Modélisation et diagnostic des défauts des machines asynchrones à cage d'écureuil par l'approche des circuits multiples couplés magnétiquement en tenant compte des harmoniques d'espace

Abstract

Le travail présenter dans ce mémoire concerne la mis en ouvre d’une méthodologie de diagnostic de défaut électrique au rotor de la machine asynchrone à cage d’écureuil. Dans une première étape, on décrit on a décrit les différentes éléments de constitution d’une machine asynchrone à cage d’écureuil et les principaux défauts pouvant survenir sur ceux-ci après avoir présenté les différentes techniques des entraînements électriques afin d’analyser brièvement leur performance respectives. Dans un deuxième étape nous proposant un modèle de la machine asynchrone à cage d’écureuil basé sur la méthode des circuits électriques magnétiquement couplés en tenant compte des harmoniques d’espace. Deux techniques de diagnostic des défauts des machines asynchrones à cage d’écureuil. La première technique est basée sur l’analyse de la signature du courant moteur. La deuxième technique est basée sur l’analyse de la caractéristique couple-vitesse produit par les harmoniques d’espace. Les deux techniques sont validées par les résultats expérimentaux. - Le premier chapitre, de notre mémoire de Magister, traite du contexte de l'étude: le diagnostic de défaut rotorique dans les machines asynchrones à cage d'écureuil. Nous présentons dans un premier temps, les éléments de constitution de ce type de machine en précisant les différents défauts pouvant survenir sur chacun d’eux. - Le deuxième chapitre est consacré à l’énumération de quelques outils nécessaires à l'analyse de signaux temporels dans le domaine fréquentiel, domaine de prédilection pour la détection des défauts de la machine asynchrone. Nous terminons ce deuxième chapitre par une analyse des différentes techniques de diagnostic existantes en présentant leurs points faibles et leurs points forts. - Le troisième chapitre est, quant à lui, consacré à la présentation du modèle de simulation. Nous utilisons un modèle basé sur le couplage magnétique des circuits électriques pour analyser le comportement de la machine. Ce type d'approche offre un modèle de machine flexible avec un temps de calcul raisonnable et ne nécessite aucun recours au calcul de champ. Le modèle tient compte des harmoniques d’espace. Dans notre cas nous considérons les (5ém,7éme,11émeet 13éme) harmoniques d’espace dans le but d'obtenir des résultats encore plus proche de la réalité. Nous analysons ensuite les grandeurs temporelles de la machine avec et sans prise en compte des harmoniques d’espace. - Le quatrième chapitre est dédié à la présentation des équations des actions synchrones et asynchrones dues aux harmoniques d’espace. Nous terminons ce chapitre par une analyse de ces actions sur les performances de la machine asynchrone à cage d’écureuil. - Le cinquième et dernier chapitre, de notre mémoire, est consacré à la description des deux méthodes de diagnostic étudiées. La première méthode est basée sur l'évaluation d'un indice de défaillance pour détecter la présence du défaut au sein de la cage rotorique. Cet indice est calculé à partir de l'amplitude des composantes créées par le défaut rotorique dans les spectres fréquentiels du courant statorique d'une phase de la machine. Une comparaison de l'évolution de cet indice avec celui obtenu lorsque cette dernière présente une cage saine permet d'effectuer un diagnostic de l'état du rotor de la machine asynchrone. La deuxième méthode est basée sur la comparaison des amplitudes des couples maximaux, au niveau des caractéristiques couple-vitesse, produites par les harmoniques d’espace de la machine asynchrone à cage d’écureuil. Un banc d'essai et de mesures, composé de plusieurs machines asynchrones permet de valider les deux méthodes de diagnostic proposées. Trois niveaux de défaillances sont analysés, une barre cassée, deux barres cassées et une portion d’anneau de court circuit cassée lorsque la machine est alimentée par le réseau triphasé.