Efficacité et fiabilité des moteurs électriques : Les nouvelles conditions d'essai correspondent aux conditions réelles d'utilisation

Méthodes d'essai traditionnelles pour les moteurs électriques

Si la méthode traditionnelle de mesure des performances et de l'efficacité des moteurs électriques est bien définie, le processus peut être coûteux à mettre en place et difficile à appliquer dans les processus de travail. En fait, le contrôle des performances des moteurs nécessite même souvent l'arrêt de l'ensemble du système, ce qui peut entraîner des temps d'arrêt coûteux. Pour mesurer l'efficacité des moteurs électriques, il faut déterminer à la fois la puissance d'entrée électrique et la puissance de sortie mécanique dans une large gamme de conditions de fonctionnement dynamiques. Selon la méthode traditionnelle de mesure des performances des moteurs, les techniciens doivent d'abord installer le moteur dans un banc d'essai. Le banc d'essai se compose du moteur à tester monté sur un générateur ou un banc d'essai de puissance.

Le moteur testé est relié à la charge par un arbre. Un capteur de vitesse (tachymètre) est connecté à l'arbre, ainsi qu'un certain nombre de capteurs de couple, qui fournissent des données à partir desquelles la puissance mécanique peut être calculée. Ce système fournit des données sur la vitesse, le couple et la puissance mécanique. Dans certains systèmes, la puissance électrique peut également être mesurée pour calculer l'efficacité.

Le rendement est calculé comme suit :

Pendant les essais, la charge est contrôlée pour déterminer l'efficacité sur une gamme de modes de fonctionnement. La configuration de l'essai peut sembler simple, mais elle présente quelques inconvénients inhérents :

1. Le moteur doit être mis hors service.
2. La charge du moteur n'est pas vraiment représentative de la charge entraînée par le moteur pendant le fonctionnement.
3. Pendant les essais, le fonctionnement doit être retardé (ce qui entraîne un temps d'arrêt) ou un moteur de remplacement doit être installé temporairement.
4. Les capteurs de couple sont coûteux. Ils ont une portée limitée, de sorte que des capteurs multiples/différents peuvent être nécessaires pour tester différents moteurs.
5. Un banc d'essai moteur adapté à une large gamme de moteurs est coûteux et les utilisateurs de ce type de banc d'essai sont généralement des ateliers de réparation de moteurs spécialisés ou des entreprises de développement de moteurs.
6. Il n'est pas tenu compte des conditions d'exploitation ‘réelles’.

Paramètres des moteurs électriques

Les moteurs électriques sont conçus pour des applications spécifiques en fonction de la charge et présentent donc des caractéristiques différentes. Ces caractéristiques sont classées selon les normes de la National Electrical Manufacturers Association ou de la Commission électrotechnique internationale et ont un effet direct sur le fonctionnement et le rendement du moteur. Chaque moteur possède une plaque signalétique indiquant les principaux paramètres de fonctionnement du moteur et les données de rendement conformément aux recommandations de la NEMA ou de la CEI. Les données figurant sur la plaque signalétique peuvent être utilisées pour comparer les exigences du moteur avec les conditions de fonctionnement réelles. En comparant ces valeurs, vous pouvez découvrir, par exemple, qu'un moteur dépasse la vitesse ou le couple prévu, ce qui peut raccourcir la durée de vie du moteur ou provoquer une défaillance prématurée. D'autres effets tels que le déséquilibre de la tension ou du courant et les harmoniques associés à une mauvaise qualité de l'alimentation secteur peuvent également entraîner de mauvaises performances du moteur. Si l'une de ces conditions se produit, la puissance du moteur - c'est-à-dire la performance attendue du moteur - doit être réduite, ce qui peut entraîner une perturbation du processus si la puissance mécanique générée est insuffisante. La réduction de puissance est calculée selon la norme NEMA en fonction des données spécifiées pour le type de moteur. Bien que les normes NEMA et CEI présentent quelques différences, elles suivent en grande partie les mêmes lignes.

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Conditions réelles d'utilisation

Tester des moteurs électriques sur un banc d'essai moteur signifie généralement tester le moteur dans les meilleures conditions possibles. Inversement, lorsque le moteur est utilisé dans des conditions réelles, ces meilleures conditions de fonctionnement n'existent généralement pas. Ces différences de conditions de fonctionnement contribuent toutes à la détérioration des performances du moteur. Par exemple, dans une installation industrielle, des charges peuvent être installées qui affectent directement la qualité de l'alimentation du réseau, provoquant un déséquilibre du système ou éventuellement une distorsion harmonique. Chacune de ces conditions peut sérieusement dégrader les performances du moteur. En outre, la charge entraînée par le moteur peut ne pas être optimale ou conforme à la conception originale du moteur. La charge peut être trop importante pour que le moteur puisse l'entraîner correctement, ou surchargée en raison d'un mauvais contrôle du processus. La charge peut même être entravée par un frottement excessif causé par un corps étranger bloquant une pompe ou une roue de ventilateur. L'enregistrement de ces anomalies peut être difficile et prendre beaucoup de temps, ce qui rend problématique un dépannage efficace.

Une nouvelle approche

Les Fluke 438-IIL'analyseur Fluke 438-II pour la qualité de l'alimentation secteur et les moteurs offre une méthode rationalisée et rentable pour tester l'efficacité des moteurs, élimine le besoin de capteurs mécaniques externes et évite les temps d'arrêt coûteux. Basé sur la série Fluke 430-II d'analyseurs de la qualité de l'alimentation secteur et de l'énergie, le Fluke 438-II dispose de toutes les fonctionnalités nécessaires pour mesurer la qualité de l'alimentation secteur tout en mesurant les paramètres mécaniques des moteurs électriques à couplage direct. En utilisant les données de la plaque signalétique du moteur (données NEMA ou CEI) combinées aux mesures de la puissance triphasée, le 438-II calcule en temps réel les données de performance du moteur telles que la vitesse, le couple, la puissance mécanique et le rendement, sans avoir recours à des capteurs de couple et de vitesse supplémentaires. Le 438-II calcule également directement le facteur de réduction du moteur en cours de fonctionnement.

Les données requises par le Fluke 438-II pour effectuer cette mesure sont saisies par le technicien ou le mécanicien et comprennent la puissance nominale en kW ou ch, la tension et le courant nominaux, la fréquence nominale, le cos φ ou facteur de puissance nominal, le facteur de service nominal et le type de conception du moteur des classes NEMA ou IEC.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Le Fluke 438-II est capable d'effectuer des mesures mécaniques (vitesse du moteur, charge, couple et rendement) en appliquant des algorithmes exclusifs aux signaux d'ondes électriques. Les algorithmes combinent une combinaison de modèles physiques et de modèles basés sur les données d'un moteur à induction, sans nécessiter aucun des tests de prémesure habituellement requis pour estimer les paramètres du modèle de moteur, tels que la résistance du stator. La vitesse du moteur peut être estimée à partir des harmoniques des formes d'ondes de courant produites par les fentes du rotor. Le couple de l'arbre du moteur peut être lié aux tensions, aux courants et au glissement du moteur à induction par des relations physiques connues mais complexes. La puissance électrique est mesurée à l'aide des formes d'onde du courant et de la tension d'entrée. Après avoir estimé le couple et la vitesse, la puissance mécanique (ou charge) est calculée en multipliant le couple par la vitesse. Le rendement du moteur est calculé en divisant la puissance mécanique estimée par la puissance électrique mesurée. Fluke a effectué des tests approfondis sur des moteurs instrumentés pilotant des bancs d'essai de puissance. La puissance électrique réelle, le couple de l'arbre du moteur et la vitesse du moteur ont été mesurés et comparés aux valeurs indiquées par le 438-II pour déterminer les niveaux de précision.

Vue d'ensemble

Si les méthodes traditionnelles de mesure des performances et de l'efficacité des moteurs électriques sont bien définies, elles ne sont pas nécessairement très répandues. Cela est dû en grande partie au coût de l'arrêt des moteurs, et parfois de systèmes entiers, à des fins de test. Le Fluke 438-II fournit des informations extrêmement utiles qu'il était jusqu'à présent difficile et coûteux d'obtenir. En outre, le Fluke 438-II sont des fonctions avancées d'analyse de la qualité de l'alimentation secteur qui permettent de mesurer la qualité de l'alimentation secteur pendant que le système fonctionne à plein régime. Les mesures critiques du rendement des moteurs sont simplifiées en éliminant le besoin de capteurs de couple externes et de capteurs de vitesse séparés. Cela permet d'analyser les performances de la plupart des processus industriels entraînés par des moteurs électriques en cours de fonctionnement. Les techniciens peuvent ainsi réduire les temps d'arrêt et identifier les tendances des performances du moteur au fil du temps, ce qui leur permet d'avoir une meilleure idée de l'état général et des performances du système. En enregistrant les tendances des performances, les changements susceptibles d'indiquer des défaillances imminentes du moteur peuvent être identifiés et le remplacement est possible avant que ces défaillances ne se produisent.

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