Dépanner un variateur de vitesse

Les défauts les plus courants

Chaque fabricant a ses codes, mais les défauts se ressemblent tous. Leur nom exact est dans la documentation (chapitre 7).

Défaut	Quand ?	Causes fréquentes
surtension du bus	à la décélération	rampe trop courte, charge entraînante, pas de résistance de freinage (chapitre 4)
surintensité	au démarrage ou en marche	rampe d'accélération trop courte, charge bloquée, câble ou moteur en court-circuit, paramètres moteur erronés
sous-tension	au hasard	réseau faible, creux de tension, phase manquante en amont (voir l'Aller plus loin d'Alternatif)
surchauffe du variateur	après un moment	ventilateur arrêté, dissipateur encrassé, armoire trop chaude, fréquence de découpage trop élevée
surcharge moteur	après un moment	moteur trop chargé, longue marche à basse vitesse mal refroidie (chapitre 6)
défaut à la terre	à la mise en marche	isolement du câble ou du moteur dégradé
perte d'une phase moteur	à la mise en marche	borne desserrée, contacteur aval ouvert, câble coupé

Les variateurs gardent un historique des derniers défauts, souvent avec la vitesse, le courant et la tension du bus à cet instant : c'est la première chose à lire.

La résistance de freinage

Quand la charge entraîne le moteur plus vite que la consigne, par exemple à la décélération d'une grosse inertie, le moteur devient générateur (chapitre 2 : les 4 quadrants). Son énergie remonte dans le bus continu, dont la tension monte : au-delà d'un seuil, le variateur se met en défaut.

• La résistance de freinage, branchée sur le bus par un transistor du variateur, le hacheur de freinage, transforme ce surplus en chaleur dès que la tension dépasse son seuil ;
• sans elle, le variateur allonge de lui-même la décélération, s'il en a la fonction, ou se met en défaut.

Estimer l'énergie à dissiper : l'énergie cinétique d'une masse en rotation vaut E = ½ × J × ω², où J est l'inertie de la machine, donnée par son fabricant, et ω la vitesse en rad/s.
Exemple : un gros ventilateur, J = 2 kg·m², à 1 500 tr/min, soit ω ≈ 157 rad/s. E = ½ × 2 × 157² ≈ 25 kJ. Arrêté en 5 secondes, il faut dissiper en moyenne 25 000 / 5 = 5 kW.

• La valeur ohmique ne doit pas descendre sous le minimum indiqué par le fabricant du variateur : en dessous, le courant détruirait le transistor de freinage ;
• sa puissance se choisit selon l'énergie de chaque arrêt et leur fréquence ;
• elle devient très chaude : on l'installe à l'écart, ventilée, et son contact de protection thermique est câblé pour arrêter le variateur.

Pour des freinages fréquents et puissants, un variateur à récupération renvoie l'énergie au réseau au lieu de la chauffer (chapitre 4).

Le moteur ancien sur variateur

La MLI envoie au moteur des fronts de tension très raides, des milliers de fois par seconde (chapitre 5). Deux conséquences guettent un moteur qui n'a pas été conçu pour cela.

Les pointes de tension aux bornes du moteur

Sur un câble long, chaque front se réfléchit à l'arrivée, comme une vague contre un quai : la tension aux bornes du moteur peut approcher le doubleOrdre de grandeur : la valeur dépend de la longueur du câble, de la raideur des fronts et du variateur. Voir la documentation du fabricant, qui indique les longueurs maximales sans filtre. de celle du bus, soit plus de 1 000 V sur un réseau 400 V.

• Un bobinage ancien, isolé pour le réseau 50 Hz, peut claquer entre spires, souvent entre les premières spires de chaque phase ;
• remèdes : câble le plus court possible, filtre de sortie dv/dt ou sinus (chapitre 7), ou moteur dont l'isolement est prévu pour variateur.

Les courants de roulement

La MLI crée aussi une tension entre l'arbre et la carcasse. Elle se décharge à travers le film d'huile des roulements, par petites étincelles, qui creusent peu à peu les pistes : le roulement devient bruyant, puis se dégrade.

• roulement isolé du côté opposé à la charge, balai ou bague de mise à la masse de l'arbre ;
• câble blindé symétrique, raccordé sur toute sa circonférence aux deux bouts (cours CEM).

Au-delà de 50 Hz : le fonctionnement à 87 Hz

Au-dessus de 50 Hz, le variateur ne peut plus augmenter la tension : le couple diminue (chapitre 5 : le défluxage). Une astuce permet pourtant de garder le couple plus haut.

• Un moteur 230 / 400 V est couplé en triangle, donc prévu pour 230 V entre phases (voir le cours sur le moteur asynchrone) ;
• on l'alimente par un variateur triphasé 400 V, réglé pour donner 230 V à 50 Hz ;
• la loi U/f se poursuit jusqu'à 400 V, atteints à 50 × 400 / 230 ≈ 87 Hz.

Jusqu'à 87 Hz, le rapport U/f reste celui du moteur : son couple nominal est disponible, à une vitesse 1,73 fois plus élevée. Sa puissance est donc multipliée par environ √3 : un moteur de 4 kW en fournit près de 7. Les conditions :

• le variateur doit fournir le courant du moteur en triangle, plus élevé : il est donc plus gros que pour le même moteur en étoile ;
• la mécanique doit accepter la vitesse : roulements, équilibrage, réducteur, machine entraînée ;
• les pertes et l'échauffement augmentent : vérifier auprès du fabricant du moteur que cet usage est admis.

La méthode de dépannage

1. Sécurité d'abord : après la coupure, le bus continu reste chargé plusieurs minutes. Attendre le temps indiqué sur le variateur, puis vérifier au multimètre l'absence de tension sur les bornes du bus (voir l'Aller plus loin de Redresser et filtrer).
2. Lire l'historique des défauts et les conditions au moment du défaut.
3. Vérifier le réseau : les trois tensions d'entrée, équilibrées, et le serrage des bornes.
4. Tester le moteur et son câble, variateur débranché : résistance des trois enroulements, identiques, puis isolement au mégohmmètre (voir le cours sur le moteur asynchrone).
5. Mesurer en marche : les trois courants moteur à la pince, qui doivent être équilibrés.
6. Sauvegarder les paramètres avant toute intervention, pour pouvoir les réinjecter (chapitre 7).

• Jamais de mégohmmètre sur un variateur raccordé : ses 500 à 1 000 V détruiraient l'électronique. On débranche le câble moteur côté variateur avant de mesurer.
• En sortie de variateur, un multimètre ou une pince ordinaire mesure mal la tension et le courant découpés : il faut un appareil TRMS adapté, souvent avec un filtre spécial (voir l'Aller plus loin des multimètres).