Modélisation de la machine asynchrone à cage d’écureuil en présence des défauts de cassures de barres et d’anneaux de courtcircuit

Abstract

Ce mémoire se situe dans le contexte du diagnostic des machines asynchrones, thème actuellement d’actualité en vue de diagnostiquer au mieux les défauts qui peuvent affecter la machine durant sa période de fonctionnement. L’ampleur des pannes survenant dans les machines impose de manière impérative l’élaboration d’un système de diagnostique fiable et efficace. Le travail présenté dans ce mémoire a traité donc le diagnostic des défauts rotoriques pouvant survenir au sein des machines asynchrones. Ce domaine très vaste, ouvre de larges perspectives pour ces différents types de machine. L’étude des défauts a un double objectif : comprendre leur genèse de manière à prévoir leur gravité et leur développement. Analyser leur impact sur le comportement de la machine et en déduire les signatures permettant, à posteriori, de remonter jusqu’à la cause de la défaillance. Il est donc important de développer des outils de diagnostic pour détecter de manière précoce ces défauts. L'objectif est avant tout de posséder un modèle de la machine asynchrone qui met en évidence l'influence des défauts sur les grandeurs mesurables de la machine, principalement les courants, afin d'étudier les phénomènes mis en jeu en utilisant une approche dite méthode des Circuits Electriques Magnétiquement couplés (CEMC), consiste à modéliser le rotor de la machine par des mailles reliées entre elles électriquement et couplées magnétiquement, c'est à cette dernière que nous nous sommes intéressée afin de disposer d'un modèle mathématique où les paramètres mesurables apparaissent explicitement et ne nécessitent pas d'outils de calcul complexes. Les défauts étudiés sont le court-circuit, et la rupture de barres et d’anneaux de circuit-circuit. Pour aborder cette étude, nous avons établi un état de l’art sur la constitution de la machine asynchrone en mettant l’accent sur les possibilités d’apparition des défauts tant au stator qu’au rotor ainsi que les divers outils utilisés pour la détection et le diagnostic des défauts et les différents types de maintenance. Nous nous sommes intéressés ensuite à la présentation d’un modèle réel de la machine asynchrone à cage d’écureuil, en développant les différentes équations régissant le fonctionnement de la machine, une représentation d’état est alors obtenue dont la résolution permet de retrouver l’évolution de toutes les grandeurs de la machine. Un programme écrit sous MATLAB nous a permis de valider ce modèle. Finalement nous avons terminé notre travail par une étude de la machine à cage en présence de défaut au rotor à travers la mise au point de modèles de défaut de cassure de barres et d’anneau de court-circuit de la machine. La mise en oeuvre du modèle de défaut est considérée simple tenant en compte du déséquilibre de la matrice de résistance rotorique en situation de défaut. Nous avons pu établir que lors de la rupture de barre ou de portion d’anneau au rotor, les barres adjacentes sont les plus sollicitées. Des oscillations apparaissant sur le couple électromagnétique et sur les courants absorbés. L’effet de rupture des barres et d’anneau de court-circuit, augmentent les amplitudes des courants dans les trois phases statoriques et dans le circuit électrique du rotor. Les résultats de simulation des deux modèles sont convaincants parce qu’ils concordent avec ceux publiés dans plusieurs travaux.