Entranement et sortie du variateur

Moteur et groupe motopropulseur

Note d'application

13causes frquentes de

panne de moteur

Quoi rechercher et comment amliorer le temps de disponibilit des ressources

Les moteurs sont prsents dans tous les environnements industriels et sont de plus en plus complexes et techniques, ce qui rend parfois difficile leur excution optimale. Il est important de comprendre que les causes de problmes moteur et d'entranement ne sont pas limites un domaine de comptences unique. En effet, aussi bien les problmes mcaniques qu'lectriques peuvent mener des pannes moteur. Il est donc important de s'armer de bonnes connaissances pour viter les priodes coteuses d'indisponibilit et amliorer la disponibilit des ressources.

Les ruptures de l'isolement des enroulements et l'usure des roulements sont les deux principales causes de panne moteur, mais ces problmes rsultent eux-mmes de raisons trs diffrentes. Le prsent article explique comment identifier les 13causes les plus frquentes de rupture de l'isolement des enroulements et de dysfonctionnement des roulements.

Qualit du courant

1. Tension transitoire2. Dsquilibre de la tension3. Distorsion harmonique

Variateurs de frquence

4. Rflexions sur les signaux PWM de sortie d'entranement

5. Courant sigma6. Surcharges oprationnelles

Mcanique

7. Alignement incorrect8. Dsquilibre de l'arbre9. Desserrement de l'arbre10. Usure des roulements

Facteurs lis une installation incorrecte

11. Support de pied bancal12. Contrainte des canalisations13. Tension d'arbre

2 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

Les tensions transitoires peuvent avoir diffrentes sources, internes ou externes au site. Des charges adjacentes actives ou dsactives, des batteries de condensateurs de correction du facteur de puissance, voire des conditions mtorologiques loignes, peuvent gnrer des tensions transitoires dans les systmes de distribution. Ces tensions transitoires, dont l'amplitude et la frquence sont variables, risquent de dgrader, voire anantir, l'isolement des enroulements moteur. L'identification de la source de ces tensions transitoires peut tre difficile dans la mesure o leur occurrence est peu frquente, et leurs symptmes peuvent se prsenter de diffrentes faons. Par exemple, une tension transitoire peut apparatre sur des cbles de contrle qui ne sont pas directement responsables des dommages, mais peuvent nanmoins perturber les oprations.Impact: la dgradation de l'isolement des enroulements moteur risque de se traduire par une panne anticipe et une indisponibilit non planifieInstrument de mesure et diagnostic: Energimtre triphas Fluke435-IIImportance: haute

Les systmes de distribution triphass desservent souvent des charges monophases. Tout dsquilibre de l'impdance ou de la distribution des charges risque d'entraner un dsquilibre sur les trois phases.Les pannes potentielles peuvent provenir du cblage du moteur, de ses terminaisons, voire des enroulements eux-mmes. Ce dsquilibre peut entraner des contraintes sur l'ensemble des circuits de phase d'un systme triphas. Au niveau le plus simple, les trois phases de tension devraient toujours avoir la mme grandeur.Impact: le dsquilibre gnre une circulation excessive du courant sur une ou plusieurs phases, ce qui augmente les tempratures de fonctionnement et dgrade l'isolement.Instrument de mesure et diagnostic: Energimtre triphas Fluke435-IIImportance: moyenne

L1 L2 L3

L1

L2

L3

Qualit du courant

1 Tension transitoire

2 Dsquilibre de la tension

3 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

En termes simples, les harmoniques dsignent toutes les sources supplmentaires de tensions AC haute frquence ou les courants alimentant les enroulements moteurs. Cette nergie supplmentaire n'est pas utilise pour faire tourner le moteur de l'arbre mais circule dans les enroulements et contribue finalement aux pertes d'nergie internes. Ces pertes se dissipent sous la forme de chaleur, ce qui dtriore graduellement la capacit d'isolement des enroulements. Une certaine distorsion harmonique du courant est normale sur les lments du systme alimentant des charges lectroniques. Pour identifier les sources de distorsion harmonique, utilisez un nergimtre pour suivre les niveaux de courant et les tempratures des transformateurs afin de vous assurer qu'ils ne subissent pas de contraintes trop importantes.Chaque harmonique dispose d'un niveau admissible de distorsion qui lui est propre et est dfini par des normes telles que IEEE 519-1992.Impact: la rduction de l'efficacit du moteur entrane des cots supplmentaires et augmente les tempratures de fonctionnementInstrument de mesure et diagnostic: Energimtre triphas Fluke435-IIImportance: moyenne

Les variateurs de vitesse utilisent une technique de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour contrler la tension de sortie et la frquence d'un moteur. Les rflexions sont gnres lorsque l'impdance n'est pas adapte la source et la charge. Les carts d'impdance peuvent se produire du fait d'une installation incorrecte, de la mauvaise slection d'un composant ou de la dgradation progressive de l'quipement. Dans un circuit d'entranement moteur, le pic de rflexion peut tre quivalent au niveau de tension du bus DC.Impact: la dgradation de l'isolement des enroulements moteur entrane des priodes d'indisponibilit non planifiesInstrument de mesure et diagnostic: oscilloscope portable 4voies pour chantillonnage rapide ScopeMeter Fluke190-204.Importance: haute

Enveloppe detolrance Forme d'onde

de tension

Forme d'ondecapture

3 Distorsion harmonique

Variateurs de frquence

4 Rflexions sur les signaux PWM de sortie d'entranement

4 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

Les courants sigma dsignent les courants parasites qui circulent dans un systme. Les courants sigma dpendent de la frquence du signal, du niveau de tension, de la capacit et de l'inductance des conducteurs.Ces courants risquent de passer au travers des conducteurs de terre de protection et provoquer des dclenchements parasites, voire gnrer une chaleur excessive au niveau des enroulements. Le courant sigma est gnralement prsent dans le cblage des moteurs et correspond la somme du courant des trois phases tout moment T. Dans une situation idale, la somme de ces trois courants doit tre gale zro.En d'autres termes, le courant de retour de l'entranement doit tre gal au courant reu par ce dernier. Le courant sigma peut galement tre reprsent sous forme de signaux asymtriques dans plusieurs conducteurs capables de coupler de faon capacitive des courants dans le conducteur de terre.Impact: dclenchement mystrieux de circuit d un courant de la terre de protectionInstrument de mesure et de diagnostic:oscilloscope portable 4voies isoles ScopeMeter Fluke190-204 avec pince de courant (Fluke i400S ou similaire) et large bande passante (10kHz).Importance: faible

Les surcharges de moteur se produisent lorsqu'un moteur est soumis une charge excessive. Les premiers symptmes d'une surcharge sont une consommation excessive, un couple insuffisant et une surchauffe.La chaleur excessive du moteur est une cause majeure de panne.En cas de surcharge, les diffrents composants du moteur, tels que les roulements, les enroulements et autres composants, peuvent fonctionner normalement, mais le moteur reste trop chaud. Par consquent, il est logique de commencer la procdure de dpannage en s'assurant que le moteur n'est pas surcharg. Dans la mesure o 30 % des pannes moteur sont dues une surcharge, il est important de comprendre comment mesurer et identifier les surcharges de moteur.Impact: usure prmature des composants lectriques et mcaniques provoquant une panne permanenteInstrument de mesure et diagnostic: Multimtre numrique Fluke289Importance: haute

Charge

Moteur

I = C.dU/dt = 10-9 .3,109 = 3App

dU/dt = 3kV/s

C = 1nF = 10-9As/VCourant Sigma

Courant au niveau du rotor caus par dV/dtPE

M

5 Courant sigma

6 Surcharges oprationnelles

5 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

L'alignement devient incorrect lorsque l'arbre d'entranement du moteur n'est pas correctement align sur la charge ou lorsque le composant qui fait le lien entre le moteur et la charge est mal align. De nombreux professionnels estiment qu'un couplage flexible limine ou compense l'erreur d'alignement. Toutefois, ceci ne protge en fait que le couplage.En effet, mme avec un couplage flexible, un arbre mal align transmet des forces cycliques dommageables le long de l'arbre et dans le moteur, ce qui se traduit par l'usure excessive du moteur et une augmentation de la charge mcanique apparente. D'autre part, un alignement incorrect risque d'induire des vibrations aussi bien dans la charge que sur l'arbre d'entranement du moteur. Quelques types d'alignement incorrect: Angulaire: les axes des arbres se croisent, mais ne sont pas

parallles Parallle: les axes des arbres sont parallles, mais non

concentriques Mixte: combinaison des dfauts angulaires et parallles(Remarque:

la plupart des alignements incorrects sont des alignements mixtes. Dans la pratique, il est plus simple de traiter les deux formes sparment.)

Impact: usure prmature des composants mcaniques d'entranement provoquant des pannes prmaturesInstrument de mesure et diagnostic: Outil laser d'alignement d'arbre Fluke830Importance: haute

Un dsquilibre dsigne un tat d'une pice rotative dont le centre de masse est situ en dehors de l'axe de rotation. En d'autres termes, il existe un point lourd quelque part sur le rotor. Les dsquilibres moteurs ne peuvent pas tre limins totalement, mais il est tout fait possible d'identifier les valeurs en dehors de plages normales et d'appliquer des mesures en consquence. Le dsquilibre peut tre d de nombreux facteurs, notamment:

encrassement absence de contrepoids variations de fabrication distribution ingale de la masse dans les enroulements moteur et

autres facteurs lis l'usure.Un testeur ou un analyseur de vibrations peuvent permettre de dterminer si une machine rotative est quilibre ou non.Impact: usure prmature des composants mcaniques d'entranement provoquant des pannes prmaturesInstrument de mesure et diagnostic: testeur de vibrations Fluke810Importance: haute

140

130

120

110

100

90

80

70

60

0 1 2 3 4 5 6

VdB

Ordres

La crte importante de 124VdB une vitesse defonctionnement de 1X est cause par le dsquilibre.

Les autres crtes sont causes par desphnomnes diffrents de la machine.

Mauvais alignement angulaire

Mauvais alignement parallle

Mcanique

7 Alignement incorrect

8 Dsquilibre de l'arbre

6 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

Le desserrement dsigne un jeu excessif entre des pices. Il existe diffrents types de desserrement: le desserrement rotatif est caus par un jeu excessif entre les

lments rotatifs et fixes de la machine, par exemple, un roulement. le desserrement non rotatif entre deux pices normalement fixes,

telles qu'un pied et une fondation, ou un botier de roulement et une machine.

Comme pour toutes les autres sources de vibrations, il est important de savoir comment identifier le desserrement et rsoudre le problme avant qu'il ne devienne coteux. Un testeur ou un analyseur de vibrations peuvent permettre de dterminer si une machine rotative subit un desserrement.Impact: usure acclre des composants rotatifs provoquant une panne mcaniqueInstrument de mesure et diagnostic: testeur de vibrations Fluke810Importance: haute

Les roulements dfectueux augmentent la friction, mettent davantage de chaleur et ont un rendement nergtique plus faible en raison de problmes mcaniques, de lubrification ou d'usure. Les pannes de roulements peuvent avoir diffrentes causes: charge suprieure la charge nominale; lubrification inadquate ou incorrecte; joints de roulement inefficaces; mauvais alignement de l'arbre; montage dfectueux; usure normale; tensions d'arbre induites.Lorsque la panne de roulement se produit, elle a un effet en cascade qui augmente significativement les risques de panne moteur. 13 % des pannes moteur sont dues une panne de roulement et plus de 60 % des pannes mcaniques sur un site sont imputables l'usure des roulements. Par consquent, il est important d'apprendre identifier les signes avant-coureurs de ce problme.Impact: usure acclre des composants rotatifs rsultant en une panne de roulementInstrument de mesure et diagnostic: testeur de vibrations Fluke810Importance: haute

Dommage

Bague de roulement

9 Desserrement de l'arbre

10 Usure des roulements

7 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

Un support bancal dsigne le fait que les pieds de montage d'un moteur ou d'un composant d'entranement ne sont pas au mme niveau ou que la surface de montage sur laquelle les pieds reposent n'est pas gale. Cette situation est l'origine de nombreuses frustrations, dans la mesure o le serrage des boulons de montage des pieds induit davantage de contraintes et de problmes d'alignement. Les dsquilibres se produisent gnralement entre deux boulons de montage placs la diagonale l'un de l'autre, un peu comme une chaise ou une table qui tend se balancer sur sa diagonale. Il existe deux types de support de pied bancal:parallle: l'un des pieds de montage est plus haut que les trois

autres;angulaire: l'un des pieds de montage n'est pas parallle ou en

position normale par rapport la surface de montage.Dans les deux cas, le support bancal est d une irrgularit au niveau des pieds de montage ou du plancher sur lequel ils reposent. Quoi qu'il en soit, il est important de remdier la situation pour obtenir un bon alignement de l'arbre. Un outil laser d'alignement de qualit permet gnralement d'identifier toute forme de support bancal sur une machine rotative.Impact: mauvais alignement des composants mcaniques d'entranementInstrument de mesure et de diagnostic: outil laser d'alignement d'arbre Fluke830Importance: moyenne

Les contraintes des canalisations dsignent les nouveaux efforts, les nouvelles contraintes et les nouvelles forces qui agissent sur le reste de l'quipement et de l'infrastructure qui sont rpercuts sur le moteur et l'entranement et induisent un mauvais alignement. L'exemple le plus commun est une combinaison simple de moteur/pompe, o quelque chose exerce une pression sur les canalisations, comme par exemple: un mouvement des fondations; une nouvelle soupape ou tout autre composant; un objet frappant, tordant ou simplement appuyant sur une

canalisation; un support de canalisation, ou tout autre article de support mural,

cass ou manquant.Ces forces peuvent s'exercer de faon angulaire ou dcale sur la pompe, ce qui provoque en retour un mauvais alignement de l'arbre du moteur ou de la pompe. Par consquent, il est important de vrifier rgulirement l'alignement de la machine. En effet, l'alignement de prcision est un tat temporaire qui peut se dgrader dans le temps.Impact: mauvais alignement de l'arbre et contraintes induites sur les composants rotatifs, dbouchant sur des pannes prmatures.Instrument de mesure et diagnostic: outil laser d'alignement d'arbre Fluke830Importance: faible

Facteurs lis une installation incorrecte

11 Support de pied bancal

12 Contrainte des canalisations

Machine

Support pied bancal parallle Support pied bancal angulaire

Plancher

8 Fluke Corporation 13causes frquentes de panne de moteur

Quatre stratgies pour le succsLes systmes de commande de moteurs sont prsents dans des processus essentiels tous les niveaux des chanes de fabrication. Les pannes matrielles ont de lourdes consquences financires aussi bien en matire de remplacement potentiel du moteur ou des pices que de temps d'indisponibilit du systme qui dpend du moteur. Le fait de fournir aux ingnieurs et techniciens de maintenance les bonnes connaissances, de hirarchiser la charge de travail et grer la maintenance prventive des moteurs et de rgler les problmes intermittents et parfois difficiles cerner peut, dans certains cas, prvenir les pannes lies aux contraintes d'exploitation ordinaires et rduire le cot global des arrts de production.

Quatre stratgies cls permettent de rsoudre, voire prvenir, les pannes prmatures des moteurs et composants rotatifs:1. Documenter les conditions d'exploitation, les spcifications de la machine et

les plages de tolrance des performances.2. Capturer et documenter les mesures critiques lors de l'installation, avant et

aprs la maintenance, et de faon routinire.3. Archiver les mesures de rfrence pour faciliter l'analyse des tendances et

identifier les changements d'tat.4. Tracer des graphiques de mesures individuelles pour tablir une tendance de

base. Toute modification de la tendance de base de plus de +/- 10 % 20 % (ou tout autre % en fonction des performances et de l'importance de votre systme) ncessite l'identification de la cause premire, afin de comprendre pourquoi ce problme se produit.

Lorsque des tensions d'arbre du moteur dpassent la capacit d'isolement de la graisse roulement, des courants dirigs vers le roulement extrieur peuvent se prsenter et entraner l'apparition de piqres et de rainures sur les bagues de roulement. Ce problme se traduit d'abord par l'apparition d'un bruit accompagn d'une surchauffe due au fait que les roulements commencent perdre leur forme d'origine et que des fragments de mtal se mlangent la graisse et aggravent la friction. Ceci risque de provoquer la destruction du roulement en peine quelques mois. Les pannes de roulement sont coteuses aussi bien en matire de rparation du moteur que de temps d'indisponibilit. Par consquent, il est important de prendre des mesures prventives telles que la mesure de la tension de l'arbre et du courant de roulement afin d'anticiper les problmes. La tension d'arbre n'est prsente que lorsque le moteur est sous tension et tourne.Une sonde balai de carbone permet de mesurer la tension de l'arbre pendant la rotation d'un moteur.Impact: les arcs lectriques sur les surfaces des roulements peuvent entraner l'apparition de piqres et de cannelures provoquant des vibrations excessives et, au final, le dysfonctionnement des roulementsInstrument de mesure et de diagnostic: oscilloscope portable 4voies isoles ScopeMeter Fluke190-204, avec capteur balai carbone AEGIS pour la mesure de tension d'arbre.Importance: haute

13 Tension d'arbre

Stator

Rotor

Courants de l'arbre

Terre

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