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DETECTION OF STATIC ECCENTRICITY FAULT IN PSH INDUCTION MOTOR BY USING EXTERNAL MAGNETIC FLUX DENSITY
N. Halem1,2,*, S. E. Zouzou2, H. Ghodbane3
1
University of El Oued, Faculty of Technology, Department of Electrical Engineering, PO Box 789, 39000, El Oued, Algeria
2
University of Biskra, LGEB Laboratory, PO Box 145, 07000, Biskra, Algeria 3
University of Biskra, LMSE Laboratory, PO Box 145, 07000, Biskra, Algeria
Received: 29 May 2016 / Accepted: 25 August 2016 / Published online: 01 September 2016
ABSTRACT
The objective of this paper is to make a clear and thorough investigation about the effectiveness of Motor Current Signature Analysis (MCSA) for detecting default indexes of static eccentricity in (Principal Slot Harmonics) PSH induction motor. The obtained results using traditional technique (MCSA) are compared with spectrums of external magnetic flux density extracted from healthy and faulty motors. The work is carried out with transient finite element method (FEM) simulations considering motor operation under nominal mechanical load, the notching nature of stator and rotor and the non-linearity behavior of ferromagnetic material are taking into account.
Keywords: induction motor; static eccentricity; FEM, PSH; MCSA; magnetic flux density.
Author Correspondence, e-mail:noura.halem@yahoo.fr
doi:http://dx.doi.org/10.4314/jfas.v8i3.10
1. INTRODUCTION
Le stress mécanique affectant les moteurs à induction est, dans la plupart des cas causé par un déséquilibre dans l’attraction magnétique. Cette situation génère au fil du temps des ruptures,
ISSN 1112-9867
des frottements finissant par entrainer des pannes majeures dans le moteur.
Le stress mécanique est induit par le défaut d’excentricité. Ce défaut se présente sous deux formes couramment jumelées en permanence: L’excentricité statique et l’excentricité dynamique [1-5].
Il est admis que le défaut d’excentricité statique est généré lors du processus de fabrication et
d’usinage du moteur triphasé à induction. Ce défaut initial est perçu par les concepteurs
comme tolérable au seuil de 10 %(essentiellement pour les moteurs à induction de grande puissance). Il est par ailleurs admis qu’il faut redouter l’effet d'entrainement des défauts induits dans le temps et cela quelque soit le pourcentage initial du défaut d'excentricité statique. Nandi, dans sa recherche stipule que le défaut dynamique provient du défaut d'excentricité statique [6-10]. En fait tout se passe comme ci le défaut d’excentricité statique évolue en se complexifiant entrainant le défaut d'excentricité dynamique. Ainsi, se justifie le diagnostique du défaut d'excentricité statique sans tenir compte du seuil toléré évoqué plus
haut. Cette idée constitue l’objectif de cet article où nous essayerons de présenter l’importance de diagnostiquer le défaut d’excentricité statique à des seuils inferieurs à 10%.
La résolution de cette problématique passe par la réponse aux trois problèmes suivants:
La première difficulté majeure est de distinguer uniquement le défaut d'excentricité statique, car expérimentalement ce défaut est lié à des seuils divers au défaut d'excentricité dynamique, ceci impose le passage à priori par la simulation [9].
Le deuxième problème provient de la modélisation qui est répartit en deux catégories: les méthodes analytiques et les méthodes numériques. L’approche analytique qui est la plus abordable par sa simplicité et sa célérité, offre plusieurs modèles dont la plupart sont à hypothèses simplificatrices. Elle est incapable d’intégrer le comportement magnétique et la géométrie du moteur. En plus cette approche à montrer ses limites de détection de défauts
d’excentricité statique de faibles pourcentages (Les références dans cette rubrique abordent
des taux de 30% et plus).
La troisième limite est lié aux méthodes de diagnostique de défaut d'excentricité statique, plusieurs techniques existent et toutes se basent sur l’analyse des signaux du moteur (courant statorique [11-13], couple électromagnétique [14], densité du flux magnétique
[15-22], vibrations….). La technique la plus fréquemment utilisée est l’analyse spectrale du courant statorique, choisie pour sa simplicité. Cette méthode auparavant très en vogue montre des limites quant à la détection des défauts d’excentricité statique seul. Elle est inefficace en présence de deux harmoniques principaux d'encochage (Principal Slot Harmonics) PSH.
Au regard de ces imperfections, nous tenterons dans ce travail de trouver des palliatifs à ces
limites par l’utilisation d’un modèle d’éléments finis pour la modélisation du moteur à
induction sain et celle présentant un défaut d’excentricité statique. Cette méthode se distingue par des avantages certains vis à vis des méthodes analytiques; elle tient compte de la saturation magnétique des parties ferromagnétiques du moteur, et de l’effet d’encochage. Les spectres du courant statorique et de l’induction magnétique à l’extérieur du moteur seront analysés à partir des modèles simulés (moteur sain et avec défaut d'excentricité statique) dans le but d’investiguer l’existence des indices de défaut. Le moteur à étudier dans cet article présente les deux PSH.
2. MODÈLE ÉLÉMENT FINIS DU MOTEUR À INDUCTION TRIPHASÉ À CAGE La méthode d’éléments finis pas à pas dans le temps connue sous le générique TSFEM (Time Stepping Finite Element Method), est utilisée pour la modélisation et l’étude du moteur à induction sain et défectueux. Le but recherché est d’obtenir un espace d’harmonique
permettant d’appliquer la technique d’analyse des signaux en vue de diagnostic des différents
défauts dans le moteur à induction. Ce type de modélisation est très coûteux en temps de calculs, mais il donne une bonne vision de la dynamique du moteur sain et lors de l’apparition
d’un défaut. Cette caractéristique est à l’origine de l’engouement pour cette méthode en
témoigne le nombre pléthorique des travaux notamment pour le diagnostic des moteurs à induction.
Le modèle éléments finis correspond à notre moteur à induction de 1.1 kW, 230 V, 50 Hz et 4 pôles est représentée par la figure 1.
Fig.1. Structure du moteur étudié Table 1. Caractéristiques du moteur Nombre de pôles Nombre de phases Puissance (kW) Tension (V) Fréquence (Hz) Vitesse (rpm)
Nombre des encoches statoriques Nombre des encoches rotoriques
4 3 1.1 230 50 1425 48 28 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 0.5 1 1.5 2 B (T ) H (A/m)
Fig.2. Caractéristiques B(H) des parties ferromagnétiques
L’application du modèle est du type magnétique transitoire avec couplage circuit qui permet
l'étude des phénomènes créés par un champ magnétique variable dans le temps. Le champ magnétique est lié à la présence de courants électriques variables. Cette application permet la
prise en compte des courants induits dans les régions conductrices (courants de Foucault). Elle permet également la prise en compte, dans ces régions conductrices, des effets de peau et des effets de proximité. La variable d'état du champ électromagnétique-le potentiel vecteur magnétique A x y z t , satisfait les équations différentielles suivantes [23]:
, , ,
1
, , ,
0 s cur curl A A t J x y z t div A Où représente la perméabilité magnétique du matériau, la résistivité du matériau et s
J la densité de courant dans les encoches statoriques. Le terme
A t
représente ladensité du courant induit qui est non nulle uniquement dans les régions correspondant aux conducteurs massifs des encoches rotoriques. Dans le modèle du champ considéré pour cette étude, la source de densité de courant a la formeJs0, 0,Js
x y z t, , ,
. En conséquence, le potentiel vecteur As0, 0,A x y z ts
, , ,
est orienté selon l'axe Oz et ne dépend pas de la coordonnée z. Dans ce cas la deuxième équation 1 est implicitement satisfaite.3. RÉSULTATS ET DISCUSSION
3.1. Analyse spectrale du courant statorique du moteur sain
À partir du modèle magnétodynamique pas à pas dans le temps, on a obtenu le courant statorique du moteur. Le spectre du courant statorique du moteur sain en pleine charge est représenté sur la figure 3.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -80 -60 -40 -20 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) PSH 1 PSH2
Fig.3. Spectre du courant statorique du moteur sain en pleine charge
D'après la figure 3, les harmoniques prévus sont apparus dans le spectre du courant statorique (1)
pris du modèle non-linéaire, ces harmoniques sont classés comme suit [24-27]:
Une série d’harmoniques dus à la saturation (Saturation Harmonics, Time Harmonics):
qui sont localisées aux fréquences; 150 Hz, 450 Hz, et 750 Hz, ces fréquences sont tirées à partir de la formule:
3
s s
H k f
Avec k impair.
Une série des harmoniques de la force magnétomotrice (fmm) (mmf harmonics): ces
harmoniques sont les plus éminents dans le spectre du courant statorique du moteur à induction, leur présence est conforme à la définition de la fmm, ils résultent du courant qui traverse le bobinage statorique et donc c'est une conséquence de la nature discrète des enroulements statoriques. Les composantes fréquentielles de la fmm se situent aux fréquences: 50 Hz, 250 Hz, 350 Hz, et 550 Hz sont donnés par la formule:
6 1
m s
H k f
Avec ( = 1,k 2, ...)
Une série d’harmoniques d’encoches rotoriques RSHs (Rotor Slot Harmonics): leur
existence ne dépend pas seulement de la fmm, la perméance du stator et du rotor et la denture de stator et de rotor, mais ils existent aussi dans le spectre du courant de statorique que pour un nombre combiné de pair de pôles et les barres rotoriques.
Généralement les fréquences des RSHs sont données par la formule suivante [27]:
1
H d s s f k R n f p fs: la fréquence du réseau d'alimentation.
: le rang des harmoniques du temps ( = 1, 3, 5, ....).
R: le nombre des barres rotoriques. s: le glissement.
p: le nombre de pair de pôles.
(2)
(3)
k et n : sont des coefficients liés à l'excentricité,d nd 0 c'est le cas d'excentricité statique, 1, 2, 3,
d
n , c'est le cas d'excentricité dynamique (nd est le rang des harmoniques d'excentricité). Pour le cas d'un moteur sain k=0 et nd=0, alors on obtient les fréquences des
harmoniques d'encoches rotoriques comme suit:
1
RSHs s s f R f p
1
r s s f f p RSHs s r f f R fLa relation qui relie le nombre de pair de pôles et le nombre des encoches rotoriques est assurée par la formule suivante [8-9]:
2 3
R p m q r k
Avec: R est le nombre des encoches rotoriques, m q 0, 1, 2, 3 ..., r0 ou 1, k1 ou 2. On peut distinguer trois cas selon la valeur du k:
a) Pour k1, la formule 4 sera bien satisfaisante pour observer les harmoniques du défaut d'excentricité; soit statique pure ou dynamique pure qui seront fortement présentés dans le spectre du courant statorique. Dans ce cas les deux PSH ne sont pas générés dans le spectre du courant statorique.
b) Pour k2, les harmoniques caractérisant le défaut d'excentricité statique, ou dynamique, seront faiblement présentés dans le spectre du courant statorique et cela seulement pour de très faibles charges c'est à dire pour une vitesse qui vient presque à atteindre la vitesse de synchronisme.
c) Les PSH ne se révèlent dans le spectre du courant statorique, que si la formule suivante est satisfaite:
2 3 R p m q r (5) (6) (7) (8) (9)Le cas du moteur étudié qui possède 28 encoches rotoriques et 2 pair de pôles p2 , pour 2 m q et r1, on obtient:
2( 2) 3 2 1 28 R La formule 9 est satisfaisante, et ainsi on a: (R p28 2 14 ), et d'ailleurs les deux PSH sont clairement observés dans le spectre du courant statorique (figure 3). D'après la littérature [8-9], dans ce cas le moteur est appelé: PSH-Moteur (PSH-Motor).
Pour ce type de moteurs où les deux PSH existent dans le spectre du courant statorique,
l’intérêt sera porté sur les harmoniques caractérisant le défaut d'excentricité statique seul ou
dynamique seul absentés dans le spectre du courant statorique.
d) Exceptionnellement, pour le défaut d'excentricité mixte c'est à dire dans le cas où le moteur présente les deux types d'excentricité statique et dynamique, les composantes fréquentielles qui caractérisent ce défaut seront produites dans le spectre du courant statorique pour tous les types des moteurs à induction, et quel que soit la combinaison entre le nombre de pair de pôles et le nombre des barres rotoriques.
En effet, l'existence des PSH dans le spectre du courant statorique joue un rôle primordial dans le diagnostic des défauts du moteur à induction, particulièrement pour la détection des défauts d'excentricités statique et dynamique, et cela sera bien vérifié dans le paragraphe suivant. Si, par conséquent, le moteur à induction possède les deux PSH, cela provoque la génération des autres composantes fréquentielles d'ordres supérieures (3, 5, ...). Ces composantes fréquentielles possèdent généralement des amplitudes importantes et cela contribuent fortement dans la procédure de diagnostic en contrôlant leurs amplitudes. D'après le spectre présenté dans la figure 3, on peut citer par exemple les harmoniques les plus importants d'ordre 3 et 5 caractérisés par les fréquences suivantes:
R 1s p f
s
3 28 1 0.048 2 50
=516.4 Hz et 816.4 Hz.
R 1s p f
s
5 28 1 0.048 2 50
=416.4 Hz et 916.4 Hz.Il faut remarquer que dans la littérature ces harmoniques (516.4 Hz, 816.4 Hz, 416.4 Hz et (10)
916.4 Hz) sont appelés: les harmoniques reliés à la saturation (saturation-related harmonic).
3.2. Analyse spectrale du courant statorique et de l'induction magnétique à l'extérieur du moteur avec défaut d'excentricité statique
L’analyse porte sur deux grandeurs du moteur à induction; le courant statorique et la densité du
flux magnétique à l'extérieur du moteur. L’analyse du courant statorique à base de la technique de MCSA est considérée pour confirmer l’absence des indices de défaut d’excentricité statique.
Le but principal est la détection des signatures de défaut d’excentricité qui sont données par la
formule (4) [87-89]:
Les indices de défaut d’excentricité qui se trouvent aux basses fréquences autour de la
composante fondamentale (50 Hz), sont donnés par la formule suivante:
( )
exc s r
f f k f
La modélisation par la méthode des éléments finis a permis de visualiser les grandeurs spatiales du moteur, on peut ici visualiser les lignes de flux magnétique au fonctionnement en
pleine charge à l’extérieur et à l’intérieur du moteur aux différents pas de temps 0.001 s, et 4 s
pour les cas suivants : moteur sain, moteur avec 05% et 10% d’excentricité statique (figure 4). Les lignes de champ magnétique correspondant au moteur sain à diffèrent pas de temps sont toujours symétriques, lorsque le moteur à induction a une excentricité statique, les lignes
d'équiflux sont très influencées par le défaut et elles sont distribuées d’une façon non uniforme.
Les figures 5 et 6 représentent respectivement les spectres du courant statorique du moteur sain et moteur avec défaut d''exentricité statique, aucune différence entre les deux spectres, seulement on peut noter des petites perturbations des amplitudes des harmoniques permanents.
Les figures 7 et 8 montrent respectivement les spectres de l'induction magnétique à l'extérieur du moteur sain et moteur avec défaut d'excentricité statique. En premier lieu, on peut noter la présence de tous les harmoniques permanents dans le spectre de la densité du flux magnétique, aussi la différence entre les deux spectres est très clair, alors, on peut facilement détecter l'apparition des nouvelles composantes fréquentielles dans le spectre du moteur avec défaut.
Fig.4. Distribution des lignes de flux à l’intérieur et à l’extérieur du moteur sain et du moteur avec défaut d'excentricité statique (en pleine charge)
b) Moteur avec défaut ; 05% excentricité statique Is ovalues Res ults
Qu an ti ty : E q u i flu x W eb er T ime (s. ) : 0 , 0 0 1 P o s (d eg ): -1 3 , 7 2 6 E -3 L in e / Valu e 1 / -3 6 4 , 9 7 1 0 3 E -6 2 / -3 1 3 , 0 5 3 7 2 E -6 3 / -2 6 1 , 1 3 6 4 2 E -6 4 / -2 0 9 , 2 1 9 1 E -6 5 / -1 5 7 , 3 0 1 7 8 E -6 6 / -1 0 5 , 3 8 4 4 8 E -6 7 / -5 3 , 4 6 7 1 6 E -6 8 / -1 , 5 4 9 8 5 E -6 9 / 5 0 , 3 6 7 4 6 E -6 1 0 / 1 0 2 , 2 8 4 7 7 E -6 1 1 / 1 5 4 , 2 0 2 0 8 E -6 1 2 / 2 0 6 , 1 1 9 4 E -6 1 3 / 2 5 8 , 0 3 6 7 1 E -6 1 4 / 3 0 9 , 9 5 4 0 2 E -6 1 5 / 3 6 1 , 8 7 1 3 2 E -6 Isovalues Results
Quantity : Equi flux Weber Time (s.) : 3,2 Pos (deg): 26,75E3 Line / Value 1 / -1,10302E-3 2 / -946,36856E-6 3 / -789,71818E-6 4 / -633,0678E-6 5 / -476,41748E-6 6 / -319,7671E-6 7 / -163,11675E-6 8 / -6,46641E-6 9 / 150,18394E-6 10 / 306,83429E-6 11 / 463,48467E-6 12 / 620,13499E-6 13 / 776,78537E-6 14 / 933,43575E-6 15 / 1,09009E-3
Iso v alu es Resu lts Quant i t y : Equi f l ux We be r Ti m e ( s . ) : 3, 2 Pos ( de g) : 26, 75E3 Li ne / Va l ue 1 / - 957, 94019E- 9 2 / - 892, 92718E- 9 3 / - 827, 91416E- 9 4 / - 762, 90121E- 9 5 / - 697, 8882E- 9 6 / - 632, 87519E- 9 7 / - 567, 86217E- 9 8 / - 502, 84916E- 9 9 / - 437, 83618E- 9 10 / - 372, 82319E- 9 11 / - 307, 81018E- 9 12 / - 242, 7972E- 9 13 / - 177, 78419E- 9 14 / - 112, 77119E- 9 15 / - 47, 75818E- 9 16 / 17, 25481E- 9 17 / 82, 26782E- 9 18 / 147, 28082E- 9 19 / 212, 29381E- 9 20 / 277, 30681E- 9 21 / 342, 31982E- 9 22 / 407, 33281E- 9 23 / 472, 34582E- 9 24 / 537, 3588E- 9 25 / 602, 37181E- 9 26 / 667, 38482E- 9 27 / 732, 39784E- 9 28 / 797, 41079E- 9 29 / 862, 4238E- 9 30 / 927, 43682E- 9 t= 0.001 s t= 4 s t= 4 s a) Moteur sain Isovalues Results Quantity : Equi flux Weber Time (s.) : 3,2 Pos (deg): 26,681E3 Line / Value 1 / -1,06798E-3 2 / -915,41174E-6 3 / -762,84318E-6 4 / -610,27461E-6 5 / -457,70605E-6 6 / -305,13748E-6 7 / -152,56891E-6 8 / 0 9 / 152,56822E-6 10 / 305,13678E-6 11 / 457,70535E-6 12 / 610,27391E-6 13 / 762,84248E-6 14 / 915,41104E-6 15 / 1,06798E-3 Isovalues Results
Quantity : Equi flux Weber Time (s.) : 0,001 Pos (deg): -13,666E-3 Line / Value 1 / -335,16047E-6 2 / -293,26542E-6 3 / -251,37037E-6 4 / -209,4753E-6 5 / -167,58023E-6 6 / -125,68518E-6 7 / -83,79012E-6 8 / -41,89506E-6 9 / 0 10 / 41,89506E-6 11 / 83,79012E-6 12 / 125,68518E-6 13 / 167,58023E-6 14 / 209,4753E-6 15 / 251,37037E-6 16 / 293,26542E-6 17 / 335,16047E-6
Iso v alu es Resu lts Quant i t y : Equi f l ux We be r Ti m e ( s . ) : 3, 2 Pos ( de g) : 26, 681E3 Li ne / Va l ue 1 / - 830, 54005E- 9 2 / - 773, 2653E- 9 3 / - 715, 9905E- 9 4 / - 658, 71575E- 9 5 / - 601, 44095E- 9 6 / - 544, 1662E- 9 7 / - 486, 89145E- 9 8 / - 429, 61665E- 9 9 / - 372, 34187E- 9 10 / - 315, 06713E- 9 11 / - 257, 79235E- 9 12 / - 200, 51758E- 9 13 / - 143, 2428E- 9 14 / - 85, 96803E- 9 15 / - 28, 69326E- 9 16 / 28, 58151E- 9 17 / 85, 85628E- 9 18 / 143, 13105E- 9 19 / 200, 40582E- 9 20 / 257, 6806E- 9 21 / 314, 95537E- 9 22 / 372, 23012E- 9 23 / 429, 50489E- 9 24 / 486, 7797E- 9 25 / 544, 05444E- 9 26 / 601, 32919E- 9 27 / 658, 60399E- 9 28 / 715, 87874E- 9 29 / 773, 15354E- 9 30 / 830, 42829E- 9 t= 0.001 s t= 4 s t= 4 s
c) Moteur avec défaut ; 10% excentricité statique
Isovalues Results Quantity : Equi flux Weber Time (s.) : 0,001 Pos (deg): -14,411E-3 Line / Value 1 / -362,66912E-6 2 / -310,97414E-6 3 / -259,27919E-6 4 / -207,58421E-6 5 / -155,88925E-6 6 / -104,19428E-6 7 / -52,49932E-6 8 / -804,35711E-9 9 / 50,89061E-6 10 / 102,58557E-6 11 / 154,28054E-6 12 / 205,97549E-6 13 / 257,67047E-6 14 / 309,36542E-6 15 / 361,0604E-6
Iso v alu es Resu lts Quant i t y : Equi f l ux We be r Ti m e ( s . ) : 3, 2 Pos ( de g) : 26, 71E3 Li ne / Va l ue 1 / - 1, 05529E- 6 2 / - 989, 15768E- 9 3 / - 923, 02133E- 9 4 / - 856, 88498E- 9 5 / - 790, 74857E- 9 6 / - 724, 61222E- 9 7 / - 658, 47581E- 9 8 / - 592, 33946E- 9 9 / - 526, 20305E- 9 10 / - 460, 0667E- 9 11 / - 393, 93032E- 9 12 / - 327, 79394E- 9 13 / - 261, 65756E- 9 14 / - 195, 5212E- 9 15 / - 129, 38482E- 9 16 / - 63, 24844E- 9 17 / 2, 88794E- 9 18 / 69, 02432E- 9 19 / 135, 16069E- 9 20 / 201, 29707E- 9 21 / 267, 43345E- 9 22 / 333, 56983E- 9 23 / 399, 70621E- 9 24 / 465, 84256E- 9 25 / 531, 97897E- 9 26 / 598, 11532E- 9 27 / 664, 25173E- 9 28 / 730, 38808E- 9 29 / 796, 52443E- 9 30 / 862, 66084E- 9 Isovalues Results
Quantity : Equi flux Weber Time (s.) : 3,2 Pos (deg): 26,71E3 Line / Value 1 / -1,11571E-3 2 / -959,42355E-6 3 / -803,13388E-6 4 / -646,84416E-6 5 / -490,55449E-6 6 / -334,2648E-6 7 / -177,97512E-6 8 / -21,68544E-6 9 / 134,60424E-6 10 / 290,89392E-6 11 / 447,18361E-6 12 / 603,47328E-6 13 / 759,763E-6 14 / 916,05267E-6 15 / 1,07234E-3 t= 0.001 s t= 4 s t= 4 s
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -80 -60 -40 -20 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) PSH1 PSH2
Fig.5. Spectre du courant statorique du moteur sain en pleine charge
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -80 -60 -40 -20 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) PSH1 PSH2
Fig.6. Spectre du courant statorique du moteur avec défaut d'excentricité en pleine charge
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -80 -60 -40 -20 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) PSH1 PSH2
Fig.7. Spectre de l'induction magnétique à l'extérieur du moteur sain en pleine charge
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -80 -60 -40 -20 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) PSH1 PSH2
Fig.8. Spectre de l'induction magnétique à l'extérieur du moteur avec défaut d'excentricité en pleine charge
La figure 9 représente les spectres du courant statorique et de l’induction magnétique à l'extérieur du moteur sain et moteur avec 05% et 10% d’excentricité statique. La simulation a été effectuée pour un moteur fonctionnant en pleine charge. D’après cette figure on peut retirer les remarques suivantes:
Aucune signature de défaut n’est produite dans les spectres de courant statorique (figures
9.b et 9.c), seulement on relève de légères perturbations concernant les amplitudes de RSHs.
Les signatures de défaut d'excentricité statique sont clairement apparentes dans les
spectres de l’induction magnétique à l'extérieur du moteur (figures 9.b' et 9.c') pour les
deux degrés de défaut, elles sont situées aux fréquences:
(1 1 ) (1 1 0.05 2)50
s r s
f f s p f 26.19 Hz et 73.85 Hz.
En plus, les signatures (fs fr) autour de la composante fondamentale, avec une analyse minutieuse de spectres avec défaut, nous permet de noter des signatures
spectrales liées au défaut d’excentricité statique:
Les signatures de défaut autour de la composante fondamentale de rang élevé, comme les fréquences:
(fs2fr) fs2 (1s) p fs 502 (1 0.05) 2 50 2.5 Hz et 97.5 Hz.
Les signatures de défaut d’excentricité autour de la troisième composante du courant (150
Hz) sont:
(3fs fr) 3 50 (1 0.05) 2 50 126.25 Hz et 173.75 Hz. Les signatures de défaut d’excentricité autour de deux PSH sont:
1 (1
)
1
50
28 1 (1 0.05) 2 50
s s s r f R s p f f R f 591.25 Hz et 638.75 Hz.
1 (1
)
1
50
28 1 (1 0.05) 2 50
s s s r f R s p f f R f 691.25 Hz et 738.75 Hz.a) Courant statorique à l'état sain a') Induction magnétique à l'état sain
b) Courant statorique avec 05% de défaut b') Induction magnétique avec 05% de défaut
c) Courant statorique avec 10% de défaut c') Induction magnétique avec 10% de défaut
Fig.9. Spectres du courant statorique et de l’induction magnétique à l'extérieur du moteur à l'état sain et avec défaut d'excentricité statique (en pleine charge)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) f s-fr fs+fr 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B ) f s+fr f s-fr 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (Hz) A m p li tu d e ( d B )
4. CONCLUSION
Au terme de ce travail nous pouvons signaler des pistes d’investigations pour parfaire les
résultats obtenus. Les arguments quant à l’inefficacité de la méthode d’analyse spectrale du courant statorique semblent probants en matière de détection des index d’excentricité statique seule.
Le recours à la méthode d’analyse spectrale de la densité du flux magnétique à l’extérieur du moteur est à promouvoir avec des indicateurs d’efficacité validés même pour des faibles pourcentages de défaut, dans cette étude nous avons détecté avec certitude les signatures spectrales de défaut excentricité statique dans un moteur à induction renfermant les deux PSH ce qui constitue l’objectif premier de ce travail.
Les tests réalisés dans ce contexte confirment le bien fondé de notre choix technique.
L’utilisation de cette méthode à été rendu possible par la modélisation de la méthode des
éléments finis basée sur les circuits couplés; l’effet d’encochage et la saturation magnétique sont pris en compte. Ces éléments sont obligatoires pour l’étude de défauts d’excentricité. Ce
choix n’est plus nécessaire pour estimer d’autre type de défauts (cassure de barre, etc …).
5. REMERCIEMENTS
Les auteurs adressent leurs plus vifs remerciements au Professeur Champenois du laboratoire LAII Poitiers France pour son aimable contribution.
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How to cite this article:
Halem N, Zouzou S. E and Ghodbane H. Detection of static eccentricity fault in PSH induction motor by using external magnetic flux density. J. Fundam. Appl. Sci., 2016, 8(3),
