………………………………………………….24 2. Principaux défauts de la machine asynchrone triphasée à cage ……………….....…….24 2.1 Défauts internes et externes ………………………………………………..………..24 2.2 Etudes statistique des défaillances de la machine asynchrone …………...…..…...26 2.2.1 Causes des défauts …………………………………………………...........27 2.2.2 Principaux défauts …………………………………………………..……..28 2.2.2.1 Défauts statoriques ………………………………………..….......29 2.2.2.2 Défauts rotoriques …………………………………………..……30 3. Défauts dans les enroulements statoriques ………………………………………..…...30 4. Les défauts de courts-circuits statoriques ………………………………………..…….31 4.1 court-circuit dans une phase ………………………………………………..…...32 4.1.1 Court-circuit spire- neutre ……………………………………….………..32 4.1.2 Court-circuit au milieu de la phase ……………………………….……....32 4.2 Court-circuit entre phases différentes …………………………………….….......33 5. Techniques du diagnostic ……………………………………………………………...34 5.1 Approche signal ……………………………………………………………….....34 5.1.1 Analyse des grandeurs électriques mesurables …………………………..34 5.1.2 Surveillance des fluctuations de la vitesse ……………………………....35 5.1.3 Surveillance du couple électromagnétique ……………………………....35 5.1.4 Surveillance du champ magnétique ……………………………………....35 5.2 Approche système ……...………………………………………………………...35 6. Conclusion ……………………………………………………………………………..36 Chapitre IV. Techniques et Méthodes de diagnostic du défaut statorique 1. Introduction ………………………………………………………………………….…37 2 Techniques de calcul de la composante inverse du défaut statorique ……………….…37 2.1 Introduction ……………………………………………………………………....37 2.2 Système triphasé déséquilibré et pollué …………………………………….…....38 2.3 Validation expérimentale ……………………………………………………..…..39 3. Analyse spectrale du vecteur courant ………………………………………………..…41 3.1 Transformée de Fourier discrète du vecteur courant …………………………......41 3.2 Validation expérimentale ………………………………………………………....43 4. Algorithme de Goertzel ………………………………………………………………...44 4.1 Validation expérimentale …………………………………………………..…….45 5. Analyse par la démodulation synchrone du vecteur courant ………………………..….46 Sommaire 5.1 Démodulation analogique ……………………………………………………..…47 5.1.1 Validation expérimentale …………………………………………….........47 6. Etude Comparative ……………………………………………………………………..48 7. Conclusion ……………………………………………………………………………...49 Conclusion générale………………………………………………………………….....50 Notation Symboles liés aux paramètres électriques et Magnétiques i1 ,i2, i3 : Système de courant triphasé. β α, : Un repère de coordonnées fixe. q d, : Un repère de coordonnées tournantes W : La matrice de rotation. : N Nombre d’échantillons. : t ∆ Pas d’échantillonnage temporel. f : La fréquence f ∆: Incrémentation fréquentielle (résolution spectrale). : max f Fréquence maximale du signal. FFT : La transformée de Fourrier rapide. DFT : La transformée de Fourrier discrète. d i : Vecteur d’espace de séquence direct. i i : Vecteur d’espace de séquence inverse. P : Nombre de paire de pôles. Z : La transformée en Z. ) (z H K : La fonction de transfert de l’algorithme de Goertzel. s : Glissement g : Glissement T : Durée d’observation I ) : Composante fondamentale à deux fois la fréquence statorique I ~ : Composante alternative due aux harmoniques ; 1 − I : Composante continue correspondant à la composante inverse h : Composante harmonique. K : Le rang d’harmonique. 3 / 2π j e a = : Opérateur définie une rotation de 2π / 3 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre s i : Le vecteur des courants statoriques. 1 − d i : La composante de séquence directe après le filtrage. 1 − q i : La composante de séquence direct après le filtrage. Ωs: Vitesse de rotation du champ magnétique tournant en rad.s-1. Notation Ω : Vitesse de rotation du rotor en rad.s-1. ns: Vitesse de rotation du champ tournant (tours.s-1). n : Vitesse de rotation du rotor (tours.s-1). φ : Phase statorique. RII : Réponse impulsionnelle infinie. Liste des figures Liste des figures Fig. I.1 : les méthodes de maintenance…………………………………………………….6 Fig. I.2 : Evolution du taux de défaillance en fonction du temps………………………...14 Fig. II.1 : Photo de deux stators terminés………………………………………………….17 Fig. II.2: Rotor de la machine asynchrone………………………………………………...18 Fig. II.3 : Eléments de constitution d’une machine asynchrone à cage d’écureuil………...20 Fig. II.4: Photo d'une machine asynchrone de 5,5KV avec le stator et le rotor qui la Constituent ……………………………………………………………………...22 Fig. III.1 : Causes internes de défauts de la machine asynchrone triphasée à cage………..25 Fig. III.2 : Causes externes de défauts de la machine asynchrone triphasée à cage……….25 Fig. III.3 : Répartition des causes des défauts pour une machine asynchrone…………….27 Fig. III.4 : Facteurs aggravant le défaut. ………………………………………………….28 Fig. III.5 : Répartition des défauts………………………………………………………...29 Fig. III.6 : Répartition des défauts stator………………………………………………….29 Fig. III.7 : Répartition des défauts rotoriques……………………………………………..30 Fig. III.8 : Représentation des différents défauts statoriques possible……………………31 Fig. III.9 : Courants statoriques du défaut de courts-circuits inters spires- neutre………..32 Fig. III.10 : Courants statoriques du défaut de courts-circuits au milieu de la bobine……...33 Fig. III.11 : Courants statoriques du défaut de courts-circuits entre phases différentes…....33 Fig. IV.1 : Vecteur courant statorique pour un moteur sain alimenté par une tension idéal……………………………………………………………………………..39 Fig. IV.2 : Vecteur courant statorique pour un moteur ayant un court-circuit entre spires d’une phase statorique de 30%............................................................................40 Fig. IV.3 : Vecteur courant sain (a) et déséquilibré (b) …………………………………...40 Fig. IV.4 : Exemple de spectre d’un vecteur d’espace de courants déséquilibrés………….41 Fig. IV. 5: Spectre du vecteur courant statorique sain……………………………………..43 Fig. IV.6: Spectre du vecteur courant statorique déséquilibré de 30%..................................44 Fig. IV.7 : Représentation graphique de la fonction de transfert de l’algorithme de Goertzel.................................................................................................................45 Fig. IV.8 : Extraction de la composante inverse de déséquilibre par l’algorithme de Goertzel………………………………………………………………………..45 Fig. IV.9: Démodulation analogique du vecteur courants statorique……………………..47 Fig. IV.10: Extraction de la composante inverse par la démodulation analogique du vecteur statorique……………………………………………………………………...47 Liste des tableaux Liste des tableaux Tableau 1 : Niveaux de maintenance (norme AFNOR)…………………………………....11 Tableau. 1 : Tableau comparatif des différentes techniques. ……………………………...48 Introduction générale Introduction générale 1 Introduction générale Les industriels sont de plus en plus confrontés à la sûreté de fonctionnement des outils de production. Cette demande en termes de sûreté est motivée par des impératifs de production et se trouve actuellement au niveau des cahiers de charges uploads/Sante/ technique-de-diagnostic-de-defauts-statorique-d-x27-un-moteu-asynchrone.pdf