Au-delà du multimètre, partie 1 : dépanner un variateur de fréquence avec un multimètre et un oscilloscope

Le multimètre numérique est le pilier du dépannage électrique et l'outil dont la plupart d'entre nous nous équipons en premier. Dans Au-delà du multimètre, nous donnons cinq exemples sur la manière d'utiliser un oscilloscope pour ensuite réaliser un dépannage plus rapide, plus facile et plus efficace.

La Partie 1 décrit le dépannage d'un variateur de fréquence (VFD).

Quel est le problème du variateur de fréquence ?

Le bon fonctionnement de nombreux processus industriels impose de maintenir en bon état de marche les variateurs de vitesse. Lorsqu'un voyant de panne s'allume et indique un problème, il est important de vite diagnostiquer le problème et de le régler.

Dans cet exemple, un variateur de vitesse sur un système critique a un voyant de panne allumé. Selon le variateur de fréquence, le code d'erreur est « F4 ». Vous contrôlez le code et voyez que cela signifie que le variateur a détecté un état de « sous-tension ». Le variateur s'est arrêté.

Est-ce que la panne provient du variateur, du moteur ou d'une tension d'alimentation déformée ?

Dépannage avec un multimètre

Vérifiez la tension d'entrée de ligne

Figure 1. Mesure de la tension de ligne à l'entrée d'un variateur de vitesse à modulation de largeur d'impulsions. La tension semble être normale.
Figure 2. La tension de bus DC relevée est inférieure à la valeur nominale, ce qui révèle un problème potentiel.
  • Un multimètre typique affichera des valeurs de tension moyennes ou RMS (Figure 1)
  • Selon le type de distorsion, la valeur affichée sur le multimètre peut ne pas révéler l'existence d'un problème.

Un multimètre numérique permet de vérifier la tension d'entrée de ligne. Mais selon le type de distorsion, un relevé de tension seul peut ne pas indiquer un problème éventuel. Le bruit, la distorsion ou des pannes transitoires peuvent tout simplement ne pas être détectables avec un multimètre.

Vérifiez la tension de bus DC du variateur de fréquence.

  • La tension de bus DC est-elle directement proportionnelle à la crête de la tension d'entrée de ligne ?
  • Recherchez toute distorsion ou erreur dans l'amplitude de crête de la tension de ligne pouvant provoquer une erreur de surtension ou sous-tension (la tension de bus DC du variateur à la Figure 2 s'avère environ 20 % en dessous de la valeur nominale de 160 V.)

Dans cet exemple, lorsque vous vérifiez la tension de bus DC du variateur, vous découvrez qu'elle est inférieure de 20 % environ à la valeur nominale. Vous avez affaire à un vrai problème. Mais remplacez-vous le régulateur du variateur, le moteur ou les deux ? Vous devez en savoir plus.

Dépannage avec un oscilloscope

Figure 3. Forme d'onde à l'oscilloscope, montrant une tension d'entrée de ligne à sommets plats.
Figure 4. Onde sinusoïdale de tension idéale

Vérifiez la tension d'entrée de ligne

  • Connectez un oscilloscope numérique à la phase et le fil de terre au neutre.
  • Dans cet exemple, la forme d'onde révèle des crêtes d'ondes sinusoïdales de forme plus arrondie qu'elles ne devraient l'être et presque « aplaties au sommet » (Figure 3).
  • Des formes d'onde comme celles de la Figure 3 n'ont pas le rapport tension de crête/tension efficace de 1,4 des ondes sinusoïdales bien formées.
  • La Figure 4 montre un circuit avec une forme d'onde de tension de ligne idéale (une onde sinusoïdale avec un rapport crête/efficace de 1,4).

Un oscilloscope peut vous permettre d'y voir plus clair. A l'entrée d'alimentation du variateur, vous connectez l'oscilloscope sur phase L1, L2 ou L3 et le conducteur de terre sur neutre. Dans cet exemple, un coup d'œil à la forme d'onde révèle des ondes sinusoïdales presque aplaties au sommet (Figure 3). Comparez-les à la forme d'onde représentée à la Figure 4 et vous pourrez clairement voir la différence.

Les formes d'onde aplaties au sommet sont souvent dues à des charges non linéaires liées au même circuit d'alimentation. Avec un oscilloscope, vous pouvez voir que le problème n'est dû ni au variateur de fréquence ni au moteur. L'oscilloscope montre une représentation graphique de l'amplitude, mais aussi toute distorsion, perturbation ou tout bruit pouvant influencer la forme d'onde, vous donnant les informations dont vous avez besoin pour dépanner, diagnostiquer et résoudre les problèmes.

En résumé

La distorsion de la forme d'onde de cet exemple est due à une charge non linéaire figurant sur le même circuit d'alimentation que le variateur de fréquence, et pas sur le variateur de fréquence ou le moteur.

Un multimètre numérique peut afficher des valeurs efficaces exactes ou d'amplitude de crête. Un oscilloscope peut afficher une représentation graphique de l'amplitude des valeurs crête ou efficaces, ainsi que les distorsions, perturbations ou tensions parasites figurant sur une forme d'onde.

Une image vaut vraiment mieux qu'un long discours.

Les oscilloscopes portables sont utilisés dans de nombreuses applications de dépannage sur le terrain, dans un éventail allant des systèmes électriques et électromécaniques aux systèmes de contrôle électroniques et industriels.