Benchmark défaut stator de la machine asynchrone
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IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
Benchmark défaut stator de la machine asynchrone
Luc Loron, Sandrine Moreau, Emmanuel Schaeffer, Alain Glumineau
INTER GDR SEEDS/MACS - Diagnostic et commande des machines électriques
IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
Plan
1/ Réflexions sur les courts-circuits 2/ Objectifs du benchmark 3/ Banc expérimental 4/ Logiciel de simulations 5/ Essais et données expérimentales
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IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
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A propos des déséquilibres
Influence du montage – Montage étoile : courants de phase mesurés, tensions de phase inconnues. => Indétermination sur les tensions – Montage triangle : tensions de phase imposées par l’onduleur, courants inconnus. => Indétermination sur les courants – X¹T . X abc 32ab Influence de la commande – Commande en U/f = cste -> défauts visibles dans les courants. – Commande vectorielle avec boucles de courant ->défauts visibles dans les tensions Paramètres du modèle de Park non sensibles aux cc
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•
Modélisation du court-circuit Cas d’un court-circuit franc (entre spires d’une même phase) –Influence sur les courants mesurés : •h= (n /n ) cc s •is≈is_park + isc dq dq • isc (t) = isc(t) [cos(pg); sin(pg)] dq ⇒Isc (t) = 2/3h/r Q(pg(t)) us dq s dq 2 avec : Q(pg) = [cos (pg) cos(pg)sin(pg) ; 2 cos(pg)sin(pg(p) sin g) pgÎ[0, 2p/3, 4p/3] –Courant circulant dans les spires en court-circuit : •Equation de tension des spires en cc ->| icc | = | us | / rs≈|f| / rs. ws dq m •AN : |f|=1, rs = 4Ω->| icc | = 60 A ! m =>Nécessitéde limiter la vitesse de rotation ! –Modélisation précise du cc -> nécessitéde prendre en compte les pertes fer !
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•
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Ordres de grandeur
Cas d’un contact résistif (entre spires d’une même phase) 2 –Courant mesuré:2/3isc = h/(hr ) Q(pr + g) us dq s c dq –Courant de court-circuit :| icc |≈|fws |h/ (hr + r ) m s c Quelques chiffres : –Machine LS90 : 1,5 kW, 2 paires de pôles, 46 x 3 spires par paire de pôle, 380/220 V, 3,5/6,1 A –h= 0.1 pour 10 spires en court-circuit – R≈4Ω s – si r >>h|r et f| icc || alors ≈|ws|h/ r c s m c
– Protection de la machine :| icc |≤Inom => r /h= Cte c
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Cahier des charges du benchmark
• Difficulté : multitudes de facteurs – Deux événements en parallèle : fonctionnement machine et évolution du défaut • Placer la machine dans une situation courante ou dans une situation adaptée à la détection ? – Application industrielle standard : vitesse assez élevée, souvent constante, couple important, température lentement variable • Introduire un défaut réaliste et pertinent – Court-circuit au sein d’une phase ou entre deux phases, avec un nombre de spires assez réduit (sinon, le défaut est « évident ») • Garantir la sécurité de la machine en défaut • Objectif : situer différentes approches envisageables => Ne pas multiplier les scénarii. Mutualiser des données et des modèles
INTER GDR SEEDS/MACS - Diagnostic et commande des machines électriques
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IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
•
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Banc expérimental de Nantes
Machine (LS90) : 1,5 kW à 1430 tr/mn
Rebobinage – CC au sein d’une phase : 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 15, 20 ou 26 spires (ou plus) – CC entre phases : 5, 6, 7, 9, 16 … – Boucles de flux sur chaque section – 6 sondes de température (têtes de bobines)
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
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•
•
Logiciel de simulations
Simulateur écrit par E. Schaeffer – Modèle multi-spires (dipoles) – Ecrit sous Matlab Introduction d’un défaut stator – Ecrire un modèle spécifique : matrice de connexion – Solution idéale : Ecrire un simulateur entièrement configurable. Est ce nécessaire et qui le fait ? – Solution pragmatique : proposer plusieurs simulateurs (petit nombre)
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.
Modélisation du stator par dipôles élémentaires
INTER GDR SEEDS/MACS - Diagnostic et commande des machines électriques
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IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
Essais et données expérimentales
• Point ou cycle de fonctionnement typique : – Sécurité : limiter le courant de court-circuit => limiter la vitesse s – Vitesse lentement variable de 10 % à 100 % de la vitesse nominale sur charge constante (50% du couple nominal) – Trajectoire :/10 (2s), accélération (en 2s),à t = 1s(2s) - Défaut N N – Commande avec ou sans capteur mécanique • Influence de la température : – Variation de 25°C à 75°C =>∆R = 20% • Importance du défaut – Influence du nombre de spires en court-circuit : 1, 2, 5, 8, 12 ou 20 spires => Evaluation de la sensibilité de détection
INTER GDR SEEDS/MACS - Diagnostic et commande des machines électriques
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IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
Diagnostic (et commande) en ligne
• Finalité du projet : exploitation du même observateur pour la commande et le diagnostic • Commande avec ou sans capteur mécanique • Influence de la température – Deux essais : machine froide, puis chaude • Réglage et apparition du défaut – Sélection manuelle du nombre de spires en court-circuit – Réglage manuel de la résistance de court-circuit R CC – Déclenchement du court-circuit par relais (début de l’essai sans défaut) => Evaluation du temps de latence de la détection de défaut
INTER GDR SEEDS/MACS - Diagnostic et commande des machines électriques
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IREENA Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes-Atlantique
Fichiers pour diagnostic hors ligne
• Diagnostic avec ou sans capteur mécanique – On utilise ou non la mesure de position • Influence de la température – Deux séries de fichiers : machine froide ou chaude • Défaut – Par exemple : 1, 2, 5, 8, 12 ou 20 spires (=> 2*6 = 12 fichiers) – Le défaut apparaît à t = 1s • Données du fichiers – Paramètres : Tech = 200µs, Température, Instant de défaut, Nombre de spires, couple de charge, r C – Mesures : 2 tensions (ou références), 2 courants stators, position mécanique
INTER GDR SEEDS/MACS - Diagnostic et commande des machines électriques
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