Outil d'ingénierie gratuit #039
Calculateur de fréquence des défauts électriques des moteurs
Calculer la vitesse synchrone, le glissement, 2× la fréquence du réseau, la fréquence de passage des pôles, la fréquence de passage des barres du rotor et les bandes latérales de diagnostic pour l'analyse des moteurs électriques.
Résultats
Vitesse synchrone
La vitesse synchrone d'un moteur à induction AC dépend de la fréquence du réseau et du nombre de pôles :
Glissement
Le glissement est la différence entre la vitesse synchrone et la vitesse réelle du rotor, exprimée en fraction ou en pourcentage :
Le glissement typique à pleine charge pour les moteurs à induction standard est de 1–5%.
Fréquence de glissement
2× Fréquence du réseau
Cette fréquence (100 Hz pour une alimentation de 50 Hz, 120 Hz pour une alimentation de 60 Hz) est toujours présente dans les vibrations du moteur dues au champ magnétique alternatif. Une ligne 2× surélevée indique des problèmes électriques : déséquilibre de phases, excentricité de l’entrefer ou défauts d’enroulement du stator.
Fréquence de passage des pôles
La fréquence de passage des pôles est un indicateur clé pour l'analyse des barres de rotor cassées. Les bandes latérales à une fréquence de passage des pôles d'environ une fois la fréquence du réseau dans les spectres de courant (MCSA) constituent une signature classique de défaut de barre de rotor.
Fréquence de passage des barres du rotor
Exemple pratique
Compte tenu de ce qui précède : fligne = 50 Hz, Pôles = 4, N = 1475 tr/min
Ns = 120 × 50 / 4 = 1500 tr/min
s = (1500 - 1475) / 1500 = 1.67%
fglissement = 0,0167 × 50 = 0,833 Hz
2× ligne = 2 × 50 = 100 Hz
Passage des pôles = 2 × s × fligne = 2 × 0,0167 × 50 = 1,67 Hz
⚠️ Remarque : La vitesse du moteur varie en fonction de la charge. Veillez à utiliser la vitesse réelle mesurée en conditions de fonctionnement, et non la vitesse nominale indiquée sur la plaque signalétique. Une mesure au tachymètre ou à l'aide d'un stroboscope donne les résultats les plus précis pour les calculs dépendant du glissement.
2× la fréquence du réseau (2FL) vaut 100 Hz sur les réseaux 50 Hz et 120 Hz sur les réseaux 60 Hz. C'est la fréquence de vibration générée par l'attraction magnétique alternative dans l'entrefer du moteur (le champ magnétique s'inverse deux fois par période, créant une force à 2× la fréquence d'alimentation).
Elle est toujours présente à un certain niveau dans les vibrations d'un moteur. Une composante 2FL élevée peut indiquer :
- Une excentricité du stator (entrefer irrégulier)
- Des tôles statoriques en court-circuit
- Un déséquilibre de tension d'alimentation ou un défaut de phase
- Un relâchement du circuit magnétique statorique
Les barres rotoriques cassées produisent des signatures caractéristiques à la fois dans les spectres de vibration et de courant :
- Spectre de courant (MCSA) : Bandes latérales à fline ± n × fpole pass autour du pic de la fréquence d'alimentation
- Vibration : Fréquence de passage des barres rotoriques (RBPF) entourée de bandes latérales à 2× la fréquence du réseau
- Modulation d'amplitude : L'amplitude vibratoire à 1× fluctue à la fréquence de passage des pôles (battement)
- Variation de vitesse : Légère fluctuation cyclique de la vitesse à la fréquence de passage des pôles
La sévérité est évaluée par l'écart d'amplitude (en dB) entre le pic de la fréquence du réseau et les bandes latérales de passage des pôles dans le spectre de courant.
Le déséquilibre électrique et le balourd mécanique produisent tous deux des vibrations à ou près de 1× la vitesse de rotation de l'arbre. Les tests clés :
- Test de coupure d'alimentation : Coupez l'alimentation et observez. Si la vibration disparaît instantanément à la coupure, l'origine est électrique. Si elle décroît progressivement avec le ralentissement du rotor, elle est mécanique.
- Résolution fréquentielle : Les pics d'origine électrique apparaissent exactement à la fréquence du réseau ou à 2× celle-ci. Le balourd mécanique apparaît à la fréquence exacte de rotation de l'arbre.
- Bandes latérales : Les défauts électriques présentent des bandes latérales espacées de la fréquence de glissement ou de passage des pôles autour des harmoniques du réseau.
La fréquence de glissement est la fréquence électrique correspondant à la différence entre la vitesse de synchronisme et la vitesse réelle du rotor :
fslip = s × fline
où s = (Ns − N) / Ns
Le glissement est indispensable à la production du couple dans les moteurs asynchrones — sans glissement, aucun courant n'est induit dans le rotor. Valeurs typiques de glissement à pleine charge :
- Gros moteurs (>100 kW) : 1–2%
- Moteurs moyens (10–100 kW) : 2–4%
- Petits moteurs (<10 kW): 3–5%
Approche méthodique pour identifier l'origine du défaut :
- Étape 1 — Test de coupure d'alimentation : Vibration disparaissant instantanément = source électrique
- Étape 2 — Analyse fréquentielle : Pics aux multiples exacts de la fréquence du réseau = électrique ; pics aux multiples de la vitesse d'arbre = mécanique
- Étape 3 — Analyse des bandes latérales : Bandes latérales liées au glissement = défaut électrique rotorique ; fréquences de roulement = mécanique
- Étape 4 — Analyse du courant : Utiliser la MCSA pour identifier les défauts de barres rotoriques, d'excentricité ou de stator indépendamment des vibrations
- Étape 5 — Analyse de phase : La composante électrique à 2× la fréquence réseau est généralement en phase sur tous les points de mesure ; le balourd mécanique présente un déphasage entre les positions
Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.
Instruments professionnels d'analyse vibratoire pour le diagnostic des moteurs, l'équilibrage sur site et la surveillance de leur état. Utilisés dans plus de 50 pays.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko est ingénieur en analyse vibratoire, ainsi que fondateur et PDG de Vibromera. Depuis plus de 15 ans, il équilibre des équipements rotatifs sur le terrain plutôt que sur banc d'essai : broyeurs, ventilateurs industriels, concasseurs, centrifugeuses, arbres et broches. C'est de ce travail que sont nés les instruments Balanset — conçus comme un outil qu'un spécialiste peut emporter jusqu'à la machine et utiliser seul, sur site, et non comme un équipement de laboratoire. Vibromera a été fondée en 2017 et est basée à Porto, au Portugal, depuis 2023. Le développement, l'assemblage et le support de la gamme Balanset se font ici. L'instrument phare est le Balanset-1A, un analyseur portable pour l'équilibrage à un et deux plans et pour le diagnostic vibratoire. Nikolai est personnellement impliqué dans le support client, dans le traitement des cas d'équilibrage difficiles et dans le développement du logiciel. Il travaille avec des clients du monde entier, dans toutes les langues.
