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Année Universitaire : 2011 / 2012 RÉPUBLIQUE ALGÉRIÈNNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAI

Année Universitaire : 2011 / 2012 RÉPUBLIQUE ALGÉRIÈNNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ DE M'SILA FACULTÉ DE TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE MEMOIRE DE FIN D'ETUDES EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPÔLME D'INGENIEUR D'ÉTAT EN GÉNIE-ÉLECTRIQUE OPTION : ÉLECTROMECANIIQUE THÈME Détection des défauts rotoriques et statoriques dans le moteur asynchrone à cage en utilisant les Techniques d’analyse FFT et DWT. Proposé et dirigé par : Présenté par : Mr. LAAMARI Yahia KASMI FATEH. MESSIKH MEHAMED SATTA AHMED REMERCIEMENT Tout d'abord louanges et merci à Dieu le tout puissant pour la volonté, la santé et la patience qu'il nous a donné durant toutes ces longues années d'études afin que nous puissions en arriver là. Nous tenons à remercier vivement notre encadreur Mr LAAMARI Yahia pour son aide, ses encouragements, ses observations avisées, ses précieux conseils tout au long de ce travail, et surtout pour sa disponibilité. Nous adressons aussi nos sincères remerciements à toute personne ayant apporté un plus à la réalisation de ce travail. KASMI FATEH DEDICACE Je dédie ce modeste travail A tout membre de ma famille grand et petit surtout mes parents, mes grands parents et mes frères. A tous les enseignants qui m’ont aidé de proche ou de loin pour être un jour un ingénieur d'état en Génie-Electrique A tous mes amis, surtout mes ami H.Yassine et B.Sami , A.Amer , R.Lazhar A tous les étudiants de Département de Génie-Electrique notamment les étudiants de 5 éme année promotion 2011/2012. KASMI FATEH REMERCIEMENT Remerciements à Dieu le tout puissant qui nous a aidé à réaliser ce travail. Nous tenons à remercier très vivement notre encadreur Mr. LAAMARI Yahia pour ses conseils, sa patience, ses directives enrichissantes et sa disponibilité. Nos remerciements vont aussi au président du jury et aux membres du jury examinateurs qui nous ont fait l’honneur de participer au jury de ce travail. Nous remercions tous ceux qui ont participé de près ou de loin à l'aboutissement de cette modeste étude, Surtout monsieur Mr : Barkati.S TABLE DES MATIERES Introduction générale :………………………………………………………..….......................1 Chapitre I : Etat de l'art sur le diagnostic des défaillances de la MAS. I.1. Introduction :………………………………………………………………………………... 3 I.2. Eléments de constitution de la machine asynchrone…………………………..……….…… 3 I.2.1 Le stator……………………………………………………………………….………..4 I.2.2 Le rotor………………………………………………………………………..………..4 I.3 Concepts généraux (Terminologie)……………..…………………………..……………….5 I.4 Procédure de détection et de localisation de défauts………………………...……………….6 I.5 Les différentes méthodes du diagnostic…………………………………………...…………8 I.5 .1 Méthodes de diagnostic internes………………………………………………………8 I.5.1.1 Méthodes de redondance analytique et matérielle………………………………...9 I.5.1.2 Méthodes de diagnostic à base de modèle mathématique……………………….9 I.5.1.2.1 Espace de parité……………………………………………………………10 I.5.1.2.2 Diagnostic par estimation paramétrique…………………………………...10 I.5.1.2.3 Le diagnostic à base d’observateurs………………………………………..11 I.5.2 Méthodes de diagnostic externes……………………………………………………..12 I.5.2.1 Diagnostic par réseaux de neurones………………………………………………12 I.5.2.2 Diagnostic par systèmes experts…………………………………………………..14 I.5.2.3 Diagnostic par logique floue……………………………………………………...15 I.5.2.4 Le diagnostic par reconnaissance des formes……………………………………16 I.5.2.5 Diagnostic basé sur le traitement des signaux……………………….…………...17 I.6 Présentation des différentes défaillances de la MAS à cage d’écureuil…………………….18 I.6.1 Les défauts dans les machines Electriques………………………………………….18 I.6.1.1 Les défauts statoriques………………………………………………………….19 A) Court-circuit entre spires…………………………………………………………19 B) Court-circuit entre phases………………………………………………………...19 I.6.1.2 Les défauts rotoriques…………………………………………………………...19 A) Les cassures de barres………………………………...…………………………..19 B) Ruptures d’anneaux……………………………………………………….………19 C) Excentricité statique et dynamique…………………….…………………………20 I.6.2 Les défauts mécaniques………………………………………………..…………….20 I.6.3 Défauts divers…………………………………………….………………………….21 I.6.6 Etude statistique……………………………………………………………………..21 I.7 Conclusion…………………………………………………………………………………...23 Chapitre II : Modélisation de la machine asynchrone à l’état sain. II.1. Introduction:………………………………………………………………………………..24 II.2 Description du modèle : ……………………………………………………………………24 II.3 Hypothèses simplificatrices:………………………………………………………………..24 II.4 Equations générales de la machine non saturée:……………………………………………25 II.5 Transformation de Park appliquée à la machine asynchrone triphasée:……………………27 II.6 Equations mécaniques :………………………………………………………………...…..30 II.7 Définition des différents référentiels :………………………………………………...……31 II.7.1 Référentiel fixe par rapport au stator :…………………………………………...…..31 II.7.1.1 Arrangement des équations :……………………………………………….…….31 II.7.2 Référentiel fixe par rapport au rotor :…………………………………………….….33 II .7.2.1 Arrangement des équations :……………………………….……………………34 II.7.3 Référentiel fixe par rapport au champ tournant :…………………………………….36 II.7.3.1 Arrangement des équations :……………………………………………………..36 II.8 Simulation :……………………………………………………………………………..…..38 II.8.1 Introduction:……………………………………………………………..…………..38 II.8.2 Présentation du logiciel de travail:…………………………..……………………….38 II.8.3 Simulation de la machine asynchrone alimentée en tension :…………..……………39 II.9 Conclusion:…………………………………………………………………………...…….43 Chapitre III : Modélisation de la MAS en tenant compte des défauts rotoriques. III.1. Introduction :……………………………………………………………………………...44 III.2. Modèle d’étude …………………………………………………………………………...45 III.3. Schéma multi enroulement équivalent :….……………………………………………….45 III.3.1. Calcul des inductances :……………………………………………………………45 III.3.1.1. Stator :…………………………………………………………………………..45 III.3.1.2. Rotor :…………………………………………………………………………..45 III.3.1.3. Stator Rotor :……………………………………………………………………47 III.3.2. Mise en équation :…………………………………………………………………..47 III.3.2.1. Stator :…………………………………………………………………………..48 III.3.2.2. Rotor : ……………………………………………………………………...…..50 III.4.La transformation de Nr grandeurs équilibrées vers deux grandeurs d,q:………………..54 III.4.1. La matrice de résistance du modèle dq équivalent :……………………………….57  Passage du modèle polyphasé au modèle biphasé : ................... ……………………..57 III.4.2. La matrice d’inductance du modèle dq équivalent : .............. ……………………..62  Passage du modèle polyphasé au modèle biphasé :……………………………...…….63 III.5. Simulation du modèle dq : ........................................................... …………..…………64 III.6.Conclusion: .................................................................................... ……………..………67 Chapitre IV : Modélisation de la MAS en tenant compte des défauts statoriques. IV.1. Introduction…………………………………………………………………….…………68 IV.2. Modélisation de la machine asynchrone en régime de défauts ………………………....68 IV.2.1 Modèle triphasé équivalent d'une machine asynchrone déséquilibré au stator…...68 IV.2.2 Définitions de la matrice de transformation………………………………………..70 IV.2.3 Transformation des équations du modèle triphasé …………………………….….70 IV.2.4 Equations mécaniques………………………………………………………….…...73 IV.3 Simulation de la machine asynchrone dans les régimes normaux et anormaux de fonctionnement ……………………………………………………………………….....…73 IV.3.1 Régime normal (en charge) ……………………………………………….…...……74 IV.3.2 Défaut de court-circuit entre spires (en charge) ……………………………….……74 IV.3.3 Présentation des résultats en régime sain……………………………………….…..75 IV.3.4 Présentation des résultats en régime défectueux……………………………..…...…76 IV.3.5 Commentaires………………………………..………………….…………....…….77 IV.4. Conclusion……………………………………………………….……………..…...…….78 Chapitre V : Diagnostic des défauts de la MAS par FFT et DWT. V.1 Introduction…………………………………………………………………………...……79 V.2 Différentes méthodes de traitement de signaux……………………………………...…….79 V.2.1 Le spectrogramme………………………………………………………………..…79 V.2.2 Analyse spectrale ……………………………………………………………...…....79 V.2.2.1 Rappels sur la transformée de Fourier……………………………..…………..80 V.2.2.2 Transformées de Fourier à Temps Continu Directe……………………………80 V.2.2.3 La transformation de Fourier à court terme (STFT)………………..……..…..81 V.2.3 Analyse temps-échelle …………………………………………………….…..…….82 V.2.3.1 La transformée en ondelettes…………………………………………….….….83 V.2.3.2 Transformée en ondelettes continue ……………………………………….…….83 V.2.3.3 Conditions d'application………………………………………………………..….84 V.2.3.4 Quelque type des ondelettes ………………………………………………..……..85 V.2.3.5 Transformée en ondelettes discrète (TOD)………………………………………..85 V.2.3.6 Algorithme de MALLAT……………………………………………………..……87 V.2.3.7 Décomposition en multi-niveau du signal ………………………………..………88 V.2.4 Etude comparative …………………………………………………………………….91 V.2.4.1 Application de la technique des Ondelettes (TOD) au diagnostic de la MAS……………………………………………………………………………………...…91 V.2.4.1.1 L’analyse du signal de courant statorique dans le régime permanent…………91 V.2.4.1.1.1 Résultats de simulation d'un fonctionnement avec machine saine………..91 V.2.4.1.1.2 Résultats de simulation d'un fonctionnement avec cassure d'une seule barre……………………………………………………………………………………...92 V.2.4.2 Analyse spectrale du courant statorique par STFT………………………….……94 V.2.4.2.1 Cas d’un moteur sain……………………………………………...…………....94 V.2.4.2.2 Cas d’un moteur avec deux barres adjacentes cassées……………………..…..95 V.2.4.2.3 Effet de nombre et de la position des barres cassées…………………….…….96 o résultats de simulation des défauts statoriques……………………………….….97 V.3 Discussion des résultats……………………………………………………………………..102 V.4 Conclusion ………………………………………………………………………………….102 Conclusion générale …………..……………………………………………………………….103 Notations Notations et symboles utilisés a, b, c : ………….Les axes triphasés. Va, Vb ,Vc :……..Tensions instantanées des phases statoriques. Ia, Ib, Ic : ………..Courants instantanés des phases statoriques. Vds, Vqs :………..Tensions statoriques d’axe direct et en quadratique. Ids, Iqs :…………..Courants statoriques d’axe direct et en quadratique. r :………………Vitesse de rotation de la machine. Cem :……………. Couple électromagnétique. Cr :……………..Couple résistant. Cf :……………...Couple de frottement. J :……………….. Moment d’inertie. M : ………………Mutuelle inductance entre phases du stator. L : ……………….Inductance propre d’une phase statorique. Rs : ………………Résistance d’une phase statorique. a  , b  , c  : …. .Flux instantanés des phases statoriques. :…………….…L’angle entre les axes triphasé et les axes biphasé. :…………….… L’angle entre le vecteur de courant I1 et l’axe de la phase ‘a’. :……………... La vitesse angulaire de rotation du système d’axes biphasé par apport au système triphasé. P () :……….…. Matrice de PARK. Hs :………….…..Le champ tournant statorique. Hr :………….…..Le champ tournant rotorique. AFNOR : ….……Association Française de Normalisation RNA : ………..….Réseau de Neurone Artificiel MAS:…………….Machine asynchrone. FOC :….…………Flux oriented control. FLC:……..………Fuzzy logic controller. s, r :……………….Indices correspondants au stator et au rotor. a, b, c :.…………. Indices correspondants aux trois phases a, b , c. d, q :………..……Axes correspondants au référentiel lié au champ tournant. Ls, Lr : ………..…..Inductances cycliques statorique et rotoriques par phase. ls=Ls-Lm : …….….Inductances de fuit statorique par phase. Notations ls=Ls-Lm :…….….Inductances de fuit rotorique par phase. Lm :………….…..Inductance mutuelle cyclique. Rs, Rr :……...……Résistances d’enroulement statorique et rotorique par phase. Ts=Ls/Rs :……….Constantes de temps statorique. Tr=Lr/Rr :………Constantes de temps rotorique. =1- r s 2 m L . L L .Coefficients de fuite totale. P :…………….…Nombre de paires de pôles. Tm :…….………..Couple électromagnétique. F :…………….…Coefficient de frottement. s , r  :………….Angles électriques statorique et rotorique. s , r  :….……..Pulsations électriques statorique et rotorique. gs  :……………Pulsation de glissement. r  :…………….Vitesse mécanique du rotor. V :………..……..Tension. I :…………….…Courant Tl :………….…..Couple de charge s , r , m :.…..Flux statorique, rotorique ou magnétisant WsWr :………….Respectivement les pulsations des alimentations statorique et rotorique W :……….…..…Pulsation mécanique du rotor fsfr :………….....Respectivement les fréquence statorique et rotorique Vs :……………...Tension applique au stator Vr :………………Tension applique au rotor Rr :………………Résistance d’une phase rotorique Ls :……………….Inductance propre d’une phase statorique Lr :……………….Inductance propre d’une phase rotorique M :………………Inductance cyclique mutuelle Ce :………………Couple électromagnétique de la machine Cr :………………Couple résistant J :………………..Inertie des masses tournantes F :……………….Coefficient de frottement visqueux  :………………Vitesse synchrone en rd/s snom  :………….Flux statorique nominal nom  :…………..Vitesse mécanique nominale Notations ref  :…………...Vitesse de référence IdsIqs :……………Courant statorique selon l’axe d, q IdrIqr :…………………..Courant rotorique selon l’axe d, q qs ds   :………...Flux statorique selon l’axe d, uploads/Sante/ theme-detection-des-defauts-rotoriques-et-statoriques-dans-le-moteur-asynchrone-a-cage-en-utilisant-les-techniques-d-x27-analyse-fft-et-dwt.pdf