Comprendre la fréquence de passage des barres rotoriques
Fréquence de passage des barres rotoriques — également appelée fréquence de passage des barres rotorique, fréquence des encoches rotoriques, ou simplement fréquence de passage des barres — est la fréquence à laquelle les barres du rotor d'un moteur asynchrone à cage d'écureuil balaient les encoches et les enroulements statoriques. Elle est égale au nombre de barres rotoriques multiplié par la fréquence de rotation du rotor, ce qui la situe bien au-dessus de la vitesse de fonctionnement, généralement entre environ 200 et 2 000 Hz selon la taille et la vitesse du moteur. Dans un moteur sain, c'est une raie discrète, de faible amplitude, dans le spectre de vibrations, mais lorsqu'elle augmente, elle indique excentricité entre rotor et stator, entrefer des problèmes, ou d'autres irrégularités électromagnétiques. Elle est étroitement liée à, mais distincte de, défauts de la barre du rotor — les barres cassées se manifestent par bandes latérales espacées à la fréquence de passage des pôles (nombre de pôles × la fréquence de glissement) autour de 1×, et non par une élévation de la raie de passage des barres elle-même.
1. Calcul de la fréquence de passage des barres
La formule
FPBR = Nb × N / 60, où RBPF est la fréquence de passage des barres du rotor en Hz, Nb est le nombre de barres du rotor, et N est la vitesse du rotor en RPM.
La structure de la formule est identique à celle qui sous-tend toute fréquence de comptage de dents ou d'aubes, telle que fréquence d'engrènement ou fréquence de passage des aubes: compter les éléments répétitifs, multiplier par la fréquence à laquelle ils reviennent. Comme le nombre de barres est généralement élevé, le résultat se situe bien dans la région haute fréquence du spectre.
Exemples résolus
Petit moteur : 28 barres de rotor à 1750 tr/min donnent FPBR = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Grand moteur : 56 barres de rotor à 3550 tr/min donnent FPBR = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Notez que la raie de passage de barres de la machine la plus grande dépasse 3 kHz — rappel utile que la chaîne de mesure doit atteindre cette fréquence pour la détecter. Si vous souhaitez convertir rapidement la vitesse de rotation et les numéros d'ordre en fréquences, le calculateur de fréquences harmoniques effectue les calculs.
Détermination du nombre de barres
- Consulter la plaque signalétique du moteur ou la fiche technique du fabricant.
- Les compter visuellement si le rotor est accessible lors d'une intervention de maintenance.
- Les déduire par calcul inverse à partir d'un pic clairement identifié dans le spectre de vibration.
- Prévoir environ 16 à 80 barres, selon la taille du moteur et le nombre de pôles.
2. Le mécanisme physique
Interaction rotor-stator
La fréquence de passage des barres naît d'une interaction magnétique, et non d'un contact mécanique :
- Les barres du rotor transportent un courant induit et créent des perturbations locales dans le champ magnétique.
- À chaque tour du rotor, chaque barre passe successivement devant les encoches du stator.
- La réluctance magnétique augmente et diminue à mesure que les barres s'alignent sur les dents du stator, puis passent entre elles.
- Cela produit une petite force électromagnétique pulsante sur la structure.
- Le taux de pulsation est égal à la cadence à laquelle les barres défilent — la fréquence de passage des barres.
Entrefer uniforme ou non uniforme
- Entrefer uniforme : les contributions de force des barres situées de part et d'autre du rotor s'annulent en grande partie, laissant une faible amplitude de la RBPF.
- Rotor excentrique : l'interaction devient asymétrique, l'annulation s'effondre et l'amplitude du RBPF augmente.
- Valeur diagnostique : la hauteur de la raie RBPF est donc un indicateur direct de l'uniformité de l'entrefer.
3. Importance diagnostique
État normal
- Un pic RBPF est présent mais très faible — souvent inférieur à 0,5 mm/s.
- Il peut être à peine visible au-dessus du plancher de bruit.
- Aucune bande latérale ne l'encadre.
- Cette signature confirme un entrefer uniforme et une bonne concentricité rotor-stator.
Ce qu'indique un RBPF élevé
Excentricité de l'entrefer. Le rotor est décentré dans l'alésage du stator, l'amplitude du RBPF augmente et des bandes latérales à ±1× la vitesse de rotation peuvent apparaître. Ce schéma est analogue à la façon dont fréquence de passage des pôles augmente sous le même défaut.
Désalignement rotor-stator. Lorsque l'axe du rotor n'est pas parallèle à l'axe du stator, l'entrefer varie sur la longueur du moteur, ce qui élève à la fois le RBPF et ses harmoniques.
Barres de rotor cassées ou endommagées. Il s'agit d'une signature totalement différente : les barres cassées créent des bandes latérales autour de 1× espacées à la fréquence de passage des pôles, plutôt qu'une élévation de la raie de passage des barres. Voir barres de rotor cassées et défauts de la barre du rotor pour le détail diagnostique complet.
4. Distinguer la fréquence de passage des barres des autres fréquences
Fréquence de passage des barres du rotor par rapport aux fréquences de paliers
- RBPF : généralement 200–3000 Hz, déterminée par la conception du moteur.
- Fréquences des roulements : généralement 50–500 Hz pour les roulements de moteur.
- Comment distinguer : calculez les deux et comparez-les avec les pics observés.
- Attention aux chevauchements : sur les grands moteurs, le RBPF peut tomber dans la même plage que fréquences de défaut des roulements, confirmez donc la source avant d'agir.
RBPF versus fréquence d'encoches statoriques
- Passage d'encoches statoriques : nombre d'encoches statoriques × vitesse de rotation — rarement significatif.
- RBPF : nombre de barres de rotor × vitesse de rotation — le plus couramment observé.
- Les deux présents : sur certains moteurs, vous observerez les deux, et les distinguer dépend de la connaissance du nombre de barres et d'encoches.
5. Application pratique
Quand surveiller la RBPF
- Lorsqu'un problème d'entrefer est suspecté.
- Après le remplacement d'un roulement, afin de vérifier que le rotor est correctement centré.
- Lorsque la composante à 2× la fréquence du réseau est élevée, ce qui peut accompagner une excentricité.
- Lors de l'établissement d'une ligne de base pour un moteur neuf ou rebobiné.
- En tant que contrôle qualité après réparation du moteur.
Considérations de mesure
- La plage de fréquences de l'analyseur doit dépasser confortablement le double de la RBPF (Fmax > 2 × RBPF) pour la capturer sans aliasing.
- Un accéléromètre est généralement nécessaire plutôt qu'un capteur de vitesse, car les fréquences sont élevées.
- Mesurer sur le bâti du moteur ou le logement du palier.
- Comparez toujours avec une valeur de référence ou avec des moteurs similaires en bon état.
6. Place de la fréquence de passage des barres dans le diagnostic moteur
Il est utile de distinguer clairement deux signatures du rotor moteur. La raie de passage des barres renseigne sur la géométrie de l'entrefer ; les barres cassées témoignent de l'intégrité électrique de la cage. En pratique, les deux peuvent coexister, aussi un defaut-electrique diagnostic complet recherche chacun :
- Défauts des barres de rotor : bandes latérales autour de 1× de la vitesse de rotation, espacées à la fréquence de passage des pôles.
- Problèmes de FPBR : amplitude élevée à la raie de passage des barres elle-même (barres × vitesse).
- Ils peuvent coexister : excentricité et barres cassées ne sont pas mutuellement exclusives.
- Diagnostic complet : examiner les deux schémas pour compléter le diagnostic.
Ce type de diagnostic électromagnétique haute fréquence constitue la première moitié de l'évaluation de l'état de santé d'un moteur à induction ; la seconde moitié est le domaine mécanique basse fréquence de déséquilibre et désalignement. Un appareil portable à deux canaux tel que le Balanset-1A couvre cet aspect mécanique, en capturant l'amplitude et la phase au rang 1× nécessaires pour équilibrer le rotor dans ses propres paliers et vérifier le résultat — un complément naturel aux contrôles spectraux du moteur décrits ici.
La fréquence de passage des barres du moteur, bien que moins systématiquement surveillée que les fréquences de paliers ou les signatures de barres cassées, présente une réelle valeur diagnostique quant à l'uniformité de l'entrefer et à la concentricité rotor-stator. Savoir la calculer et la reconnaître dans un spectre complète le tableau diagnostique pour l'évaluation de l'état des moteurs à induction à cage d'écureuil.
