Cinq points de test importants pour comprendre l´efficacité et les performances des entraînements moteur

Les entraînements moteur sont une technologie très répandue pour transformer la tension constante de l´alimentation secteur en une tension qui varie pour contrôler le couple et la vitesse du moteur, idéale pour les moteurs qui entraînent des charges d'équipements mécaniques. Les entraînements moteur offrent une plus grande efficacité que les moteurs en ligne simples et un degré de contrôle qui n´est pas disponible sur les moteurs à entraînement direct simples. Ces facteurs se traduisent par des économies d´énergie, l´augmentation des performances de production et la prolongation de la durée de vie du moteur.

MDA Profile.jpg

Selon le ministère de l´Energie des Etats-Unis (DOE), les systèmes de moteur sont essentiels pour l´exploitation de la quasi-totalité des centrales, comptant pour 60 % à 70 % de toute l´électricité utilisée. Le DOE identifie également les variateurs de fréquence (VFD) comme source d´économies significatives pour les centrales. Il n´est donc pas surprenant que les entraînements moteur soient couramment utilisés dans de nombreuses industries et installations. Pour assurer la disponibilité de ces systèmes de moteur, la maintenance et le dépannage sont une priorité.

Défis pour tester les entraînements moteur

Le dépannage et le test des entraînements moteur, également appelés variateurs de fréquence (VFD), variateurs de vitesse (VSD) ou variateurs de vitesse (ASD), sont souvent effectués par des spécialistes à l´aide de différents instruments de test, dont des oscilloscopes, multimètres ou autres outils. Ces tests peuvent comporter un certain degré de tâtonnements, en utilisant le processus séculaire de l´élimination. En raison de la complexité des systèmes de moteur, les tests sont souvent effectués sur une base annuelle, à moins qu´un système ne commence à montrer des signes de défaillance. Il peut être difficile de déterminer où commencer les tests, compte tenu du manque d´historique de travail pour l´équipement ou de son caractère incomplet. Cela comprend la documentation relative aux tests et mesures spécifiques exécutés précédemment, les travaux effectués ou la condition en l´état des composants individuels. Les progrès de la technologie de tests ont éliminé certaines des difficultés. Les instruments plus récents, tels que les analyseurs d´entraînement moteur Fluke (MDA-510 et MDA-550) sont conçus pour renforcer l´efficacité et la précision des tests d´entraînement moteur, permettant en plus de documenter chaque étape du processus. Ces rapports peuvent être stockés et comparés aux tests ultérieurs afin d´obtenir un tableau général plus complet de l´historique de maintenance de l´entraînement moteur.

Un moyen plus facile de dépanner les VFD

Combinant les fonctions d´un multimètre, d´un oscilloscope portatif et d´un enregistreur avec les conseils d´un instructeur qualifié, ces analyseurs d´entraînement moteur avancés emploient des messages affichés à l´écran, des schémas de configuration clairs et des instructions étape par étape rédigées par des experts de l´entraînement moteur pour vous guider tout au long des tests essentiels. Cette nouvelle méthode pour décomposer et simplifier les tests complexes permet à un spécialiste expérimenté de l´entraînement moteur de travailler rapidement, et en toute confiance, pour obtenir les détails requis. Elle permet également aux techniciens moins expérimentés de démarrer plus rapidement les analyses d´entraînement moteur.

Pour s´attaquer à la cause profonde d´une défaillance d´un système d´entraînement moteur ou effectuer un contrôle de maintenance préventive habituel, il est préférable de réaliser un ensemble de tests et de mesures standard sur des points clés du système. En commençant par l´entrée d´alimentation, les tests clés avec des techniques de mesure et des critères d´évaluation différents sont réalisés dans l´ensemble du système, jusqu´à la sortie.

Voici les tests essentiels pour le dépannage des entraînements moteur :

Notez que les analyseurs d´entraînement moteur Fluke vous guident tout au long de ces tests et automatisent la plupart des calculs nécessaires ; vous savez donc que vous pouvez avoir confiance dans les résultats. De plus, vous pouvez enregistrer les données dans un rapport à pratiquement n´importe quel point de test, mettant à votre disposition de la documentation à charger sur un système informatisé de gestion de la maintenance (CMMS) ou à partager avec un collègue ou un expert consultant.

Remarque sur la sécurité : N´oubliez pas de toujours lire les consignes de sécurité du produit avant de commencer les tests. Ne travaillez pas seul et respectez les codes de sécurité locaux et nationaux. Utilisez un équipement de protection (gants en caoutchouc, masque et vêtements ininflammables réglementaires) afin d´éviter toute blessure liée aux électrocutions et aux explosions dues aux arcs électriques lorsque des conducteurs dangereux sous tension sont à nu.

Pour commencer chaque test avec un analyseur d´entraînement moteur Fluke, il suffit de brancher les sondes de test conformément au schéma, puis d´appuyer sur Next (Suivant).

Connexions phase à phase
Raccordements de mesures guidées pas à pas de l´entrée de l´entraînement

1. Entrée du variateur

L´analyse de l´alimentation entrant dans l´entraînement moteur est une excellente étape initiale pour déterminer si un circuit d'alimentation du variateur présente une distorsion, une perturbation ou un bruit susceptible d´affecter la mise à la masse de l'alimentation.

Tests

Comparez la tension nominale du variateur à la tension réelle fournie pour savoir rapidement si les valeurs sont dans les limites acceptables. Une valeur supérieure à 10 % hors plage peut indiquer un problème de tension d´alimentation. Déterminez si l´intensité reste dans la fourchette maximale et si les conducteurs ont la dimension appropriée.

  • Comparez la fréquence mesurée à la fréquence spécifiée. Une différence supérieure à 0,5 Hz risque de causer des problèmes.
  • Vérifiez si la distorsion harmonique reste à un niveau acceptable. Inspectez visuellement la forme d´onde ou visualisez l´écran de spectre harmonique qui affiche la distorsion harmonique totale et les harmoniques individuelles. Les formes d´onde à sommet plat, par exemple, peuvent indiquer une charge non linéaire connectée au même circuit d'alimentation. Si la distorsion harmonique totale (THD) est supérieure à 6 %, cela pose potentiellement un problème.
  • Vérifiez le déséquilibre de tension aux bornes d´entrée pour être sûr que le déséquilibre de phase n´est pas trop élevé (inférieur à 6 à 8 %), et que la rotation de phase est correcte. Une lecture de déséquilibre de tension élevée peut indiquer une défaillance de phase. Un relevé supérieur à 2 % peut entraîner un encochement de tension et peut provoquer le déclenchement de la protection contre les surcharges de l´entraînement ou perturber d´autres équipements.
  • Test pour le déséquilibre d´intensité. Un déséquilibre excessif peut indiquer un problème au niveau du redresseur de l´entraînement. Un déséquilibre de courant supérieur à 6 % peut indiquer un problème dans l´onduleur de l´entraînement du moteur et être problématique.

2. Bus DC

La conversion du courant alternatif en courant continu à l´intérieur de l´entraînement est cruciale. Il faut disposer d'une tension correcte et d'un lissage adéquat avec une faible ondulation pour des performances d'entraînement optimales. Une tension d´ondulation élevée peut indiquer une défaillance des condensateurs ou un dimensionnement incorrect du moteur connecté. La fonction d´enregistrement d´un analyseur de moteur Fluke de la série MDA-500 peut être utilisée pour contrôler de manière dynamique les performances du bus DC en mode de fonctionnement quand une charge est appliquée. Un outil de diagnostic ScopeMeter® Fluke ou un multimètre avancé peut être utilisé pour ce test.

Tests

Drive DC Bus DC Level1
Ondulation sur un bus DC
  • Déterminez si la tension de bus DC est directement proportionnelle à la crête de la tension d´entrée de ligne. A l´exception des redresseurs contrôlés, la tension doit être d´environ 1,31 à 1,41 fois la tension de ligne RMS. Un relevé de tension DC faible peut déclencher le variateur, ce qui peut être dû à une faible tension d´entrée du secteur ou une tension d´entrée déformée, par exemple un sommet plat.
  • Vérifiez l´absence de distorsion ou d´erreur dans l´amplitude de crête de la tension secteur. Cela peut provoquer une erreur de surtension ou de sous-tension. Un relevé de tension DC à +/- 10 % de la tension nominale peut indiquer un problème.
  • Déterminez si les pics de l´ondulation AC ont un niveau de répétition différent. Après la conversion du courant alternatif en courant continu, une légère composante d´ondulation de courant alternatif reste présente sur le bus DC. Les tensions d´ondulation supérieures à 40 V peuvent provenir d'un mauvais fonctionnement des condensateurs ou d'une puissance du variateur trop faible pour le moteur ou la charge connectés.
Drive Output Voltage Current1
Tension et courant sur la sortie du variateur

3. Sortie du variateur

Le test de la sortie d´entraînement est essentiel au bon fonctionnement du moteur et peut fournir des indices sur les problèmes au sein des circuits du variateur.

Tests

  • Déterminez si la tension et le courant sont dans les limites. Si le courant de sortie est élevé, le moteur peut surchauffer, ce qui diminue la durée de vie de l´isolation du stator.
  • Vérifiez le rapport tension/fréquence (V/Hz) afin de vous assurer qu´il est dans les limites spécifiées pour le moteur. Si le rapport est élevé, le moteur surchauffe ; si le rapport est trop faible, le moteur perd du couple. Une fréquence stable et une tension instable peuvent signaler des problèmes avec le bus DC ; une fréquence instable et une tension stable peuvent indiquer des problèmes de commutation (IGBT). Une fréquence et une tension instables indiquent des problèmes potentiels avec les circuits de commande de vitesse.
  • Vérifiez la sortie de l´entraînement, en particulier le rapport tension/fréquence (V/F) et la modulation de tension. Lorsque des mesures de rapport V/F élevées sont constatées, le moteur risque de surchauffer. Avec des rapports V/F faibles, le moteur connecté peut ne pas être en mesure de délivrer le couple requis à la charge pour effectuer correctement le processus prévu.
  • Vérifiez la modulation de la tension à l´aide de mesures phase à phase. Les pics de haute tension peuvent endommager l´isolation des bobines du moteur et provoquer le déclenchement du variateur. Les pics de tension supérieur à 50 % de la tension nominale sont problématiques.
  • Vérifiez la pente des impulsions de commutation indiquées par le relevé du variateur. Le temps de montée ou la pente des impulsions est indiqué(e) par le relevé dV/dt (taux de changement de la tension au fil du temps). Ce chiffre doit être comparé à l´isolation spécifiée du moteur.
  • Testez la fréquence de commutation avec signal phase DC. Déterminez s´il existe un problème potentiel avec l´électronique de commutation, ou avec la mise à la terre lorsque le signal flotte de haut en bas.
  • Mesurez le déséquilibre de tension, de préférence à pleine charge. Le déséquilibre ne doit pas dépasser 2 %. Le déséquilibre de tension provoque un déséquilibre de courant, susceptible d´entraîner une chaleur excessive dans l´enroulement du moteur. Les causes de déséquilibre peuvent inclure des circuits d´entraînement défectueux. Si l´une des phases est défaillante, ce phénomène, « perte de phase, » peut avoir les conséquences suivantes : le moteur peut surchauffer, ne pas démarrer après un arrêt, perdre nettement en efficacité, et potentiellement endommager le moteur et la charge connectés.
  • Mesurez le déséquilibre du courant, qui ne doit pas dépasser 10 % pour les moteurs triphasés. Un déséquilibre important lorsque la tension est faible peut traduire un court-circuit dans les enroulements du moteur ou des phases court-circuitées à la terre. Un déséquilibre important peut provoquer des déclenchements de l´entraînement, des températures élevées du moteur et des enroulements brûlés

4. Entrée du moteur

Il est essentiel que la tension soit fournie au niveau des bornes d´entrée du moteur, et le choix du câble pour l´entraînement au moteur est crucial. Un mauvais choix de câbles peut entraîner une détérioration de l´entraînement et du moteur en raison de la réflexion de pics de tension excessifs. Ces tests sont pour la plupart identiques à ceux de la sortie d´entraînement ci-dessus.

Tests

  • Vérifiez que le courant présent au niveau des bornes reste dans la plage de puissance nominale du moteur. Une surintensité peut entraîner une surchauffe du moteur et réduire la durée de vie de l´isolation du stator, ce qui peut entraîner la défaillance prématurée du moteur.
  • La modulation de tension permet d´identifier les pics de haute tension à la terre qui pourraient endommager l´isolation du moteur.
  • Déséquilibre de tension qui peut affecter sérieusement la durée de vie du moteur et signaler un onduleur défectueux. Cela peut entraîner un encochement de la tension et provoquer le déclenchement de la protection contre les surcharges.
  • Un déséquilibre de courant peut indiquer un déséquilibre de tension ou des problèmes de redresseur d´entraînement.
Ingénieur MDA

5. Tension d'arbre du moteur

Les impulsions de tension d´un entraînement moteur peuvent se coupler du stator du moteur à son rotor, ce qui engendre l'apparition d´une tension sur l´arbre du rotor. Lorsque cette tension sur l´arbre du rotor dépasse la capacité d´isolation de la graisse des roulements, des courants de flashover (étincelles) peuvent apparaître, et provoquer des piqûres et des striures sur la cage de roulement de moteur, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée du moteur.

Test

  • Mesurer la tension entre le châssis du moteur et l´arbre d´entraînement. Le MDA-550, par exemple, propose une sonde à balais en fibre de carbone à cet effet. Le test peut détecter facilement la présence de courants de flashover destructeurs. De plus, l´amplitude d´impulsion et le nombre d'événements vous permettront d´agir avant qu´une panne ne se produise.
MDA Close Up.jpg