Détection des défauts mécaniques dans les entraînements électromécaniques complexes : application aux systèmes de levage

Detection of mechanical faults in complex electromechanical drives : application on hoisting wich systems

• Auteur / Autrice : Mohammad Javad Rastegar Fatemi
• Direction : Gérard-André Capolino, Humberto Henao-Fernandez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Génie électrique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines électriques

Détection de défaut (ingénierie)

Résumé

Dans le cadre de la maintenance prédictive et de la sûreté de fonctionnement des systèmes électromécaniques, l’objectif de cette thèse est de proposer des méthodes de surveillance et de diagnostic pour la détection de défauts d’origine mécanique dans la machine à induction. Dans ce travail, ces méthodes sont proposées et appliquées à la maintenance prédictive d'un système de levage. La détection de défauts d’un système électromécanique complexe en vue de sa surveillance à partir de capteurs non-invasifs est intéressante par la simplicité de mise en œuvre et le degré de fiabilité requis. Elle peut se faire avec un minimum d’encombrement dans l’installation. Les signaux de courant ou de flux de dispersion permettent la détection par mesure non-invasive des défauts électromécaniques. A notre connaissance, les méthodes proposées utilisent rarement ce type de capteurs. Nous avons donc été amenés à analyser de manière systématique les types de capteurs utilisés pour l’étude des défauts mécaniques. Pour une application où le courant statorique n'est pas disponible, une autre alternative utilisant le flux de dispersion de la machine doit être considérée pour la surveillance du système. Dans cette thèse, cinq méthodes de diagnostic ont été présentées. Une méthode utilisant le flux de dispersion est proposée pour surveiller la boîte à engrenages. Elle est basée sur la signature du courant statorique qui affecte directement le flux de dispersion. Les autres parties mécaniques d'une machine électrique, comme les roulements et l'excentricité de l'arbre du rotor, sont surveillées par le flux de dispersion en comparaison avec le courant statorique. Nous avons également vérifié l'influence de la charge sur le couple de sortie et sur le courant statorique en cas de défaut d'un réducteur planétaire et de désalignement dans un système de levage. Nous avons également présenté une méthode originale non-invasive pour détecter les conditions défectueuses d'un câble de levage en utilisant le courant statorique et le couple de sortie vu par le tambour. De plus, nous avons présenté une autre méthode non-invasive pour la détection de l'effet de l'accrochage de la charge dans le courant statorique et dans le couple de sortie vu par le tambour.

As part of predictive maintenance and safe operation of electromechanical systems, the objective of this thesis is to propose some methods for diagnostics and monitoring of mechanical faults. In this work, these methods have been proposed and applied for predictive maintenance in a hoisting winch system driven by an induction machine. The monitoring and fault detection of complex electromechanical systems by using non-invasive sensors is an interesting approach due to simplicity of implementation and its level of reliability. It can be performed with minimal changes for the implementation. The stator current or the stray flux signals can detect the electromechanical faults by non-invasive measurements. The proposed methods do not use these types of sensors. Hence, we have been analyzed these types of sensors for the study of mechanical faults. For an application where the stator current is not available, another alternative using the stray flux of the machine has been considered for the system condition monitoring. In this thesis, five new diagnostic methods have been proposed and have been presented with their experimental results. A method using the stray flux is proposed to monitor the gearbox. It is based on the stator current signature, which directly affects the stray flux. Other mechanical parts of an electrical machine like bearings and the rotor shaft eccentricity are monitored by the stray flux in comparison to the stator current. It is also verified the influence of the load on the output torque and on the stator current in case of the planetary gearbox and misalignment faults in a hoisting winch system. A novel non-invasive method has been presented to detect defective conditions of the wire rope of a hoisting winch system using the stator current and the output torque of an induction machine. In addition, an other non-invasive method has been presented for detection of the hanging load effect in the stator current and the output torque.