Mesure des décharges de tension de l´arbre du moteur avec le l´analyseur d´entraînement moteur MDA-550 Fluke

Les impulsions de tension d´un variateur de vitesse 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 arcs de tension ou des décharges électroérosives peuvent apparaître, et provoquer des piqûres et des striures sur la cage de roulement de moteur, pouvant entraîner une défaillance prématurée du moteur. Cette note d´application explique comment utiliser l´analyseur d´entraînement moteur MDA-550 et une sonde de tension d´arbre pour mesurer les événements de décharge de tension de l´arbre du moteur.

Décharges de tension de l´arbre

Le couplage capacitif entre le stator et le rotor d´un moteur peut créer une tension sur un arbre moteur. Pour cette raison, les roulements dans les moteurs électriques peuvent souffrir de l´usure normale inhérente non seulement à la rotation de l´arbre mais aussi aux courants électriques qui les traversent pour circuler de l´arbre du moteur à la masse. Les moteurs alimentés par courant AC, à onde sinusoïdale peuvent avoir des tensions de l´arbre/roulement au châssis de 1 à 2 V. Les moteurs alimentés par les formes d´onde à commutation rapide de variateurs de fréquence (VFD) peuvent, cependant, avoir des tensions de l´arbre/roulement au châssis de 8 à 15 V. Les tensions atteignant ces niveaux peuvent dépasser les propriétés isolantes de la graisse de roulement et les étincelles résultantes sont susceptibles de provoquer des piqûres, des striures, des cratères de fusion, et finissent par occasionner une défaillance prématurée des roulements et du moteur.

Striures sur la cage de roulement
Striures sur une cage de roulement provoquée par les courants de roulement (photo utilisée avec la permission d´Electro Static Technology).
Utilisation de l´analyseur MDA
Mesure de la tension de l´arbre moteur avec le kit de sonde de tension d´arbre

Sonde de tension d´arbre

Le couplage capacitif entre le stator et le rotor d´un moteur peut créer une tension sur un arbre moteur. Pour cette raison, les roulements dans les moteurs électriques peuvent souffrir de l´usure normale inhérente non seulement à la rotation de l´arbre mais aussi aux courants électriques qui les traversent pour circuler de l´arbre du moteur à la masse. Les moteurs alimentés par courant AC à onde sinusoïdale peuvent avoir des tensions de l´arbre/roulement au châssis de 1 à 2 V. Les moteurs alimentés par les formes d´onde à commutation rapide de variateurs de fréquence (VFD) peuvent, cependant connaître des tensions de l´arbre/roulement au châssis de 8 à 15 V. Les tensions atteignant ces niveaux peuvent dépasser les propriétés isolantes de la graisse de roulement et les étincelles résultantes provoquer des piqûres, des striures, des cratères de fusion, et finir par occasionner une défaillance prématurée des roulements et du moteur.

Appareil de mesure

L'analyseur MDA-550 est conçu pour tester et réparer rapidement et facilement les problèmes typiques sur les systèmes d'entraînement des moteurs à onduleur triphasés et monophasés. Outre une fonctionnalité d´enregistreur et d´oscilloscope portables 4 canaux, les fonctions d´analyse des entraînements moteur spécifiques offrent des conseils de configuration pas à pas avec les informations à l´écran. Cela permet de configurer facilement l´analyseur et d´obtenir les mesures de l´entraînement de l´alimentation d´entrée au moteur installé, notamment les mesures de tension de l´arbre.

Les pointes de tension de l´arbre peuvent être extrêmement rapides, inférieures même à la microseconde. La bande passante élevée (500 MHz) et la fréquence d´échantillonnage rapide (jusqu´à 5 Géch/s) de l´analyseur Fluke MDA-550 en font la solution idéale pour mesurer les changements rapides de tension.

F-MDA-550-01a
Analyseur d´entraînement moteur MDA-550 Fluke

Résultats des mesures

La mesure de la tension de l´arbre moteur par défaut affiche les formes d´onde de tension mesurées sur l´arbre du moteur lui-même. La valeur crête à crête de tension affichée en haut de l´écran identifie le niveau maximum de la forme d´onde capturée, indiquant déjà que des niveaux de tension élevés sont présents sur l´arbre. Toutefois, la fréquence à laquelle ces décharges rapides se produisent ne peut être déterminée de cette manière. A l´aide de la fonction « EVENEMENTS ACTIVÉS », l´analyseur MDA-550 va afficher les formes d´onde avec décharges sur la base d´une différence de tension minimum prédéfinie et d´une différence de temps maximum.

L´affichage est mis à jour avec chaque forme d´onde capturée présentant un temps de montée ou de descente plus prononcé, avec en plus le nombre d´événements détectés par seconde. Les formes d´onde de décharge montreront une augmentation de tension à la masse suivie d'une ligne verticale très nette à la masse au moment de la décharge. Pour une analyse détaillée de la dernière forme d´onde capturée, l´analyseur MDA-550 propose la fonction « RÉAFFICHAGE » offrant un tampon des écrans pour les 100 dernières formes d´onde capturées. L´écran peut être sélectionné individuellement ou affiché sous forme d´animation.

Des décharges de tension supérieures à 15 V et des temps de transition supérieurs à 50 nanosecondes peuvent indiquer des décharges capables d´endommager les roulements. Toutefois, cela ne suffit pas pour déterminer les dommages potentiels d´un roulement ; en effet, bien d´autres facteurs influent sur cette situation.

Si des tensions excessives de l´arbre sont mesurées, il est conseillé de vérifier s'il est possible de réduire les décharges de tension en adaptant le câblage, la mise à la terre, les paramètres du variateur ou le lubrifiant. Si ce n´est pas possible ou ne permet pas d´atténuer le problème, des dispositifs de mise à la terre de l´arbre ou un arbre isolé peuvent offrir des solutions de rechange utiles. Pour comprendre facilement les effets de ces efforts d´atténuation de la tension d´arbre, vous pouvez comparer le nombre d'événements enregistrés avant et après la mise en œuvre des changements.

Evénements de l´arbre du moteur désactivés
Le signal de tension de l´arbre moteur avec événements désactivés affiche tous les signaux capturés avec relevé de tension crête à crête
Motor Shaft2
Evénements de décharge de tension de l´arbre avec tension minimale spécifiée et temps de descente ou de montée maximum sous forme de tableau
Vague d´événements d´arbre du moteur
Avec les événements activés, seules les formes d´onde présentant une tension minimum spécifiée et un temps de descente ou de montée maximum sont affichées
Réaffichage de l´arbre du moteur
La fonction de réaffichage affiche les 100 dernières formes d´onde capturées pour une analyse avancée