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Pourquoi les moteurs à variateur de fréquence (VVF) endommagent-ils les roulements ?
Réponse rapide
Les variateurs de fréquence (VDF) peuvent générer une tension sur l’arbre en raison de la commutation haute fréquence à l’intérieur de l’onduleur. Lorsque cette tension s’accumule, un courant électrique peut se décharger à travers les roulements du moteur. Au fil du temps, ces décharges répétées endommagent les surfaces des roulements, provoquant des piqûres, des bruits, des vibrations et une défaillance prématurée. L’installation d’un anneau de mise à la terre de l’arbre permet de rediriger ce courant en toute sécurité vers la terre et d’éviter les dommages aux roulements.
L’usage croissant des moteurs pilotés par variateurs de fréquence
Les variateurs de fréquence sont largement utilisés pour améliorer l’efficacité énergétique et réguler la vitesse des moteurs. Ils sont courants dans les systèmes industriels tels que les pompes, les compresseurs, les équipements de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) et les systèmes de convoyeurs.
Toutefois, de nombreux ingénieurs constatent un problème inattendu après l’installation de systèmes à variateurs de fréquence : les roulements des moteurs commencent à tomber en panne beaucoup plus tôt que prévu.
Ce problème n’est pas causé par une lubrification insuffisante ou une surcharge mécanique. Dans de nombreux cas, la cause réelle est un endommagement électrique à l’intérieur du roulement.
Comment les variateurs de fréquence génèrent-ils une tension sur l’arbre
Contrairement aux alimentations traditionnelles qui délivrent une tension sinusoïdale lisse, les variateurs de fréquence (VFD) régulent la vitesse du moteur à l’aide de la modulation de largeur d’impulsion (PWM). Cette méthode commute rapidement la tension à l’état « marche » et « arrêt » à des fréquences élevées.
Pendant ce processus de commutation, un phénomène appelé tension en mode commun est généré.
Cette tension peut induire un potentiel électrique entre l’arbre du moteur et le bâti du moteur. Lorsque le moteur fonctionne, la tension sur l’arbre augmente progressivement.
Dès que cette tension devient suffisamment élevée pour percer le fin film lubrifiant présent à l’intérieur du roulement, une décharge électrique se produit.
Ce qui se produit à l’intérieur du roulement
Chaque décharge est extrêmement faible, mais elle se comporte comme une étincelle microscopique entre des surfaces métalliques.
Des milliers de ces étincelles peuvent se produire chaque seconde pendant le fonctionnement du moteur.
Au fil du temps, cette activité électrique répétée provoque plusieurs types de dommages :
● Piqures – petites cavités sur la portée
● Frosted – une surface usée gris terne
● Flûtage – des rainures régulièrement espacées le long de la piste de roulement
Vibrations et bruits accrus
Des études menées sur les systèmes moteurs industriels suggèrent que les dommages électriques aux roulements peuvent être à l’origine d’un pourcentage élevé de défaillances prématurées des moteurs alimentés par des variateurs de fréquence (VFD).
Prévenir le problème à l’aide de bagues de mise à la terre de l’arbre
Une bague de mise à la terre de l’arbre protège le roulement en offrant un chemin électrique contrôlé vers la masse. Au lieu de laisser la tension se décharger à travers le roulement, la bague de mise à la terre dévie le courant parasite provenant de l’arbre tournant directement vers le bâti du moteur.
La bague de mise à la terre de l’arbre utilise des microfibres conductrices qui maintiennent un contact continu avec l’arbre pendant la rotation du moteur. Comme la bague de mise à la terre offre un chemin de moindre résistance que le roulement, le courant électrique emprunte naturellement ce chemin à la place.
Une solution préventive simple
Pour de nombreux systèmes moteurs modernes, les dommages électriques aux roulements ne sont pas immédiatement visibles avant qu'une défaillance ne se produise. En installant dès la phase de conception du système une bague de mise à la terre de l’arbre, les ingénieurs peuvent réduire le risque de dommages prématurés aux roulements et améliorer la fiabilité à long terme du moteur.
FAQ
1. Pourquoi les moteurs à variateur de fréquence (VDF) provoquent-ils des courants dans les roulements ?
La commutation haute fréquence dans les variateurs de fréquence génère une tension modale commune susceptible d’induire une tension sur l’arbre, laquelle peut se décharger à travers les roulements du moteur.
2. La lubrification peut-elle prévenir les dommages électriques aux roulements ?
Non. La lubrification protège contre l’usure mécanique, mais ne peut pas empêcher la décharge électrique.
3. Quelle est la méthode de protection la plus courante ?
Les bagues de mise à la terre de l’arbre sont largement utilisées, car elles dérivent en toute sécurité le courant parasite loin des roulements.
