Présentation d’un entraînement électrique

Principe et défauts

Dans ce chapitre, nous allons décrire les éléments constituant un entrainement électrique et leurs principes de fonctionnement dans le but de les diagnostiquer. Nous nous focalisons en particulier sur les défauts de la machine asynchrone, l’onduleur et la transmission mécanique en détaillant les différentes pannes qui peuvent apparaître dans les systèmes électriques tournants. Les responsables de service de la maintenance et les exploitants des systèmes industriels sont de plus en plus sensibilisées sur la sécurité des personnes et à la sûreté du fonctionnement des matériels en production. Ceci dans le but d’assurer la disponibilité maximale des équipements de production à un coût optimal dans de bonnes conditions de qualité et de sécurité. La sécurité et la disponibilité peuvent être améliorées par une surveillance efficace du système. Pendant la production, de nombreuses défaillances peuvent apparaître dans les systèmes électriques tournants, elles peuvent être électriques, mécaniques, magnétiques, prévisible ou intempestive. Nous allons citer les principaux défauts pouvant se produire dans les parties de l’association convertisseurs statiques – machines électriques. Après une présentation des différentes parties de l’association onduleur de tension – moteur asynchrone dans les systèmes industriels, la problématique de l’étude sera précisée: modèle de la machine et la nature du défaut. Ce chapitre porte une généralité sur des différents défauts qui pouvant affecter les entrainements électrique. II.2 Présentation d’un entrainement électrique D’après [36] un entraînement électrique est un système composé généralement d’une machine tournante, de son alimentation, de son système de contrôle et de sa charge. Généralement, la machine est alimentée à travers un alimenté par un onduleur de tension à GTO commandé par une modulation de la largeur d’impulsion (MLI) pour obtenir un système à vitesse variable qu’est un éléments important dans les installations industrielles. Les entraînements électriques se composent de plusieurs parties sensibles, et sont de plus en plus soumis aux défaillances cela rend le suivi de fonctionnement indispensable. La structure générale d’un entraînement électrique est présentée dans la figure II.1 ci-dessus [37]: 6 Fig. II.1 : Structure générale d’un entraînement électrique

Onduleur de tension

L’alimentation de la machine est constituée d’une source de tension continue qu’on peut obtenir par l’intermédiaire d’un redresseur et un onduleur qui transforme cette tension continu en tension alternative variable et une fréquence variable pour pouvoir varier la vitesse du moteur asynchrone. On distingue deux grands types d’onduleurs selon le récepteur alimenté: Les onduleurs de tension alimentée par une source de tension continue et les onduleurs de courant alimenté par une source de courant continu. La commande de l’onduleur dépend du mode de fonctionnement des semi-conducteurs c’est-à-dire leurs ouvertures et fermeture par période pour délivrer des tensions et des courants de fréquences variables dans le but de varier la vitesse de la machine [37]. Si on effectue aux semi-conducteurs une seule fermeture et ouverture par période, on dit alors que l’onduleur à un créneau par alternance ou en plein onde (180°) ou de décalée (120°). Mais on utilise de plus des semi-conducteurs qui travaillent à fréquence plus élevée pour les faire fonctionner plusieurs fois par période. On obtient par la suite des tensions et des courants de sortie de plusieurs créneaux de largeurs convenables et on a alors des onduleurs à MLI (modulation de largeur impulsion). II.2.2 Modélisation de l’onduleur de tension Un onduleur de tension triphasé dont les composants semi-conducteurs contrôlables est des transistors ou des thyristors GTO, est le cœur de l’organe de commande de la MAS. Il peut être considéré comme un amplificateur de puissance. Il est constitué de trois bras de deux interrupteurs pour chacun. Pour chaque interrupteur, une diode de récupération est montée en tête-bêche avec le semi-conducteur contrôlable. Pour assurer la continuité des courants alternatifs et éviter le court-circuit de la source, les interrupteurs TA et TB, TC et 𝑇𝐴 ′ , 𝑇𝐵 ′ , et 𝑇𝐶 ′ , doivent être contrôlés de manière complémentaire. Le Charge Machine Consigne Alimentation Réseau Conversion AC/DC Conversion AC/DC ou AC/DC Commande Chapitre II Présentation d’un entraînement électrique : Principe et défauts Page 27 schéma structurel d’un tel convertisseur statique alimentant le stator de la MAS est illustré par la figure.II.2. Fig. II.2 : Schéma de principe de l’onduleur triphasé [37] L’élément de base intervenant dans toute structure d’onduleurs de tension est une cellule de commutation comprenant une paire d’interrupteurs réversibles en courant (TA,TA ′ ). Pour la mise en œuvre de la conversion continu-alternatif, cette cellule est une structure minimale ne permettant l’obtention que de deux valeurs de tension (0 et E) d’où l’onduleur est appelé onduleur à deux niveaux. D’une façon générale, il existe deux moyens d’action pour réaliser cette conversion :  Le premier s’appuient sur l’utilisation directe de la cellule de base et consiste à régler la fréquence et la durée des interconnections de la source avec la sortie. Il est donc temporel et débouche sur les techniques de modulation de largeur d’impulsion.  Le second revient à contrôler l’amplitude (réglage par niveau). Les tensions de références sont les tensions simples 𝑉𝑠 = [𝑉𝐴𝑁𝑉𝐵𝑁𝑉𝐶𝑁] 𝑇 par rapport au point neutre.