1

Soutenance de projet de fin d’études

Détection des défauts mécaniques dans la Machine asynchrone par l’analyse de courant statorique

Soutenu par:

o Mohamed ARHOUJDAMo Wassima ELMAJDOUB

Devant le jury composé de:

o Mr. Elhoussine ANBARo Mr. Ettouhami Mohammed Karimo Mr. Elyoussfi Mly Hachemo Mr.Taha JANAN

LP-EMSAAnnée universitaire 2013/2014

Encadré par:

o Mr. Elhoussine ANBAR

Co-Encadré par:

o Mr. Khalid DAHI

Introduction IV. perspectives V. Conclusion

2

I. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

IV. Influence des défauts de roulement sur la MAS

V. Conclusion

Introduction

Plan

IV. Perspectives

Introduction

I. Etat de l’art II. modélisation et

simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

3

La maintenance et le diagnostic

Banc expérimentale du diagnostic

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS

à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

4

La machine asynchrone

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS

à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

5

III. Les défauts de la MAS statistiques

12%

10%

37%

41%

Positions des défauts

autresrotorstatorroulement

1%

15%

12%

37%

6%1%

28%

Répartition des causes des défauts pour une machine asynchrone

surtensionsurchauffeclaquage d'isolantscasse mécaniquedéfaut électriquemoteur caléautres

2% 3%

18%

23%

2%

17%

5%

17%

1% 7%5%

Facteurs aggravant le défauttension anormaletempératureautres déterioration avec l'agefaible ventilationfaible lubrificationproduits corrosiffortes vibrationsfréquence anormalehumidité anormalesurcharge persistente

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS

à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

6

III. Les défauts de la MAS

Défaillance d’ordre mécanique

Défaillance de roulement

Défaillance L’excentricité statique (a) et dynamique (b)

Défaillance L’excentricité mixte

Défaillance de flasque

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS

à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

7

Les défauts de la MAS

défauts d’isolant dans un enroulement

défauts de court-circuit entre spires

défauts de court-circuit entre phases

défauts rotoriques

défaut de cassure des barres

Défaillance d’ordre électrique

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS

à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

8

INDICATEURS DE DETECTION DES DEFAUTS

Analyse temporelle et statistique

Vecteur de Park

Analyse fréquentielle.

Analyse spectrale

Valeur efficace : Analyse cepstrale

Analyse d’enveloppe.

0

0

t +T2

t

1 . i (t)dtT

Facteur de crête crette

eff

IFC=

I

C(Γ)=C(x(t))=F(ln(F(x(t)))

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS

à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

9

Les équations électrique de la MAS sur 3 axes

iii

sa sa sa

sb s sb sb

sc sc sc

vdv Rdt

v

sa sa ra

sb ss sb sr rb

sc sc rc

i il i M i

i i

ra ra sa

rb rr rb rs sb

rc rc sc

i il i M i

i i

1 3 2 2 1 3

3 2 1

1 2 3 3 1 2

2 3 1

L M M M M M isa s s s saM L M M M M isb s s s sbM M L M M M isc s s s scM M M iL M Mra rar r rM M M M L M irb r r r rb

M M LM M M ir r rrc rc

iii

ra ra ra

rb s rb rb

rc rc rc

vdv Rdt

v

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS à

l’état sain III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

10

Les équations électrique de la MAS sur 2 axes

0

d a

q b

c

V VV p V

VV

2 2cos cos( ) cos( )3 3

2 2 2sin sin( ) sin( )3 3 3

1 1 12 2 2

P

et

0

0

sd rdsd s sd s sq rd r rd r rq

sq rqsq s sq s sd rq r rq r rd

d dv R i v R idt dt

d dv R i v R i

dt dt

32em m dr qs ds qrC L i i i i ( )( ) ( )em v r

d tC t f t C Jdt

, ds s ds m dr dr s dr m ds

qs s qs m qr qr s qr m qs

L i L i L i L iL i L i L i L i

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS à

l’état sain III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

11

I. Elaboration du modèle sous Matlab/Simulink

isq

vitesse

vitesse

crt

courantCe

V (rad/s)

V (tr/min)

bloc vitesse

isd

irq

isq

ird

Ce

bloc couple

Ws

Ws1

isd

isq

teta s

crt

PARK Inverse

Va

Vb

Vc

teta s

Vds

Vqs

PARK

K

1s

1s

1s

A*X

couple

Ce

Va

Vb

Vc

Alimentation triphasé

teta s

Introduction IV. perspectives V. ConclusionI. Etat de l’art

II. modélisation et simulation de la MAS à

l’état sain III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

12

Structure d’un roulement à billes

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

1313

Type de défaut de roulement Fréquence caractéristiques

Défaut de cage

Défaut de bille

Défaut de la bague externe

Défaut de bague interne

1 (1 cos ).cage 2

Dbf fd r Dm

22(1 cos ).bille 22

D Dm bf fd rD Db m

(1 cos ).b.ex 2

N Db bf fd r Dm

(1 cos ).b.in 2

N Db bf fd r Dm

Les différents défauts de roulement et ses fréquences caractéristiques

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

1414

Modélisation de défaut de roulement

2l mm N= 1468 tr/min.fr= 24.466 Hz.

0.1278 831 s153.728

tr

le temps de passage de chaque bille sur la surface

endommagée :

r = 15, 64 mm

Le rotor subit une chute maximale (amplitude) de : 1 2. . 3.45 2

s g t m

831 s

12.67 ms 3.45 m

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

Ali IBRAHIM. Contribution au diagnostic de machines électromécaniques : Exploitation des signaux électriques et de la vitesse instantanée. Thèse de doctorat, laboratoire d’Analyse des Signaux et des Processus Industriels, université Jean Monnet .Lyon, Mars 2009.

1515

Analyse temporelle du couple à l’état sain et défectueux

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-5

0

5

10

15

20

25

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-5

0

5

10

15

20

25

msms

Couple électromagnétique à l’état sain Couple électromagnétique à l’état défectueux

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

1616

Analyse temporelle de la vitesse à l’état sain et défectueux

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

x 104

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

x 104

1342

1344

1346

1348

1350

1352

1354

1356

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

x 104

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

msms

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

1717

Analyse temporelle du courant à l’état sain et défectueux

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-15

-10

-5

0

5

10

15

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-15

-10

-5

0

5

10

15

msms

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

1818

Analyse fréquentielle à l’état sain et défectueux

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-150

-100

-50

0

50

Frequency (kHz)P

ower

/freq

uenc

y (d

B/H

z)

Densité spectrale de puissance du couple à l'état défectueux

Fs±kFc

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-150

-100

-50

0

50

Frequency (kHz)

Pow

er/fr

eque

ncy

(dB

/Hz)

Densité spectrale de puissancedu couple à l'état sain

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

1919

Analyse fréquentielle à l’état sain et défectueux

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-150

-100

-50

0

50

Frequency (kHz)

Pow

er/fr

eque

ncy

(dB

/Hz)

Densité spectrale de puissance de vit à l'état défecteux

Fs±kFc

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-150

-100

-50

0

50

X: 0.05031Y: -25.49

Frequency (kHz)

Pow

er/fr

eque

ncy

(dB

/Hz) Densité spectrale de puissance de vit à l'état sain

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

2020

Analyse fréquentielle à l’état sain et défectueux

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-150

-100

-50

0

50

Frequency (kHz)

Pow

er/fr

eque

ncy

(dB

/Hz)

Densité spectrale de puissancedu courant statorique

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

2121

Analyse fréquentielle à l’état sain et défectueux

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-150

-100

-50

0

50

X: 0.05008Y: 17.72

Frequency (kHz)

Pow

er/fr

eque

ncy

(dB

/Hz) Densité spectrale de puissance du courant statorique à l'état défectueux

Fs±kFc

Valeur de k Fréquence (Hz)

0 501 119.17

2 189.432

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

2222

Matlab/

Simulink

LABVIEW

Puissance de calcul + + + + +

Facilité d’utilisation / intuitivité

+ + + +

Rapidité de développement

+ + + +

Modélisation de systèmes

+ + + +

Asservissement Hadware In the

Loop (matériel dans la boucle)

+ + + +

Modularité + + + + +

Interaction avec le matériel

+ + + +

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion

2323

Introduction I. Etat de l’art II. modélisation et simulation de la MAS à l’état sain

III: Influence des défaut

de roulement sur la MAS

IV. perspectives V. Conclusion