Nous allons étudier en détail le premier segment d'un système de moteur et variateur triphasé typique : depuis l'alimentation secteur de l'entrée du variateur au variateur lui-même, en se concentrant sur les mesures d'entrée. Cette note d'application relie les problèmes courants aux mesures effectuées pour les diagnostiquer. Nous vous montrons les outils à utiliser dans une situation donnée, et comment en tirer parti pour effectuer un dépannage plus rapide et précis.
Voici les différents blocs d'un système de moteur et variateur triphasé type (Figure 1) :
- Tout d'abord, l'entrée du variateur est la puissance AC qui entre dans le variateur depuis le secteur.
- Ensuite, le variateur et sa sortie, où le convertisseur AC/DC, le filtre DC et l'onduleur DC/ACfournissent l'alimentation triphasée au moteur.
- Enfin, le moteur et la transmission elle-même.
Notez que cet article traite du dépannage des moteurs et variateurs triphasés. Le contenu ne s'applique pas aux moteurs monophasés.
Introduction aux mesures d'entrée
Lorsque l'on doit dépanner un système aussi complexe qu'un système de moteur et variateur, il est parfois difficile de savoir par où commencer. En commençant par vérifier la tension, le courant et la fréquence d'alimentation, vous pouvez exclure des problèmes qui concernent le variateur de vitesse ou les disjoncteurs. Ceci permet de gagner du temps et de résoudre plus rapidement le problème. De plus, en identifiant des conditions de sous-tension ou de surtension, vous pouvez éviter le déclenchement intempestif des disjoncteurs du variateur de vitesse et des dommages éventuels au système lui-même.
Vous pouvez effectuer des mesures d'entrée à plusieurs endroits. La Figure 2 indique différents points d'entrée, du point d'alimentation électrique principal au sous-panneau ou au sectionneur en passant par l'entrée d'alimentation du variateur. Chacun de ces points de mesure peut potentiellement apporter différents résultats, car les points de mesure peuvent être affectés par d'autres charges sur les circuits.
Trois raisons justifient la pratique des mesures d'entrée :
- Pour confirmer que la puissance est suffisante pour alimenter le système de moteur et variateur.
- Pour confirmer que la qualité de la puissance est adaptée.
- Pour s'assurer que la charge du variateur n'affecte pas la qualité de la puissance dans l'ensemble du système. Par exemple, pour vérifier que le variateur de vitesse ne génère pas d'harmoniques ou ne crée pas de creux qui pourraient perturber le fonctionnement d'autres éléments.
Il est conseillé de commencer votre diagnostic par le côté entrée du variateur de vitesse, car la tension, le courant et la fréquence de l'électricité qui alimente un système de moteur à vitesse variable peut affecter son fonctionnement à court terme et sa durée de vie et sa fiabilité dans le long terme.
Que sont la tension, le courant et la fréquence nominaux ?
La tension, le courant et la fréquence nominaux d'alimentation sont les trois mesures principales concernant la tension fournie au variateur de vitesse en conditions normales de fonctionnement. En général, « nominal » signifie « nommé ». La tension nominale est donc la tension nommée (ou certifiée) d'un équipement électrique, autrement dit, la tension à laquelle l'appareil est conçu pour fonctionner. Les valeurs réelles peuvent être différentes des valeurs nominales ; les valeurs nominales constituent une base de comparaison avec les mesures que vous effectuez.
En commençant par l'entrée du variateur de vitesse, mesurez la tension, le courant et la fréquence, puis comparez vos mesures aux valeurs nominales. (Les valeurs nominales sont des valeurs attendues, par exemple, 480 volts pour une ligne de 480 volts, le courant indiqué sur la plaque signalétique du moteur, et une fréquence de 50 ou 60 Hz, selon la localité).
Vous pouvez effectuer ces mesures à l'aide d'un multimètre numérique et d'une pince de courant, de la même manière que sur un circuit monophasé, mais effectuer ces mesures à l'aide d'un analyseur de qualité du réseau triphasé rend la tâche plus facile (Figure 4). Mesurer les trois phases en même temps peut également révéler des interactions entre les phases qui ne peuvent pas être détectées avec des mesures monophasées. Veillez à connecter correctement l'analyseur de qualité du réseau électrique en fonction du type de circuit (étoile ou triangle).
L'écart acceptable par rapport à la valeur nominale diffère en fonction de la localité, mais en règle générale :
- La tension doit se situer dans une proportion de plus ou moins 10 % de la valeur nominale.
- L'intensité ne doit jamais dépasser la valeur indiquée sur la plaque signalétique de la charge.
- La fréquence doit se situer à 0,5 Hz de la valeur nominale.
Évaluation des mesures
- Si la tension est constamment trop élevée, contactez le fournisseur d'électricité (Figure 5).
- Si la tension est trop faible, vérifiez que le circuit local n'est pas surchargé. Pour cela, comparez vos mesures d'intensité avec la valeur du disjoncteur. Si l'intensité mesurée se situe dans la gamme du disjoncteur, vérifiez la taille du câble d'alimentation du variateur pour vous assurer qu'il est conforme aux exigences du NEC.
- Si vos mesures de tension se situent dans la gamme acceptable et que le circuit semble configuré correctement, mais qu'il reste encore des problèmes, par exemple si le variateur de vitesse se met à zéro ou si les disjoncteurs s'ouvrent, il y a peut-être des problèmes intermittents d'alimentation. Pour détecter les problèmes qui s'étendent sur une période de temps plus longue que les mesures effectuées initialement, utilisez votre analyseur de qualité du réseau électrique ou un enregistreur de qualité de l'énergie pour enregistrer toute perturbation de qualité d'énergie sur le circuit sur une période de mesure plus longue ou jusqu'à la prochaine défaillance.
- Si toutes les mesures de tension, de courant et de fréquence se trouvent dans la gamme acceptable, vérifiez s'il existe un déséquilibre d'intensité et de tension.
Déséquilibre de tension et de courant
Idéalement, les tensions mesurées sur chaque phase d'un système triphasé doivent être les mêmes. Cela s'applique également aux mesures decourant. Les déséquilibres de tension ou de courant pouvant provoquer des temps d'arrêt ou des dommages au variateur de vitesse, il est capital d'apprendre à interpréter ces mesures (Figure 6).
Exprimer la quantité de déséquilibre de tension ou de courant en pourcentage vous permet de décrire la taille du problème de manière simple et rapide grâce à un simple nombre. Pour obtenir le pourcentage de déséquilibre, divisez la plus grande déviation mesurée sur une phase par la moyenne des trois phases et multipliez par 100. Par exemple, si vous mesurez 480 V, 485 V et 490 V, la tension moyenne est de 485 V et la plus grande déviation est de 5 V. Cinq volts divisés par 485 volts font 0,01, ce qui donne 1 % de déséquilibre de tension, une fois multiplié par 100.
Un déséquilibre de tension aussi infime que 2 % au niveau de l'entrée du variateur de vitesse peut causer des variations brutales de tension, et un courant excessif dans une ou plusieurs phases en direction du moteur. Un déséquilibre de tension peut également provoquer le déclenchement de la protection contre les surcharges du variateur de vitesse.
Le déséquilibre du courant est une mesure de la différence du courant consommé par un moteur sur chaque colonne d'un système triphasé. Corriger le déséquilibre de courant aide à prévenir la surchauffe et la détérioration de l'isolement de l'enroulement moteur. Les consommations de chaque colonne doivent être égales ou quasiment égales. L'une des causes du déséquilibre de courant est le déséquilibre de tension, qui peut provoquer un déséquilibre de courant démesuré par rapport au déséquilibre de tension. Lorsqu'un déséquilibre de courant se produit en l'absence d'un déséquilibre de tension, recherchez une autre cause au désequilibre de courant, par exemple, une isolation défectueuse ou un court-circuit d'une phase avec la terre. Le déséquilibre de courant est calculé de la même manière que le déséquilibre de tension. Il correspond à 100 fois la variation maximale du courant par rapport à la moyenne, divisé par le courant moyen des trois phases. Donc, si le courant mesuré est de 30 ampères, 35 ampères et 30 ampères, la moyenne est 31,7 ampères, et le déséquilibre de courant est
[(35 - 31,7) x 100] ÷ 31,7 = 10,4 %
Le déséquilibre d'intensité pour les moteurs triphasés ne doit pas dépasser 10 %.
Un courant neutre élevé peut être le signe d'un déséquilibre. le courant déséquilibré circule dans les conducteurs neutres des systèmes en étoile triphasés
Harmoniques
La fréquence de 50 ou 60 Hz de la tension fournie par le fournisseur est appelée la fréquence fondamentale. Dans un monde parfait, la fréquence fondamentale est la seule qui existe. Malheureusement, certaines charges électriques (comme les ordinateurs, contrôles, variateurs et les systèmes d'éclairage à économie d'énergie) peuvent entraîner l'apparition d'autres fréquences dans vos mesures. Ces autres fréquences, qui sont des multiples de la fréquence fondamentale (soit 120 Hz, 180 Hz, etc. pour une fréquence fondamentale de 60 Hz), sont des harmoniques.
L'énergie au niveau du tableau électrique de votre installation sera généralement faible en fréquences harmoniques (à moins qu'elle ne fuie sur les lignes électriques d'une installation située à proximité). Dans votre installation, cependant, les harmoniques peuvent être élevés s'il existe de nombreux appareils qui génèrent des harmoniques dans l'installation.
Même si les variateurs de vitesse peuvent être affectés par les harmoniques, ils sont souvent une source d'harmoniques qui influent sur les autres appareils d'une installation. Si vous constatez des niveaux importants d'harmoniques dans vos mesures du variateur, il faudra peut-être envisager d'ajouter un filtrage pour les bloquer.
Transitoires
Les transitoires sont, comme leur nom l'indique, des événements brefs (qui durent moins de la moitié d'un cycle, soit moins de 1/120 de seconde dans un système de 60 Hz) sur le secteur AC. Beaucoup de personnes associent les transitoires avec des événements externes, comme la foudre, mais les transitoires peuvent également provenir d'un système ou d'un bâtiment. Il est important de détecter, dépanner et corriger les transitoires, car ils peuvent endommager les moteurs et d'autres éléments de leurs circuits.
Dépanner les transitoires nécessite généralement un outil de test avec fréquence d'acquisition de défaillance, comme un analyseur de qualité du réseau électrique ou un oscilloscope portable ScopeMeter®. Pour en savoir plus sur la détection des transitoires, consultez « Six moyens simples de réduire les coûts avec l'ÉnergiMètre Fluke 434 ».
Avantages du diagnostic
En commençant par vérifier la tension, le courant et la fréquence d'alimentation, vous pouvez exclure des problèmes qui concernent le variateur de vitesse ou les disjoncteurs. Ceci permet de gagner du temps et de résoudre plus rapidement le problème. De plus, en identifiant des conditions de sous-tension ou de surtension, vous pouvez éviter le déclenchement intempestif des disjoncteurs du variateur de vitesse et des dommages éventuels occasionnés au systèmelui-même.