Surveillance et diagnostic des défauts rotoriques et mécaniques de la machine asynchrone avec alimentation équilibrée ou déséquilibrée PDF Download
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Author: Mohamed El Kamel Oumaamar Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Le travail de recherche présenté dans cette thèse concerne le diagnostic des défauts rotoriques et mécaniques de la machine asynchrone. En premier lieu, est proposée une synthèse des méthodes de diagnostic appuyées par des expérimentations avec des défauts créés au rotor et au stator de la machine asynchrone alimentée à partir du réseau. Et dans le même sillage, une étude expérimentale sur la comparaison en amplitude et en phase des signatures de défauts de barres dans les spectres du courant statorique et de la tension entre neutres a été abordée. Dans un deuxième temps, la machine asynchrone est alimentée par un convertisseur faisant corps avec celle-ci. On a introduit une nouvelle technique de diagnostic, basée sur l'analyse spectrale des courants du réseau (en amont de l'ensemble convertisseur-machine). Finalement, et afin de simuler le comportement de la machine, il était nécessaire de développer un modèle précis prenant en compte les harmoniques d'espace, et la tension entre neutres, pour corroborer les fréquences induites par les défauts rotoriques dans la tension entre neutres, une étude théorique a été présentée qui a donné des résultats intéressants.
Author: Mohamed El Kamel Oumaamar Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le travail de recherche présenté dans cette thèse concerne le diagnostic des défauts rotoriques et mécaniques de la machine asynchrone. En premier lieu, est proposée une synthèse des méthodes de diagnostic appuyées par des expérimentations avec des défauts créés au rotor et au stator de la machine asynchrone alimentée à partir du réseau. Et dans le même sillage, une étude expérimentale sur la comparaison en amplitude et en phase des signatures de défauts de barres dans les spectres du courant statorique et de la tension entre neutres a été abordée. Dans un deuxième temps, la machine asynchrone est alimentée par un convertisseur faisant corps avec celle-ci. On a introduit une nouvelle technique de diagnostic, basée sur l'analyse spectrale des courants du réseau (en amont de l'ensemble convertisseur-machine). Finalement, et afin de simuler le comportement de la machine, il était nécessaire de développer un modèle précis prenant en compte les harmoniques d'espace, et la tension entre neutres, pour corroborer les fréquences induites par les défauts rotoriques dans la tension entre neutres, une étude théorique a été présentée qui a donné des résultats intéressants.
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Le travail de recherche présenté dans ce mémoire concerne la mise en oeuvre d'une méthodologie de diagnostic de la machine asynchrone basée sur l'estimation paramétrique. Dans une première étape, les différentes techniques de surveillance des entraînements électriques ont été recensées afin d'analyser brièvement leurs performances respectives. Une méthodologie générale de surveillance de procédés industriels est ensuite élaborée. Cette technique s'appuie sur une modélisation de la signature de défauts en associant un mode commun (modèle sain) et un mode différentiel (de défaut) et sur une méthodologie d'estimation paramétrique permettant l'adjonction de l'expertise de l'utilisateur. Une étude expérimentale avec une bobine à noyau de fer, structure de base des machines électriques, a alors permis de valider cette approche. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à l'application de cette stratégie à la surveillance des défauts statoriques et rotoriques de la machine asynchrone. Exprimé dans le repère diphasé de Park, un modèle original de la machine asynchrone en défaut de court-circuit de spires statoriques et de rupture de barres rotoriques est présenté. La procédure de diagnostic, appliquée sur l'ensemble des modèles de défaut proposés, a été validée expérimentalement. En parallèle, nous nous sommes attachés à améliorer et à généraliser cette approche, en minimisant le nombre de capteurs nécessaires au diagnostic afin de simplifier et de fiabiliser cette méthodologie, et en adaptant des algorithmes récursifs pour une détection en temps réel des défauts.
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PARFOIS SOUMISE A DES CONTRAINTES SEVERES, LA CHARGE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE PEUT PRESENTER DES DEFAILLANCES ENTRAINANT UN DYSFONCTIONNEMENT, VOIRE L'ARRET DU SYSTEME. AFIN DE MINIMISER LES RISQUES LIES A L'APPARITION DE DEFAUTS, NOUS PROPOSONS DE SURVEILLER ET DE DIAGNOSTIQUER LES ANOMALIES EVENTUELLES CETTE CHARGE. DANS CETTE ETUDE NOUS CONSIDERONS LA CHARGE ENTRAINEE PAR UNE MACHINE ASYNCHRONE TRIPHASEE. EN VUE DE NOUS AFFRANCHIR DES PROBLEMES D'ACCESSIBILITE DE L'ENSEMBLE MACHINE-CHARGE, LE SYSTEME EST OBSERVE GRACE A L'ANALYSE DES COURANTS D'ALIMENTATION EN PRENANT EN COMPTE L'INFLUENCE DU MOTEUR LORSQU'IL EST UTILISE COMME CAPTEUR. LES ACTIONNEURS ETANT DE PLUS EN PLUS PILOTES ELECTRONIQUEMENT, CE TRAVAIL S'INTERESSE AUSSI A LA SURVEILLANCE ET AU DIAGNOSTIC DE LA CHARGE DES ENSEMBLES MOTEUR ASYNCHRONE-CHARGE ALIMENTES PAR ONDULEUR, EN FONCTIONNEMENT DYNAMIQUE, POUR ETUDIER L'INFLUENCE DES HARMONIQUES DE TEMPS GENERES PAR LA SOURCE SUR LA DETECTION DES DEFAUTS. LES DIFFERENTES METHODES D'ANALYSE DU SIGNAL PROPOSEES SONT D'ABORD UTILISEES EN SIMULATION, PUIS DES ESSAIS SUR UN BANC DE TESTS SONT EFFECTUES POUR VALIDATION.
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Dans cette étude, nous abordons le diagnostic des défauts rotoriques dans les machines asynchrones à cage d'écureuil. Après avoir décrit les différents éléments de constitution d'une machine asynchrone, nous proposons un modèle de machine basée sur la méthode des circuits électriques magnétiquement couplés. Nous présentons ensuite trois méthodes permettant la détection d'un défaut rotorique. La première méthode s'appuie sur l'évaluation de plusieurs indices calculés à partir de l'amplitude des composantes présentes dans les spectres de la puissance instantanée et du courant absorbé par le moteur. La seconde méthode de détection proposée utilise la phase du spectre du courant statorique calculée à partir d'une transformée de Fourier. Nous utilisons ensuite la phase de la transformée de Hilbert calculée à partir du module du spectre du courant statorique. Ces approches ont la particularité de ne se baser sur aucun seuil de référence pour diagnostiquer un défaut rotorique.
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Utilisée dans la plupart des entraînements électriques, la machine asynchrone tend à supplanter la machine à courant continu ainsi que la machine synchrone en raison de ses nombreuses qualités, et principalement de son faible coût et de sa robustesse. Ainsi, une réflexion générale est engagée en matière de modélisation et de diagnostic des défauts stator/rotor. Plus particulièrement, nous proposons d'étudier les défauts rotoriques (ruptures des barres au rotor). En premier temps, nous développons deux modèles de la machine asynchrone pour la simulation des ruptures de barres rotoriques. Nous présentons dans la suite trois méthodes pour la détection de ce défaut. Le principe de la détection est basé sur l'analyse spectrale du courant statorique afin de suivre l'évolution des fréquences liées au défaut. Enfin, une étude du défaut en présence d'une commande vectorielle classique est présentée ouvrant une nouvelle voie vers un diagnostic dans le cas d'une vitesse variable. Une partie expérimentale a permis de vérifier l'exactitude des résultats théoriques et a montré l'efficacité des méthodes développées.
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LES MACHINES ASYNCHRONES CONSTITUENT L'ELEMENT CRITIQUE DE NOMBREUX PROCESSUS INDUSTRIELS ET SONT FREQUEMMENT INTEGREES DANS LE MATERIEL DISPONIBLE DANS LE COMMERCE. DES APPLICATIONS CRITIQUES DE MACHINES ASYNCHRONES, DE DIFFERENTES PUISSANCES, SE RETROUVENT DANS PRATIQUEMENT TOUTES LES INDUSTRIES. IL EXISTE DE NOMBREUSES TECHNIQUES PUBLIEES ET DE NOMBREUX OUTILS DISPONIBLES DANS LE COMMERCE DEDIES A LA SURVEILLANCE DES MACHINES ASYNCHRONES POUR LEUR ASSURER UN DEGRE DE FIABILITE ELEVE. CEPENDANT, BEAUCOUP DE COMPAGNIES SONT ENCORE CONFRONTEES A DES PANNES DE SYSTEME INATTENDUES ET A UNE REDUCTION DE LA DUREE DE LEUR PARC MACHINE. L'ENVIRONNEMENT, LES CONDITIONS D'UTILISATION, ETC., PEUVENT SE COMBINER POUR ACCELERER LES DEFAILLANCES DU PARC MACHINE EN AFFECTANT SA DUREE DE VIE. ON A CONSTATE QUE PLUSIEURS PRODUITS COMMERCIAUX DEDIES A LA SURVEILLANCE DES MACHINES ASYNCHRONES NE SONT PLUS RENTABLES UNE FOIS UTILISES POUR LES MACHINES DE PETITE ET MOYENNE PUISSANCE. DANS CE CONTEXTE, UNE VARIETE DE CAPTEURS PEUT ETRE EMPLOYEE POUR COLLECTER UN CERTAIN NOMBRE DE MESURES D'UNE MACHINE ASYNCHRONE POUR SURVEILLER SON ETAT. CES CAPTEURS PEUVENT MESURER LES TENSIONS ET LES COURANTS STATORIQUES, LE FLUX D'ENTREFER, LA POSITION ET LA VITESSE DU ROTOR, LE COUPLE DE CHARGE, LES TEMPERATURES INTERNES ET EXTERNES, ET DES VIBRATIONS, ETC. LE SYSTEME DE DETECTION ET DE DIAGNOSTIC PEUT SURVEILLER UN CERTAIN NOMBRE DE DEFAUTS. CES DEFAUTS PEUVENT ETRE DES COURTS-CIRCUITS ET DES OUVERTURES DE SPIRES OU DE BOBINES, DES CASSURES DE BARRES OU D'ANNEAUX ROTORIQUES, DES ENDOMMAGEMENTS DE ROULEMENTS, ETC. IL EST EVIDENT QUE LE SYSTEME DE SURVEILLANCE DE L'ETAT DE LA MACHINE DOIT ETRE CAPABLE D'EXTRAIRE, D'UNE FACON COHERENTE, L'EVIDENCE DE DEFAUTS POSSIBLES DES MESURES ISSUES DES DIFFERENTS CAPTEURS. EN GENERAL, LES SCHEMAS DE SURVEILLANCE D'UNE MACHINE ASYNCHRONE ETAIENT DEDIES A LA DETECTION DE DEFAUTS SPECIFIQUES DANS L'UNE DES TROIS COMPOSANTES SUIVANTES : LE STATOR, LE ROTOR, OU LES ROULEMENTS. BIEN QUE LES SURVEILLANCES THERMIQUES ET VIBRATOIRES AIENT ETE SOUVENT UTILISEES, LA MAJORITE DES RECHERCHES RECENTES ETAIT ORIENTEE VERS LA SURVEILLANCE DE L'ETAT D'UNE MACHINE ASYNCHRONE EN UTILISANT LE COURANT STATORIQUE (SON SPECTRE) COMME VARIABLE PERMETTANT LA DETECTION ET LE DIAGNOSTIC DE CERTAINS DEFAUTS. TOUTES LES TECHNIQUES ACTUELLEMENT DISPONIBLES EXIGENT DE L'UTILISATEUR D'AVOIR UN CERTAIN DEGRE D'EXPERTISE AFIN DE DISTINGUER UN FONCTIONNEMENT NORMAL D'UN MODE DE DEFAILLANCE POTENTIEL, SACHANT QUE DES COMPOSANTES SPECTRALES SURVEILLEES (VIBRATION OU COURANT) PEUVENT RESULTER D'UN CERTAIN NOMBRE DE SOURCES, Y COMPRIS CELLES LIEES AU FONCTIONNEMENT NORMAL. CE MEMOIRE CONTRIBUE ALORS A LA DETECTION ET AU DIAGNOSTIC DE DEFAUTS DANS UNE MACHINE ASYNCHRONE EN UTILISANT DEUX TECHNIQUES DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE, A SAVOIR LES RESEAUX DE NEURONES ET LA LOGIQUE FLOUE. EN EFFET, LA MAJORITE DES TECHNIQUES, DITES CLASSIQUES, DE DETECTION ET DE DIAGNOSTIC DE DEFAUTS DANS LES MACHINES ASYNCHRONES DEMANDE AUX TECHNICIENS DE SURVEILLANCE OU DE MAINTENANCE UNE CAPACITE ELEVEE, VU LE NOMBRE D'INFORMATION A MAITRISER, LEUR PERMETTANT DE DISTINGUER UNE CONDITION DITE DE MACHINE SAINE D'UNE CONDITION DITE DE MACHINE EN DEFAUT. CES TECHNIQUES NOUS ONT PERMIT, D'UNE PART DE NOUS AFFRANCHIR DE CERTAINES CONNAISSANCES THEORIQUES SUR LA MACHINE ASYNCHRONE OU SUR DES SIGNAUX PARFOIS DIFFICILES A IDENTIFIER ET, D'AUTRE PART, DE CONNAITRE LE PROCESSUS DE DETECTION DU DEFAUT PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN RAISONNEMENT HEURISTIQUE. LES CAPACITES DE CES TECHNIQUES ONT PAR AILLEURS ETE EXPERIMENTALEMENT TESTEES SUR UNE MACHINE ASYNCHRONE DE 4 KW.
Author: Roland Casimir Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 172
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Les progrès réalisés en matière d'électronique de puissance, de circuits de commande et en automatique ont contribué à l'utilisation grandissante des machines asynchrones dans les systèmes d'entraînements électriques. Le recours aux machines asynchrones est surtout lié à leur robustesse, leur puissance massique et à leur coût de fabrication. Leur maintenance et leur surveillance permettent de rentabiliser les installations. Il est donc important de développer des outils de diagnostic pour détecter de manière précoce les défauts pouvant apparaître dans ces machines. Notre approche est basée sur l'utilisation des méthodes de reconnaissance des formes. Un vecteur de paramètres, appelé vecteur forme, est extrait de chacune des mesures affectuées sur la machine. Les règles de décisions utilisées permettent de classer les observations, décrites par le vecteur forme, par rapport aux différents modes de fonctionnement connus avec ou sans défaut. Des défauts ont été créés au rotor et au stator de la machine asynchrone, alimentée soit à partir du réseau, soit par le biais d'un onduleur de tension. Les procédures de décisions, basées sur la règle des k - plus proches voisins et sur le calcul direct des frontières, ont été utilisées pour détecter les défauts. Ces algorithmes ont montré l'efficacité de l'application de la reconnaissance des formes au diagnostic.
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L'objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de diagnostic dans le cas d'une commande en vitesse sans capteur mécanique (vitesse/position) d'une machine asynchrone triphasée en présence de défaut d'ouverture des transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de l'onduleur. Une étude de l'impact de ces défauts sur les performances de ces structures sans capteur mécanique en termes de stabilité et de robustesse des observateurs en mode dégradé est présentée. Un observateur par mode glissant (Sliding Mode Observer) à base de modèle est développé et validé expérimentalement en vue de la commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone triphasée. Les signaux issus de l'observateur (approche modèle) sont utilisés conjointement avec ceux mesurés (approche signale) pour former une approche hybride de diagnostic de défauts des transistors IGBT de l'onduleur. Un observateur par mode glissant d'ordre 2 à base d'un algorithme Super-Twisting est ensuite développé en vue d'améliorer la stabilité et d'assurer la continuité de fonctionnement du système en présence d'un défaut afin de pouvoir appliquer une stratégie de commande tolérante aux défauts dans les meilleures délais et conditions de fonctionnement.
Author: Hamed Yahoui Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 138
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LES ARRETS DE PRODUCTIONS DUS AUX DEFAUTS DANS LES MACHINES COUTENT CHER ET REPRESENTENT UNE PART IMPORTANTE DE L'INVESTISSEMENT INITIAL. POUR LES MACHINES ASYNCHRONES, 20% DES DEFAUTS SONT IMPUTABLES AU ROTOR. IL A ETE DECIDE DE SURVEILLER LES DEFAUTS ROTORIQUES PAR DES MESURES THERMIQUES AU ROTOR ET PAR ANALYSE SPECTRALE DU COUPLE ELECTROMAGNETIQUE. UNE ANALYSE SPECTRALE DU COUPLE ELECTROMAGNETIQUE EST OBTENUE PAR MESURE DES COURANTS STATORIQUES ET MESURE DES FLUX PAR SPIRES DE FLUX DANS L'ENTREFER. AFIN D'EVITER LES SPIRES DE FLUX, UN OBSERVATEUR NON LINEAIRE SANS CAPTEUR DES FLUX ROTORIQUES NI DE LA VITESSE A ETE DEVELOPPE. UN MODELE MULTI-ENROULEMENTS NOUS A PERMIS D'OBTENIR L'EXPRESSION DU COUPLE ET LA DISTRIBUTION DES COURANTS DE BARRES EN PRESENCE DE DEFAUTS AU ROTOR. UN MODELE THERMIQUE PAR SCHEMA ELECTRIQUE EQUIVALENT AVEC PRISE EN COMPTE D'UNE BARRE CASSEE EST PRESENTE. EN OUTRE UNE METHODE ORIGINALE DE MESURE DES TEMPERATURES ROTORIQUES PAR FIBRE OPTIQUE EST UTILISEE. NOUS AVONS MONTRE QUE DES EVOLUTIONS SIGNIFICATIVES DES HARMONIQUES DE COUPLE APPARAISSENT AVEC UN ROTOR DEFECTUEUX ET QUE DES GRADIENTS THERMIQUES SONT PLUS IMPORTANTS POUR UN REGIME TRANSITOIRE QUE POUR UN REGIME PERMANENT
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L'avènement des aimants permanents et les progrès récents dans l'électronique de puissance ont joué un rôle majeur dans l'évolution de la motorisation électrique des véhicules. Actuellement, les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) grâce à leurs performances, et surtout leur efficacité énergétique, sont considérées comme les candidats idéaux pour les chaînes de traction des véhicules hybrides et électriques. Toutefois, en raison du vieillissement des matériaux, des défauts de fabrication ou des conditions de fonctionnement assez sévères, différents types de défauts sont capables de survenir dans les composants de la machine, ses organes de commande ou de mesure. Pour répondre aux exigences de sûreté, de fiabilité et de disponibilité, l'intégration d'une approche de surveillance et de diagnostic de défauts, dans le groupe motopropulseur électrique automobile, devient de plus en plus primordiale. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de contribuer au diagnostic et à la caractérisation de défauts dans la MSAP par une analyse vibratoire. En premier temps, des approches analytiques de modélisation de la MSAP et des défauts : de court-circuit inter-spires, d'excentricité et de démagnétisation rotoriques serontproposées. L'intérêt majeur de tels modèles, dans le cadre du diagnostic, est d'étudier le comportement de la machine en présence de défauts étudiés afin d'en déduire les méthodes de détection les plus adaptées. En outre, des modèles numériques seront développés afin de les confronter aux parties magnétique et mécanique analytiques de la machine ainsi qu'au défaut de démagnétisation. Dans la phase d'analyse des impacts de défauts, nous allons nous focaliser sur les cas d'excentricité et de démagnétisation rotoriques. Les indicateurs de défauts seront extraits des représentations du signal vibratoire dans le temps et l'espace et de leurs transformées de Fourier, pour les cas de défauts simples et les cas de deux défauts combinés. Pour les cas simples, deux approches de localisation seront proposées : la première utilise le principe de tests statistiques et de tables de signatures, inspirée des méthodes de diagnostic à base de modèles, alors que la deuxième repose sur un banc de trois réseaux de neurones, où chacun est à une entrée et une sortie et destiné à localiser un type de défaut. Enfin, les performances des deux approches, en termes de robustesse et d'adaptabilité, seront comparées pour les mêmes ensembles de seuillage/d'apprentissage et de test.
Author: Mohamed El Kamel Oumaamar
Author: Mohamed El Kamel Oumaamar
Author: Smai͏̈l Bachir
Author: GAEL.. SALLES
Author: Gae͏̈tan Didier
Author: Ai͏̈cha Abed
Author: HAMID.. NEJJARI
Author: Roland Casimir
Author: Rebah Maamouri
Author: Hamed Yahoui
Author: Kawthar Alameh