Au-delà du multimètre, Partie 2 : utiliser un multimètre et un oscilloscope pour dépanner des tensions transitoires dans une sortie de variateur de fréquence

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 2 décrit le dépannage de réflexions transitoires dans la sortie modulée par la largeur d'impulsion de variateurs de fréquence (VFD).

Est-ce que les réflexions endommagent les enroulements du moteur ?

Les variateurs de fréquence contrôlent la vitesse de la machine et des processus en faisant varier (« en modulant ») la largeur des impulsions de tension qu'ils envoient aux moteurs. Ces impulsions de tension (qui sont essentiellement des ondes carrées) ont des pentes ascendantes rapides pouvant entraîner des réflexions de tension transitoires (les « transitoires ») dans le câble entre le variateur et le moteur. De nombreux facteurs affectent la taille des ondes réfléchies, notamment la longueur du câble, la charge du moteur, l'impédance caractéristique du câble et du moteur et le temps de montée, l'espacement et l'amplitude des impulsions de commande.

Au fil du temps, ces tensions à onde réfléchie peuvent exercer une trop forte contrainte sur le câble et l'isolation du moteur, ce qui peut entraîner une défaillance de l'un ou l'autre.

Dépannage avec un multimètre

Mesurer la tension à l'aide d'un multimètre numérique peut révéler une tension excessive au niveau des bornes du moteur si des transitoires sont présents.

Écran du multimètre numérique
Figure 1. Multimètre numérique mesurant la tension de crête d'un signal de modulation de largeur d'impulsion sans réflexions.
Écran du multimètre numérique
Figure 2. Multimètre numérique mesurant la tension de crête d'un signal de modulation de largeur d'impulsion avec des réflexions provoquant des hautes tensions transitoires.

Pour contrôler la tension, connectez le multimètre aux bornes du moteur entre les phases L1, L2, ou L3.

La valeur indiquée sur le multimètre à la Figure 1 est la tension de crête d'une combinaison variateur de fréquence et moteur sans réflexions.

Un relevé supérieur à la normale dans la Figure 2 indique les effets de réflexions.

Vous pouvez utiliser un multimètre numérique pour mesurer la tension de crête d'un signal de modulation de largeur d'impulsion. Cependant, la bande passante limitée du multimètre type rend problématique la mesure d'impulsions avec des temps de montée courts, donc les lectures peuvent ne pas fournir l'image complète de la présence, et de l'amplitude totale, des réflexions ou transitoires. Et même le meilleur multimètre numérique ne peut pas vous montrer à quoi ressemblent effectivement les formes d'onde.

Dans Figure 2, lorsque vous contrôlez la tension de crête de signal de modulation de largeur d'impulsion, vous ne voyez pas clairement à quel point les crêtes transitoires sont proches de la tension nominale maximale du moteur ou si l'isolation du moteur risque de défaillir. Vous devez en savoir plus.

Dépannage avec un oscilloscope

Oscilloscope numérique affichant un signal de modulation de largeur d'impulsion avec des relevés de tension de crête normaux.
Figure 3. Oscilloscope numérique affichant un signal de modulation de largeur d'impulsion avec des relevés de tension de crête normaux.
Écran d'oscilloscope avec hautes tensions transitoires provoquées par des réflexions.
Figure 4. Écran d'oscilloscope affichant un signal de modulation de largeur d'impulsion avec hautes tensions transitoires provoquées par des réflexions.
Écran d'oscilloscope montrant des transitoires de tension.
Figure 5. Vue détaillée de la forme d'onde de signal de modulation de largeur d'impulsion avec une flèche montrant la taille d'un transitoire de tension.

Les oscilloscopes affichent un signal sous forme d'une ligne qui se déplace sur l'écran de gauche à droite. Plus la tension est élevée, plus le signal s'affiche haut sur l'écran de l'oscilloscope. Les mesures réalisées avec un oscilloscope révèlent non seulement la présence d'une tension excessive aux bornes du moteur, mais vous donnent également une image claire de la taille, de l'emplacement et de la durée de tout transitoire de tension.

Pour faire un relevé, connectez l'oscilloscope aux bornes du moteur entre les phases L1, L2 ou L3, comme avec le multimètre dans l'exemple précédent.

La Figure 3 montre un signal de modulation de largeur d'impulsion idéal avec une tension de crête normale.

Les Figures 4 et 5 montrent les hautes tensions transitoires provoquées par des réflexions de tension. Comparez la forme d'onde du signal où les effets des réflexions créent des transitoires de haute tension à la forme d'onde d'un signal sans transitoires de la Figure 3.

Les réflexions de tensions sont souvent provoquées par un mauvais câblage. Un oscilloscope avec une large bande passante et une fréquence d'échantillonnage élevée peut capturer avec précision des tensions de crête provoquées par des réflexions de câble.

En résumé

Un multimètre numérique peut vous aider à détecter une tension excessive sur un signal de commande, mais un oscilloscope peut vous montrer les formes d'onde réelles, vous permettant de voir si le signal est sain ou s'il contient des transitoires dangereux. Un oscilloscope portable vous facilite la mesure là où vous en avez besoin.

Une image vaut vraiment mieux qu'un long discours.