Comprendre les barres de rotor cassées
Définition : Que sont les barres de rotor cassées ?
Barres de rotor cassées Il s'agit de fractures complètes des barres conductrices des rotors des moteurs à induction à cage d'écureuil. Il s'agit essentiellement du même état que défauts de la barre du rotor mais met spécifiquement l'accent sur la rupture complète des barres plutôt que sur les fissures ou les connexions à haute résistance. Lorsqu'une ou plusieurs barres se brisent, le courant électrique ne peut pas les traverser, créant une asymétrie électromagnétique qui produit des caractéristiques vibration et les signatures actuelles avec bandes latérales à fréquence de glissement espacement autour de la vitesse de course.
Les ruptures de barres de rotor sont particulièrement insidieuses car elles créent un phénomène de défaillance en cascade : une barre cassée augmente le courant et les contraintes dans les barres adjacentes, provoquant leur défaillance progressive. Si elle n'est pas détectée précocement (une seule barre cassée), la situation peut rapidement se dégrader et entraîner la rupture de plusieurs barres, entraînant une défaillance catastrophique du rotor, nécessitant le remplacement du moteur.
Comment les barres de rotor se cassent
Fatigue thermique (la plus courante)
Cycles répétés de chauffage et de refroidissement :
- Démarrage actuel : Lors du démarrage du moteur, le courant du rotor est de 5 à 7 fois la normale (condition de rotor bloqué)
- Dilatation thermique : Les barres d'aluminium se dilatent considérablement (coefficient 23 µm/m/°C)
- Contrainte: Le noyau de fer se dilate moins (12 µm/m/°C), ce qui limite la dilatation de la barre
- Stresser: La dilatation différentielle crée une contrainte thermique dans les barres
- Fatigue: Les cycles de démarrage répétés provoquent une fatigue à faible cycle
- Initiation de la fissure : Généralement à la jonction barre-bague d'extrémité (point de contrainte élevée)
Contrainte mécanique
- Forces centrifuges à grande vitesse
- Forces électromagnétiques pendant le fonctionnement et le démarrage
- Vibrations provenant de sources externes
- Chocs de charge lors des démarrages ou des changements de charge
Défauts de fabrication
- Porosité: Vides dans les rotors en aluminium moulé
- Mauvaise liaison : Liaison barre-noyau inadéquate
- Inclusions matérielles : Contaminants dans les pièces moulées
- Joints à anneau faible : Mauvaises connexions entre la barre et l'anneau d'extrémité
Conditions de fonctionnement
- Démarrage fréquent : Chaque démarrage est un événement de stress thermique et mécanique
- Charges à forte inertie : Les temps d'accélération longs augmentent la contrainte sur la barre
- Service de marche arrière : Le branchement crée des courants extrêmes
- Monophasé : Le fonctionnement avec une phase perdue surcharge les barres du rotor
La signature caractéristique de la bande latérale
Pourquoi les bandes latérales apparaissent
Le modèle diagnostique distinctif :
- Une barre cassée ne peut pas transporter le courant, ce qui crée une asymétrie électrique
- L'asymétrie tourne à la fréquence de glissement (différence entre la vitesse synchrone et la vitesse du rotor)
- Crée une pulsation de couple à une fréquence de glissement 2×
- La pulsation de couple module 1× les vibrations dues au déséquilibre mécanique
- Résultat : bandes latérales à la vitesse de course ± intervalles de fréquence de glissement
Modèle de vibration
- Pic central : 1× vitesse de course (fr)
- Bande latérale inférieure : fr – fs (où fs = fréquence de glissement)
- Bande latérale supérieure : fr + fs
- Bandes latérales multiples : fr ± 2fs, fr ± 3fs à mesure que la gravité augmente
- Symétrie: Bandes latérales symétriques autour du pic 1×
Exemple
Moteur 4 pôles, 60 Hz à pleine charge :
- Vitesse synchrone : 1800 tr/min
- Vitesse réelle : 1750 tr/min (29,17 Hz)
- Glissement : 50 tr/min (0,833 Hz)
- Les pics de vibration sont à : 28,3 Hz, 29,17 Hz, 30,0 Hz
- Barre cassée confirmée par des bandes latérales symétriques à ± 0,833 Hz
Signature actuelle (MCSA)
L'analyse du courant du moteur montre un schéma similaire :
- Pic central : Fréquence de ligne (50 ou 60 Hz)
- Bandes latérales : fline ± 2fs (remarque : 2× fréquence de glissement dans le courant, et non 1×)
- Exemple: Moteur 60 Hz avec glissement de 1 Hz → bandes latérales à 58 Hz et 62 Hz
- Avantage: Non invasif, peut surveiller en continu
- Sensibilité : Détecte souvent les barres cassées plus tôt que les vibrations
Étapes de progression
Barre cassée unique
- Apparition de petites bandes latérales (20-40% de pic 1×)
- Légère pulsation de couple (peut ne pas être perceptible)
- Performances motrices presque normales
- Peut fonctionner pendant des mois avec surveillance
- Le remplacement doit être planifié
Plusieurs barres cassées adjacentes
- Bandes latérales fortes (> 50% de 1× pic)
- Pulsation de couple notable
- Augmentation du glissement et de la température
- La progression s'accélère à mesure que les barres adjacentes surchauffent
- Remplacement urgent (délai de plusieurs semaines)
État grave
- Les bandes latérales peuvent dépasser 1× l'amplitude de crête
- Pulsation de couple sévère affectant l'équipement entraîné
- Vibrations et températures élevées
- Risque de défaillance de la bague d'extrémité ou de panne complète du rotor
- Remplacement immédiat requis
Meilleures pratiques de détection
Analyse des vibrations
- Utiliser la FFT haute résolution (< résolution 0,2 Hz) pour résoudre les bandes latérales
- Tester le moteur sous charge (bandes latérales plus marquées avec le flux de courant)
- Calculer la fréquence de glissement attendue pour le moteur
- Recherche de spectre pour les bandes latérales symétriques à ±fs autour de 1×
- Amplitude de la bande latérale de tendance au fil du temps
Test MCSA
- Fixer des sondes de courant sur les fils du moteur
- Acquérir la forme d'onde du courant et calculer la FFT
- Rechercher des bandes latérales à fline ± 2fs
- Comparer à la ligne de base motrice saine
- Peut détecter avant que les symptômes de vibration disparaissent
Mesures correctives
Réponse immédiate
- Augmenter la fréquence de surveillance (mensuelle → hebdomadaire → quotidienne)
- Suivre le taux de croissance de l'amplitude de la bande latérale
- Commander un moteur de rechange ou planifier le remplacement du rotor
- Réduire le cycle de service si possible (minimiser les démarrages)
- Progression du document pour l'analyse des échecs
Options de réparation
- Remplacement du rotor : Le plus fiable pour les gros moteurs (> 100 CV)
- Refonte du rotor : Les ateliers spécialisés peuvent refondre des rotors en aluminium
- Remplacement du moteur : Souvent plus économique pour les petits moteurs (< 50 CV)
- Enquête sur les causes profondes : Déterminer pourquoi les barres se sont cassées pour éviter une récidive
Prévention
- Utilisez des démarreurs progressifs ou des variateurs de fréquence pour réduire le courant de démarrage et la contrainte thermique
- Limiter la fréquence de démarrage pour les charges à forte inertie
- Spécifier les moteurs évalués pour le cycle de service réel (moteurs à démarrage fréquent pour un service à cycle élevé)
- Assurer une ventilation et un refroidissement adéquats du moteur
- Protéger contre les conditions monophasées
Les barres de rotor cassées, bien que responsables de seulement 10 à 15% des pannes de moteur, créent des signatures de bandes latérales de fréquence de glissement distinctives qui permettent une détection précoce fiable grâce à l'analyse des vibrations ou du courant. La compréhension du mécanisme de fatigue thermique, la reconnaissance du motif de bandes latérales caractéristique et la mise en œuvre de la surveillance de l'état permettent de planifier le remplacement des moteurs avant que les pannes d'une seule barre ne se transforment en pannes multiples catastrophiques et en arrêts de production imprévus prolongés.
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