Les essais de moteur évaluent l’intégrité d’un moteur grâce à l’utilisation d’équipements ou d’outils assistés par ordinateur qui surveillent les tendances au sein du moteur.

Qu’est-ce que les essais de moteur ?

Les essais de moteur évaluent l’intégrité d’un moteur grâce à l’utilisation d’équipements ou d’outils assistés par ordinateur qui surveillent les tendances au sein du moteur. L’objectif principal du test de moteur est de révéler les problèmes cachés et de prévenir les pannes inutiles. Spécifiques aux moteurs électriques, les tests de moteurs évaluent des paramètres statiques tels que l’isolation, les dommages aux fils et les fuites de courant électrique, ainsi que des paramètres plus dynamiques tels que la distorsion, les fluctuations de température et l’équilibre.

Les tests de moteurs mécaniques comprennent des éléments tels que l’examen des fissures du rotor d’un moteur et la composition de la feuille de stratification. Si chaque test de moteur s’applique à la plupart des moteurs à courant alternatif (CA) ou à courant continu (CC), chaque méthode de test dépend de la construction et de l’application du moteur en question.

Les essais sur les moteurs sont réglementés par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) par le biais de normes telles que l’IEEE 43 – Résistance d’isolement et indice de polarisation, l’IEEE 56 – Essai de hipotage en courant alternatif de maintenance, l’IEEE 95 – Essai de hipotage en courant continu, et l’IEEE 400-2001 – Guide pour les essais sur le terrain et l’évaluation de l’isolation des systèmes de câbles électriques blindés. Ces normes sont constamment revues et améliorées lorsque le conseil le juge nécessaire.

Les tests de moteurs sont souvent utilisés dans le cadre d’un programme de maintenance préventive ou centré sur la fiabilité. Le test des moteurs avec un programme de maintenance préventive peut tester les moteurs pendant qu’ils fonctionnent dans leur environnement normal sous des charges normales pour confirmer qu’ils fonctionnent à des limites acceptables ou optimales. Les tests de moteurs font souvent allusion à des problèmes avant que l’inspection visuelle ne les rende apparents.

Faire des tests de moteurs une partie d’un programme de maintenance est important parce qu’une fois qu’un moteur endure des dommages, ils sont souvent irréversibles (on parle de dommages au cœur) ; cela conduit à ce que le moteur ne fonctionne pas avec la même efficacité qu’avant, voire pas du tout. Le test des moteurs se prête à de multiples avantages, notamment :

• Une augmentation du temps de fonctionnement. L’identification des moteurs défectueux avant qu’ils n’atteignent un point de défaillance garantit que votre ou vos systèmes restent opérationnels. Cela ouvre la voie à des tâches de maintenance planifiées de manière plus économique pour corriger les problèmes découverts.
• Réduction des coûts. Le test des moteurs vous donne une image claire de l’état en temps réel des moteurs de vos actifs, ce qui limite les dommages collatéraux potentiels dus aux pannes et réduit les coûts de maintenance. Le type de maintenance dont un moteur a besoin ou s’il doit être remplacé est une décision critique et potentiellement coûteuse.
• Economies d’énergie. Les tests d’analyse du courant du moteur (MCA) peuvent aider à identifier les conditions dans un moteur qui conduisent à une consommation d’énergie accrue. Cela pourrait avoir un impact négatif sur la qualité globale de la puissance du moteur, accélérer l’usure des actifs et se présenter comme une augmentation coûteuse de la consommation d’énergie et de l’utilisation de pointe.
• Amélioration de la sécurité. Le test des moteurs réduit l’urgence et la fréquence des pannes, ce qui permet aux équipes de maintenance de déplacer la majorité de leur travail vers les temps d’arrêt programmés. Le personnel dispose ainsi d’une condition de travail hors tension pour effectuer les réparations. Le test de moteur peut également détecter les connexions électriques défectueuses dans un circuit qui peuvent ne pas être détectées avec un test infrarouge régulier, réduisant ainsi le risque d’incendie.

Bien que les tenants et aboutissants du test de moteur puissent être intimidants et un peu complexes, la connaissance des bases ainsi que l’utilisation d’outils et d’équipements de test de moteur modernes peuvent grandement simplifier la tâche de tester les moteurs.

Outils de test des moteurs

Les outils modernes de test des moteurs rendent la prise de mesures et l’analyse de l’état actuel d’un moteur assez simples une fois que vous comprenez comment chaque outil fonctionne. De nombreux outils de test sont équipés de capacités multifonctions, incorporant plus d’un dispositif dans chaque outil. Avoir une trousse à outils de base avec les outils suivants est un bon point de départ.

• Multimètre numérique (DMM) – Un DMM mesure plusieurs quantités électriques, telles que la tension (volts), la résistance (ohms) ou le courant (ampères). Certains modèles de DMM comprennent des fonctions spéciales qui vous permettent de prendre des mesures minimales, maximales et relatives, ainsi que de tester des diodes et des condensateurs. Les DMM sont utilisés pour tester la perte de puissance due aux fusibles grillés, les niveaux de courant excessifs des circuits surchargés et la résistance inadéquate due à une isolation ou un équipement endommagé.

  Les DMM sont considérés comme un outil multifonction car ils combinent plusieurs outils à fonction unique tels qu’un voltmètre, un ampèremètre et un ohmmètre. Cet outil comprend un écran où les mesures peuvent être lues en temps réel, des boutons pour sélectionner une variété de fonctions (selon le modèle), un cadran pour choisir les valeurs de mesure primaires (ampères, ohms ou volts) et des prises d’entrée où sont insérés les cordons de test.

• Pince ampèremétrique – Une pince ampèremétrique mesure le courant dans un circuit en évaluant la force du champ magnétique autour d’un conducteur. La majorité des pinces ampèremétriques mesurent le courant alternatif, mais certaines évaluent à la fois le courant alternatif et le courant continu. Les « mâchoires » articulées de l’ampèremètre permettent aux techniciens de les serrer autour d’un fil, d’un câble ou d’un autre conducteur dans un système électrique. Cela permet au technicien de mesurer le courant sans déconnecter ou mettre hors tension le système.

  Les mâchoires sont en fer ferritique (généralement enveloppées de plastique) et conçues pour détecter, concentrer et mesurer un champ magnétique généré par le courant lorsqu’il circule dans un conducteur. Les pinces ampèremétriques sont devenues des testeurs multifonctions, certains modèles ayant des capacités similaires à celles d’un DMM. Ils sont populaires parce qu’ils sont sûrs et pratiques, permettant aux techniciens de renoncer à couper les fils pour insérer les fils d’un compteur, puisque les mâchoires de la pince ampèremétrique n’ont pas besoin de toucher un conducteur pour prendre une mesure.

• Mégohmmètre – Souvent appelé megger, un mégohmmètre est un type d’ohmmètre utilisé pour mesurer la résistance électrique des isolants. En d’autres termes, les mégohmmètres sont utilisés pour déterminer l’état de l’isolation des fils et des enroulements de moteurs. Pour ce faire, ils introduisent une charge continue à haute tension et faible courant et évaluent la résistance pour identifier s’il y a une fuite de courant ou des dommages à l’isolation.

  La quantité de courant dépend de la tension appliquée, de la capacité du système, de la résistance totale et de la température du matériau. En général, plus le courant est élevé, plus la résistance est faible. La valeur de résistance d’isolement affichée à l’écran est fonction de trois sous-courants indépendants : le courant de fuite conducteur, le courant de fuite de charge capacitive et le courant de fuite d’absorption de polarisation. L’utilisation régulière d’un megger dans votre programme de maintenance est un bon moyen de garantir la sécurité de vos circuits.

• Thermomètre sans contact – Un thermomètre sans contact ou thermomètre ponctuel est un outil de test de moteur qui mesure la température en un seul point à une distance sûre. Ressemblant à des pistolets radar, ces thermomètres portatifs sont idéaux pour déterminer la température à un endroit précis d’une surface. Ils sont utilisés pour mesurer le rayonnement thermique sur des actifs difficiles à atteindre ou fonctionnant dans des conditions extrêmes.

  Les thermomètres à point fonctionnent en utilisant le champ de vision (FOV) et le rapport distance-point (D:S). Le rapport D:S est le rapport entre la distance à l’objet que vous mesurez et le diamètre de la zone de mesure de la température. Plus le chiffre du ratio est élevé, meilleure est la résolution de l’instrument et plus petite est la zone qui peut être mesurée.

• Analyseur de qualité de l’énergie – Les analyseurs de qualité de l’énergie sont les outils multifonctionnels ultimes pour les tests de moteurs. Bien qu’ils soient plus chers (1 000 à 8 000 $ et plus) que la plupart des autres outils discutés, ils peuvent inclure de multiples fonctions selon le modèle. En plus d’avoir des capacités DMM, certains analyseurs de qualité de l’énergie peuvent effectuer des études énergétiques et des enregistrements de la qualité de l’énergie en capturant et en enregistrant un grand nombre de paramètres de qualité de l’énergie. Les autres fonctions des analyseurs de puissance peuvent inclure :
  • la mesure des trois phases et du neutre ;
  • la capture des creux, des houles et des courants d’appel ; et
  • l’analyse de l’intégration et de la compatibilité des logiciels.

Types de tests de moteurs

Il existe de nombreuses techniques de tests de moteurs, notamment lorsqu’il s’agit de tests de moteurs électriques. La plupart d’entre elles entrent dans l’une des deux catégories suivantes : test en ligne ou hors ligne, ou test statique ou dynamique. Un bon programme de maintenance prédictive utilise généralement les deux.

Les tests dynamiques en ligne sont effectués lorsque le moteur est en marche. Il fournit aux techniciens des données sur la qualité de l’alimentation et l’état de fonctionnement du moteur. L’équipement de test dynamique doit être capable de collecter et d’établir des tendances pour toutes les données essentielles aux moteurs électriques. Cela inclut l’état de l’alimentation, le niveau de tension, le déséquilibre de la tension et les distorsions harmoniques, les niveaux et déséquilibres de courant, les niveaux de charge, le couple et les signatures de la barre du rotor, etc. L’analyse des données collectées à partir des tests en ligne peut révéler des problèmes grâce à des indicateurs tels que l’état de l’alimentation, l’état et les performances du moteur, l’évaluation de la charge et l’efficacité de fonctionnement.

Les tests statiques en ligne doivent être utilisés régulièrement pour déterminer comment les composants d’un moteur (enroulements, barre du rotor, etc.) fonctionnent ainsi que pour effectuer une analyse du courant et de la tension. Les essais statiques permettent souvent de détecter des problèmes tels que des barres de rotor cassées ou desserrées, des problèmes de bagues d’extrémité, un entrefer inégal entre le rotor et le stator (excentricité) et un désalignement. Comme son nom l’indique, ce type de test de moteur est effectué lorsque la machine est arrêtée. Les tests statiques évaluent des éléments tels que la résistance/résistance d’isolation, les tests à haut potentiel (HiPot), la polarisation, les tests de surtension et plus encore.

Près de la moitié (48 pour cent) de toutes les pannes de moteur sont dues à des problèmes électriques, selon une enquête de l’Electric Power Research Institute (EPRI). Sur ces 48 %, 12 % peuvent être attribués à des problèmes de rotor et 36 % à des problèmes de bobinage. Pour aider à atténuer ces défaillances, une variété de tests peuvent être effectués sur les moteurs électriques. Parmi les plus courants figurent :

• Les tests d’impulsion sur les moteurs électriques : Les tests d’impulsion vous aident à comprendre comment un système électrique peut résister à une surtension soudaine causée par les conditions météorologiques (foudre), à des situations de service régulier comme lorsque des équipements à basse ou haute tension changent d’opération, ou à des variations de haute tension dans la sortie des onduleurs AC-DC.
• Test de rotation du moteur électrique : Le test du sens de rotation est crucial avant de connecter un moteur à sa charge afin de ne pas endommager la charge ou de causer une confusion pour l’opérateur. Par exemple, une turbine entraînée par un moteur dans un mélangeur est conçue pour être directionnelle, donc pour obtenir un mélange adéquat, il est important de maintenir la direction prévue.

  Un test de rotation approprié est effectué avec un compteur de rotation de phase. Par exemple, si vous installez un moteur triphasé, le compteur aura six fils sur lui – trois du côté du moteur (côté plomb) et trois du côté ligne (côté alimentation).

• Test de moteur électrique à rotor bobiné : Le test avec un rotor bobiné vous permet d’isoler les trois composants de base (stator, rotor et banc de résistance) pour identifier plus rapidement la cause première. Tout comme la relation primaire/secondaire dans un transformateur, toute variation dans le circuit du rotor (secondaire) qui inclut la banque de résistances est évidente sur le stator (primaire). Inversement, tout problème sur le stator se reflète sur le circuit du rotor.
• Test de résistance d’isolation : Avec l’isolation des moteurs électriques, lorsque la température augmente, la résistance diminue. C’est ce qu’on appelle un coefficient de température négatif. Le test de l’isolation permet de s’assurer que la résistance d’isolation d’un moteur hors tension diminue après le démarrage du moteur. Il n’est pas rare que la température augmente au départ, car l’humidité s’évapore en raison de la température croissante des enroulements. Le test de résistance d’isolement nécessite une rectification de la température à 104 degrés Fahrenheit (40 Celsius), selon la norme IEEE 43.
• Test Megger : L’un des tests les plus populaires grâce à sa simplicité, le test mégohm (test megger) est une autre façon de tester la résistance d’isolement d’un moteur électrique. Un mégohmmètre peut fournir une tension continue élevée (généralement de 500V à 15kV) à une capacité de courant prédéterminée pour tester la résistance de l’isolation. La meilleure pratique consiste à utiliser un test mégohmmétrique avec d’autres formes de test, car il n’est pas capable de détecter tous les défauts potentiels à l’intérieur du bobinage d’un moteur.
• Test de résistance de bobinage : Le test de résistance des enroulements met en évidence les courts-circuits morts, les connexions lâches et les circuits ouverts. La mesure de la résistance des enroulements permet de s’assurer que tous les circuits sont correctement câblés et que toutes les connexions sont sécurisées. Tous les enroulements doivent avoir une résistance prédéterminée spécifiée par le fabricant pour que le moteur fonctionne correctement. Cette résistance laisse juste la bonne quantité de courant circuler dans la bobine.

  Ce test est généralement effectué à l’aide d’un multimètre numérique. En touchant le fil rouge (positif) du multimètre à l’extrémité positive des enroulements et le fil noir (négatif) du multimètre à l’extrémité négative des enroulements, une lecture apparaîtra sur l’écran en ohms. Il s’agit de la résistance.

• Test de l’indice de polarisation (PI) : Ce test moteur est utilisé pour déterminer l’aptitude d’un moteur. L’indice est constitué par le calcul de la mesure de la résistance d’isolement de l’enroulement. L’IP vous donne une idée de la quantité de saleté ou d’humidité accumulée, de l’intégrité de l’isolation et du bon fonctionnement du moteur. Pour ce test, la tension appliquée doit être maintenue constante pendant 10 minutes, avec une lecture de la résistance d’isolement à une minute et une seconde lecture de la résistance d’isolement à 10 minutes. Le rapport entre les mesures d’une minute et de 10 minutes vous donne l’indice de polarisation.
• Test de tension en échelon en courant continu : Le test de tension par paliers est une autre façon d’évaluer l’intégrité de l’isolation d’un moteur ou d’un système. Il est généralement effectué après un test PI réussi en commençant par la même tension utilisée dans le test PI. Comme son nom l’indique, au fur et à mesure que le test de tension par paliers progresse, la tension appliquée au système d’isolation augmente toutes les 60 secondes, ce qui est prédéterminé par le technicien. À mesure que la tension augmente, le courant est reporté sur un graphique. À la fin du test, si un graphique non linéaire se présente, cela vous avertit généralement de problèmes d’isolation. Le test de tension par paliers est décrit dans la norme IEEE 95.
• Test HiPot : Abréviation de  » haut potentiel « , un test HiPot vérifie une bonne isolation ou qu’aucun courant ne circule d’un point à un autre. Pensez-y comme l’opposé d’un test de continuité (où le courant passe facilement d’un point à un autre). Le test HiPot vérifie que l’isolation est adéquate pour les transitoires de surtension qui se produisent régulièrement. Ce test est idéal pour identifier des éléments tels que les isolants entaillés ou écrasés, les fils parasites, les blindages tressés, les contaminants conducteurs ou corrosifs et les problèmes d’espacement, entre autres. La tension de base pour le test HiPot est de 2X (tension de fonctionnement + 1 000 V), conformément à la norme 60950 de la Commission électrotechnique internationale (CEI).
• Tests automatisés : La plupart des équipements modernes de test de moteurs utilisent des équipements automatiques de test et de diagnostic des défauts pour éliminer les risques d’erreur de l’opérateur lors de l’interprétation des résultats. Les tests automatisés peuvent détecter les micro-arcs et arrêter le test automatiquement si nécessaire. Les équipements d’essai automatisés sont équipés d’un logiciel qui conserve toutes les données de sortie des essais, ce qui permet d’établir des relevés historiques au fil du temps et de générer des rapports sur ces données. Vous pouvez trouver des testeurs automatisés qui combinent tous les tests électriques statiques dans un seul appareil portable.

En plus de ces tests spécifiques aux moteurs électriques, d’autres méthodes courantes de test des moteurs peuvent être utilisées, comme l’analyse des vibrations (en particulier pour les roulements), la thermographie et les tests d’alignement des arbres.

Tester un moteur à courant alternatif triphasé

Les moteurs triphasés (moteurs à induction) sont conçus pour fonctionner sur le courant alternatif (CA) triphasé utilisé dans la plupart des applications industrielles. L’électricité CA change de sens (du négatif au positif) et inversement de nombreuses fois par seconde. Par exemple, l’électricité dans votre maison alterne entre le négatif et le positif, 60 fois par seconde. Ces changements de puissance se produisent par le biais d’une onde continue lisse appelée onde sinusoïdale. Le courant alternatif triphasé comporte trois sources de courant alternatif qui sont toutes déphasées les unes par rapport aux autres, ce qui signifie que deux ondes alternatives ne sont jamais au même point à un moment donné.

Les moteurs triphasés sont couramment utilisés dans les environnements commerciaux et industriels en raison de leur facilité d’utilisation, de leur faible coût, de leur faible maintenance, de leur variation de vitesse, de leur durabilité et de leur couple de démarrage élevé. S’assurer de la santé d’un moteur triphasé met en pratique plusieurs des méthodes de test mentionnées ci-dessus.

• Test de continuité et de résistance de la terre : À l’aide d’un multimètre, mesurez la résistance entre le corps du moteur et la terre. Vous recherchez une lecture de 0,5 ohms ou moins. Certaines normes peuvent spécifier 0,1 ohms.
• Test de l’alimentation électrique : Pour les moteurs triphasés (aux États-Unis), la tension attendue pour un système 230/400V est de 230V phase à neutre et 400V entre chacune des lignes triphasées, selon la National Electric Manufacturers Association (NEMA). À l’aide d’un multimètre, vérifiez que la tension correcte est appliquée au moteur. Vérifiez que le type de connexion est en bon état. Pour les moteurs triphasés, le type de connexion est soit en étoile (Y), soit en triangle.
• Test de continuité de l’enroulement du moteur à courant alternatif : Utilisez un multimètre pour vérifier la continuité de l’enroulement du moteur à partir de chaque phase. Si une phase échoue au test de continuité, vous pourriez avoir un moteur brûlé. Notez que l’identification des enroulements varie selon l’endroit où vous vous trouvez. Selon la CEI, les désignations des enroulements aux États-Unis sont les suivantes : Les bornes haute tension sont désignées par L1, L2 ou L3. Les bornes basse tension sont désignées par 1, 2 ou 3. En Europe, U, V ou W sont utilisés pour les bornes haute tension et R, S ou T pour les bornes basse tension. Au Royaume-Uni, on verrait R, Y ou B pour les bornes haute tension et A, B ou C pour les bornes basse tension.
• Test de résistance de l’enroulement du moteur à courant alternatif : Utilisez un multimètre ou un ohmmètre pour tester la résistance des enroulements des bornes phase à phase. Pour les États-Unis, ce serait L1 à L2, L2 à L3 et L3 à L1. Assurez-vous que la lecture des ohms pour chaque enroulement est la même (ou presque).
• Test de résistance d’isolement : Dans les moteurs triphasés, la résistance d’isolement est généralement mesurée entre chaque enroulement ou phase du moteur et entre chaque phase du moteur et le châssis du moteur (terre). À l’aide d’un mégohmmètre ou d’un testeur d’isolation, réglez la tension des outils sur 500 V et vérifiez de phase à phase et de phase à l’armature du moteur (terre). En général, une mauvaise lecture est tout ce qui est inférieur à 2 mégohms, tandis qu’une excellente lecture serait de 100 mégohms ou plus.
• Test des ampères de fonctionnement : Enfin, avec le moteur en marche, vous pouvez vérifier les ampères à pleine charge avec un outil tel qu’une pince-mètre.