Que sont les défauts des barres de rotor ? Barres cassées dans les moteurs • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors. Que sont les défauts des barres de rotor ? Barres cassées dans les moteurs • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors.

Que sont les défauts des barres de rotor ? Barres cassées dans les moteurs

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Comprendre les défauts des barres de rotor

Définition : Que sont les défauts de la barre de rotor ?

Défauts de la barre du rotor (également appelées barres de rotor cassées ou fissurées) sont des fractures, des fissures ou des connexions à haute résistance dans les barres conductrices des rotors de moteurs à induction à cage d'écureuil. Les rotors à cage d'écureuil sont constitués de barres d'aluminium ou de cuivre encastrées dans des encoches de noyau en fer, dont les deux extrémités sont reliées par des bagues de court-circuit (bagues d'extrémité). Lorsque des barres se brisent ou que les connexions des bagues d'extrémité se fissurent, le courant électrique ne peut pas circuler correctement à travers les barres endommagées, ce qui crée une asymétrie électromagnétique, un couple pulsatoire et des caractéristiques vibration et les signatures actuelles avec bandes latérales à l'espacement des fréquences de glissement.

Les défauts de barre de rotor sont responsables de 10 à 15% des pannes de moteur et sont particulièrement problématiques car ils peuvent évoluer d'une seule barre cassée à de multiples pannes, créant de fortes vibrations, des pulsations de couple et une éventuelle panne du moteur s'ils ne sont pas détectés et corrigés.

Types de défauts des barres de rotor

1. Barres de rotor cassées

  • Description : Rupture complète de la barre conductrice
  • Emplacement: Généralement près des anneaux d'extrémité où les contraintes thermiques et mécaniques sont concentrées
  • Progression: Commence généralement par une fissure, puis progresse jusqu'à une rupture complète
  • Plusieurs barres : Une barre cassée augmente la contrainte sur les barres adjacentes, entraînant des défaillances progressives

2. Anneaux d'extrémité fissurés

  • Description : Fractures dans les anneaux de court-circuit reliant les barres du rotor
  • Effet: Similaire à des barres cassées : perturbe le flux de courant
  • Emplacement: Souvent à la jonction barre-anneau
  • Plus fréquent dans : Gros moteurs, moteurs à démarrages fréquents, charges à forte inertie

3. Joints à haute résistance

  • Description : Mauvaise connexion électrique entre les barres et les anneaux d'extrémité
  • Cause: Défauts de fabrication, cycles thermiques, corrosion
  • Effet: Symptômes similaires à ceux des barres cassées, mais peuvent être intermittents
  • Détection: Des signatures plus subtiles que des ruptures complètes

4. Porosité du rotor

  • Vides dans les rotors en aluminium moulé
  • Réduit la section efficace du conducteur
  • Peut évoluer vers des fissures et des cassures
  • Défaut de fabrication, mais peut ne se manifester que plus tard dans la vie

Causes des défaillances des barres de rotor

Contraintes thermiques

  • Cyclage thermique : Expansion/contraction au démarrage/à l'arrêt
  • Expansion différentielle : Les barres d'aluminium se dilatent plus que le noyau de fer
  • Points chauds : Surchauffe localisée due à une résistance élevée
  • Démarrages fréquents : Chaque démarrage crée un choc thermique

Contraintes mécaniques

  • Forces centrifuges : En particulier dans les moteurs à grande vitesse
  • Forces électromagnétiques : Forces pulsatoires pendant le fonctionnement
  • Couple de démarrage : Les courants élevés au démarrage créent des contraintes mécaniques
  • Vibration: Barres de fatigue dues aux vibrations externes

Défauts de fabrication

  • Porosité dans les rotors moulés
  • Mauvaise liaison entre la barre et l'anneau d'extrémité
  • Inclusions ou vides matériels
  • Traitement thermique inadéquat

Conditions de fonctionnement

  • Démarrage fréquent : Contraintes thermiques et électromagnétiques
  • Charges à forte inertie : Les temps d'accélération longs augmentent la contrainte sur la barre
  • Événements de rotor verrouillé : Courants et forces extrêmes
  • Monophasé : Le fonctionnement avec une phase perdue crée des courants asymétriques

Signature vibratoire

Motif caractéristique

La caractéristique des défauts de la barre du rotor est la présence de bandes latérales autour de la vitesse de fonctionnement :

  • Pic central : 1× vitesse de course (fr)
  • Bandes latérales : fr ± fs, fr ± 2fs, fr ± 3fs
  • Où fs = fréquence de glissement (généralement 1 à 3 Hz)
  • Modèle: Bandes latérales symétriques espacées à des intervalles de fréquence de glissement

Calcul de la fréquence de glissement

  • fs = (Nsync – Nréel) / 60
  • Exemple : moteur 4 pôles, 60 Hz
  • Nsync = 1800 tr/min, Nactual = 1750 tr/min
  • fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Hz
  • Les bandes latérales apparaissent à 29,17 ± 0,833 Hz (28,3 Hz et 30,0 Hz)

Dépendance de la charge

  • Sans charge : Bandes latérales minimales (faible glissement, faible courant à travers les barres cassées)
  • Charge légère : De petites bandes latérales commencent à apparaître
  • Pleine charge : Bandes latérales fortes, diagnostic le plus évident
  • Stratégie de diagnostic : Test sous charge pour une meilleure sensibilité

Signature actuelle (MCSA)

L'analyse du courant du moteur montre le même schéma que les vibrations :

  • Bandes latérales autour de la fréquence de ligne (pas de vitesse de fonctionnement)
  • Motif : fline ± 2fs (deux fois la fréquence de glissement dans le courant)
  • Pour un moteur de 60 Hz avec un glissement de 1 Hz : bandes latérales à 58 Hz et 62 Hz
  • L'amplitude augmente avec le nombre de barres cassées
  • Peut détecter plus tôt que les vibrations dans certains cas

Détection et diagnostic

Procédure d'analyse des vibrations

  1. Calculer le modèle attendu : Déterminer la vitesse synchrone, mesurer la vitesse réelle, calculer la fréquence de glissement
  2. FFT haute résolution : Utiliser une résolution fine (< 0,2 Hz) pour résoudre les bandes latérales
  3. Rechercher des bandes latérales : Recherche de pics à 1× ± fréquence de glissement
  4. Sous charge : Essai avec moteur sous charge de fonctionnement normale
  5. Confirmer le modèle : Vérifier les bandes latérales symétriques à l'espacement correct

Évaluation de la gravité

  • bande latérale < 40% de 1× pic : Possible barre cassée, surveiller
  • 40-60% de 1× : Barre(s) cassée(s) confirmée(s), prévoir son remplacement
  • > 60% de 1× : Plusieurs barres cassées, remplacement urgent nécessaire
  • Bandes latérales > 1× pic : État grave, action immédiate requise

Conséquences et progression

Défaillance initiale (barre unique)

  • Légère pulsation de couple
  • Apparition de petites bandes latérales
  • Peut fonctionner pendant des mois avec une seule barre cassée
  • Dégradation des performances minimale

Échecs progressifs (plusieurs barres)

  • Les barres adjacentes surchauffent en raison de l'augmentation du courant
  • Le stress thermique provoque des défaillances supplémentaires
  • Les pulsations de couple augmentent
  • Les vibrations deviennent fortes
  • Peut progresser d'une barre simple à plusieurs barres en quelques semaines

État grave

  • Plusieurs barres cassées adjacentes
  • Pulsation de couple sévère
  • Vibrations et bruit élevés
  • Surchauffe du rotor
  • Risque de défaillance complète du rotor
  • Peut endommager le stator en raison d'un courant excessif

Mesures correctives

Lors de la détection

  • Augmenter la fréquence de surveillance (mensuelle → hebdomadaire)
  • Effectuer un MCSA pour confirmer le diagnostic
  • Planifier le remplacement du moteur ou du rotor
  • Préparez un moteur de rechange en cas d'application critique
  • Considérez la cause profonde (pourquoi les barres se sont cassées)

Options de réparation

  • Remplacement du rotor : La solution la plus fiable pour les gros moteurs
  • Remplacement complet du moteur : Souvent plus économique pour les petits moteurs
  • Refonte du rotor : Les ateliers spécialisés peuvent refondre des rotors en aluminium
  • Opération temporaire : Une seule barre cassée peut permettre un fonctionnement continu avec surveillance

Prévention

  • Minimisez les démarrages fréquents (utilisez des démarreurs progressifs ou des variateurs de fréquence)
  • Éviter les conditions monophasées
  • Assurer une ventilation et un refroidissement adéquats
  • Utiliser des moteurs conçus pour un cycle de service (moteurs à démarrage fréquent pour les applications à cycle élevé)
  • Surveiller pour une détection précoce avant de multiples pannes

Les défauts des barres rotoriques comptent parmi les défauts moteurs les plus caractéristiques du diagnostic. Leurs bandes latérales de fréquence de glissement caractéristiques permettent une détection fiable grâce à l'analyse des vibrations et du courant. Une identification précoce permet de planifier le remplacement du moteur avant qu'il ne se transforme en défaillances multiples des barres, susceptibles d'entraîner des dommages catastrophiques au rotor et des arrêts moteur imprévus prolongés.

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Catégories : GlossaireÉquilibrage du rotor
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