Diagnostic des défauts électriques dans les moteurs à courant alternatif à l'aide de l'analyse des vibrations
Défauts électriques Dans les moteurs à induction à courant alternatif, les défauts du circuit magnétique — qu'il s'agisse du stator, du rotor ou de l'entrefer qui les sépare — se manifestent par des vibrations. Bien que analyse des vibrations est le plus souvent associé à des problèmes mécaniques tels que déséquilibre et défauts de roulement, c'est également un moyen efficace de détecter les problèmes électriques. Les défauts électriques génèrent des forces magnétiques pulsatoires qui font vibrer le stator et le rotor ; ces vibrations se propagent à travers le châssis du moteur et sont facilement captées par un accéléromètre. Tout l'art consiste à reconnaître les schémas liés à la fréquence d'alimentation et au nombre de pôles du moteur.
1. Introduction : Les défauts électriques comme source de vibrations
La clé pour diagnostiquer les défauts électriques consiste à rechercher des pics spécifiques à des fréquences liées à la fréquence du réseau électrique — 50 Hz ou 60 Hz selon la région — et au nombre de pôles du moteur. Comme ces forces sont magnétiques plutôt que purement mécaniques, deux indices les distinguent des défauts mécaniques ordinaires : leurs fréquences sont synchronisées sur la tension d'alimentation plutôt que sur la vitesse de l'arbre, et bon nombre d'entre elles varient en fonction de la charge du moteur. Le test de diagnostic classique consiste à réduire la charge tout en observant le spectre ; un pic qui s'effondre lorsque la charge est supprimée est presque certainement d'origine électrique. Une bonne compréhension de fréquence électrique et de moteur glissement est à la base de tous les diagnostics ci-dessous.
2. Défauts du stator
Les problèmes de stator — tôles desserrées, bobinage desserré ou tôles en court-circuit — peuvent rendre le stator excentrique ou déformé, produisant un champ magnétique inégal autour de l'alésage. Il en résulte généralement une force magnétique qui pulse au double de la fréquence secteur.
- Signature vibratoire : l'indicateur le plus courant est un pic élevé à 2 fois la fréquence du réseau (2×FL). Pour un moteur 60 Hz, cela correspond à 120 Hz (7200 CPM) ; pour un moteur 50 Hz, à 100 Hz (6000 CPM). Notez qu'un pic à 2×FL n'est pas propre aux défauts de stator — un déséquilibre de tension d'alimentation, une excentricité d'entrefer et une résonance de bâti peuvent également l'élever.
- Caractéristiques : les 2×FL est généralement plus stable et moins sensible à la charge que les signatures de barres rotoriques, mais rien ne garantit sa constance — confirmez le diagnostic par des contrôles de courant de phase et en comparant les spectres à vide et en charge. La vibration est souvent la plus élevée dans la direction des pieds de fixation du stator, où le bâti est le plus rigide face à la traction pulsatoire. Défauts du stator peuvent facilement être confondus avec des éléments mécaniques relâchement à une vitesse de fonctionnement double, c'est pourquoi le test de charge et la mesure précise de la fréquence sont essentiels.
3. Défauts de rotor (barres de rotor cassées)
Les barres de rotor fissurées ou cassées constituent une défaillance courante des moteurs à induction à courant alternatif. Lorsqu'une barre se brise, cela perturbe la circulation du courant dans la cage du rotor, ce qui provoque un échauffement localisé et un couple pulsatoire qui module les vibrations liées à la vitesse de rotation.
- Signature vibratoire : le signe classique de barres de rotor cassées est fréquence de passage des pôles (FP) bandes latérales à cheval sur la vitesse de rotation (1×) et son harmoniques.
- Fréquence de passage par le pôle (FP): la vitesse à laquelle le rotor glisse par rapport au champ magnétique tournant, calculée comme suit : FP = nombre de pôles × fréquence de glissement, où la fréquence de glissement correspond à la différence entre la vitesse synchrone du champ et la vitesse réelle de l'arbre.
- Caractéristiques : Recherchez un pic de 1× flanqué de deux bandes latérales nettes, l'une à (1× + FP) et un autre en (1× − FP). À mesure que les dommages s'aggravent, des bandes latérales apparaissent également autour des harmoniques de 2× et 3×. Contrairement aux défauts du stator, cette signature est très sensible à la charge : les bandes latérales s'amplifient à mesure que la charge augmente et peuvent disparaître complètement en l'absence de charge.
4. Entrefer excentrique
Le entrefer Il s'agit du faible jeu entre le rotor et le stator. S'il n'est pas uniforme sur tout le pourtour de l'alésage, il en résulte un déséquilibre attraction magnétique qui provoque des vibrations du rotor.
- Excentricité statique : Le rotor tourne en étant bien centré dans ses paliers, mais le noyau du stator est ovalisé, de sorte que le point le plus étroit de l'entrefer est fixe dans l'espace.
- Excentricité dynamique : le rotor lui-même est ovalisé ou décentré, de sorte que le point le plus étroit de l'entrefer tourne avec le rotor — un phénomène étroitement lié à excentricité du rotor.
- Signature vibratoire : l'excentricité statique fait généralement apparaître un pic stable à 2×FL, car le point d'entrefer étroit ne se déplace pas. L'excentricité dynamique module l'entrefer à mesure que le rotor tourne, produisant une vibration à 1× la vitesse de rotation et des bandes latérales à la fréquence de passage des pôles — à 2×FL ± FP et autour des harmoniques de la vitesse de rotation. En pratique, les deux coexistent souvent, donnant un motif combiné complexe.
5. Confirmation et meilleures pratiques
Les défauts électriques se situent à proximité des composants fonctionnant à vitesse de rotation dans le spectre ; il est donc essentiel de procéder à des mesures rigoureuses pour les distinguer.
- Spectre haute résolution : Le diagnostic des pannes électriques nécessite une haute résolution Spectre FFT avec un nombre de lignes suffisant pour distinguer les harmoniques liées à la vitesse de rotation des harmoniques liées à la fréquence du réseau et de leurs bandes latérales très proches. A zoom FFT c'est souvent le seul moyen d'éliminer proprement les bandes latérales de fréquence de glissement.
- La charge est déterminante : En cas de problèmes liés aux barres du rotor, le moteur doit fonctionner sous une charge importante — généralement supérieure à 75 % — pour que le défaut apparaisse. Faire varier la charge tout en surveillant les pics constitue le moyen le plus fiable sur le terrain pour distinguer les causes électriques des causes mécaniques.
- Capturez-le sur le terrain : un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A enregistre le spectre et la vitesse de rotation synchronisée du moteur en place, ce qui permet de repérer facilement un 2×FL pic du stator ou des bandes latérales de passage de pôle dépendantes de la charge avant de procéder à un démontage — et, si le véritable coupable s'avère être un déséquilibre mécanique, de équilibrer le rotor lors de la même visite.
- Vérifier à l'aide d'autres technologies : les diagnostics peuvent être confirmés par l'analyse de la signature du courant du moteur (MCSA) ou par thermographie infrarouge, qui met en évidence l'échauffement localisé provoqué par des barres cassées ou des lamelles court-circuitées. Une vérification croisée avec la famille plus large de défauts du moteur permet d'éviter de confondre un problème électrique avec un problème mécanique.
