Entretien des moteurs et des appareils de commande
Notes générales sur l'entretien
Machines à courant alternatif 1955
Conseils à l'électricien en charge de l'entretien
L'électricien, conscient de ses responsabilités, par des inspections périodiques, une surveillance active et quelques réparations, évite plusieurs pannes et réparations qui entraînent de coûteuses interruptions de service et de production.
Malgré l'habilité et la vigilance de l'électricien, il se produit des pannes inévitables.
Aussi, l'électricien, pour exécuter des réparations rapides ou déterminer la gravité exacte de la panne, doit posséder de bonnes connaissances de l'électricité, de l'initiative et de l'habilité manuelle.
Il doit étudier d'avance le système de distribution, les appareils et les machines sous sa surveillance afin que, lors d'une panne, il y remédie rapidement.
L'électricien doit posséder en filières un diagramme complet du système de distribution ainsi que les diagrammes, les schémas et les bulletins des divers appareils sous sa surveillance.
L'outillage et les instruments nécessaires doivent être à sa disposition en tout temps de même qu'une certaine quantité de pièces et d'appareils de rechange surtout pour les machines les plus importantes à la production.
Il faudrait plusieurs volumes pour décrire tous les défauts qui se présentent dans les divers appareils et machines à courant alternatif.
Toutefois, l'électricien, sachant faire les essais usuels, interpréter un diagramme et suivre les instructions qui accompagnent chaque appareil, exécute la plupart des réparations.
Ce sont souvent les mêmes pannes qui se répètent dans les divers appareils comme les court-circuits, les ruptures et les masses.
De plus, plusieurs défauts sont apparents comme les contacts défectueux, les fils brisés ou dessoudés, les pièces carbonisées, desserrées ou brisées, etc.
Lorsque l'électricien déconnecte un appareil pour le réparer ou le remplacer, il étiquette ou identifie les fils et les bornes, prend quelques notes et trace même un diagramme. Ceci évite les erreurs et les pertes de temps, des dommages à l'appareil, voire même des accidents.
Si, par exemple, un électricien déconnecte un simple moteur triphasé pour réparations et se trompe ensuite dans le raccordement des trois fils d'alimentation, le sens de rotation est inversé et peut endommager la machine commandée par le moteur voire même causer de graves accidents à l'opérateur de la machine.
Dans les notes très résumées qui suivent, on ne trouvera pas un remède à tout mais plusieurs conseils utiles à l'électricien.
Principe de fonctionnement
La réparation rationnelle d'un appareil ou d'une machine exige la connaissance du principe de son fonctionnement qui accélère le travail et simplifie la réparation.
L'équipement électrique devenant de plus en plus compliqué dans plusieurs cas et faute de connaissances essentielles, l'électricien se voit dans l'impossibilité d'exécuter son travail.
On suppose, ici, que l'électricien connaît le principe de chaque appareil à l'étude.
Installation neuve
Les défauts d'une installation neuve de machines et d'appareils électriques diffèrent des défauts d'une vieille mise en place.
Lors de l'installation, l'électricien vérifie soigneusement la plaque signalétique de chaque appareil (moteur, démarreur, contrôleur, etc.), et voit si l'appareil convient parfaitement à l'application destinée.
Il vérifie la tension, l'intensité, la puissance, la fréquence, le nombre de phases, la vitesse, l'augmentation de température admissible, le genre de construction, la fréquence d'interruption ou de démarrage admissible, voit si le fonctionnement est périodique ou continu, etc.
Souvent il y a une erreur dans le choix du matériel lors de l'expédition. Un appareil mal choisi ne possédant pas les caractéristiques nécessaires à l'application où on le destine est une cause fréquente de pannes électriques.
On procède soigneusement à l'installation de l'appareil, d'après les règlements du code canadien ; on raccorde le tout d'après le diagramme.
L'installation terminée, on vérifie la résistance d'isolement, procède à une dernière vérification de tous les raccords.
On lit les bulletins de chaque appareil en ce qui concerne le montage, le fonctionnement, le réglage.
On voit à la mise en place de toutes les pièces (fusibles, éléments thermiques, huile dans les dashpots, etc.), au détachage de toutes les pièces mobiles (armatures, leviers, etc.) et à leur libre fonctionnement car on bloque, attache ou démonte, lors de l'expédition, plusieurs pièces mobiles.
Parfois, on trouve un défaut de fabrication dans les connexions ou le montage. On vérifie la rotation du moteur, l'alignement, les coussinets, etc.
On applique ensuite la tension tout en surveillant les appareils de commande et le moteur:
On vérifie le sens de rotation du moteur, le fonctionnement de chaque appareil suivant les instructions et on observe l'existence de bruit, de surchauffage, d'arcs anormaux.
En résumé, les principaux défauts d'une installation neuve sont le mauvais choix d'un ou de plusieurs appareils, les erreurs de raccord, l'erreur ou l'omission dans le montage de certaines parties, le mauvais ajustement ou le faux réglage, les erreurs de fabrication et le mauvais sens de rotation du moteur.
Installation existante
Lorsque l'électricien est appelé à remédier à une panne d'une partie d'une installation existante, il questionne l'opérateur de la machine sur ce qu'il a observé lors de la panne, ce qu'il reproche au fonctionnement de l'installation.
Souvent les indications fournies par l'opérateur permettent de déceler rapidement le défaut et simplifient les essais.
Ventilation et refroidissement
Les pertes d'énergie dans un moteur sont sous forme de chaleur. Il faut dissiper cette chaleur qui peut surchauffer et brûler le moteur.
Pour éliminer une chaleur excessive, on veille à la propreté du moteur et des canaux de ventilation, à la circulation libre de l'air dans le moteur et à la température de l'air ambiant qui ne doit pas être trop élevée.
On prend garde, par exemple, de ne pas enfermer dans un espace restreint un moteur du type ouvert.
Il est parfaitement normal qu'un moteur chauffe et, tant que la température ne dépasse pas le point critique, il n'y a aucun danger. Lorsque la température de l'air ambiant est trop élevée, on emploie un moteur isolé à cet effet.
Vitesse
Lors de l'inspection d'un moteur, on en vérifie la vitesse: si elle s'avère trop basse, le moteur est défectueux, surchargé ou la tension trop basse.
Principales causes du surchauffage des moteurs
Les principales causes de surchauffage des moteurs sont une surcharge interne ou externe, une mauvaise ventilation, une température ambiante trop élevée, des défauts électriques internes, une humidité excessive des enroulements, un démarrage lent et pénible, des départs et des arrêts fréquents, de la malpropreté, poussière, etc. et une mauvaise tension.
Surcharge au départ
Lorsque le moteur est bloqué ou trop surchargé, il ne démarre pas; la surintensité du courant provoque l'ouverture du dispositif de protection contre la surintensité.
Dans ce cas, on essaie de tourner la poulie du moteur manuellement; sinon, on découple le moteur.
S'il est encore impossible de tourner la poulie, l'arbre est ordinairement collé dans son coussinet et on remplace ce dernier.
Lorsqu'un coussinet est trop usé, le rotor colle sur le stator et le moteur ne démarre pas. Une obstruction dans le moteur peut aussi bloquer le rotor.
Si le moteur fonctionne bien seul, le défaut est alors dans la machine commandée par le moteur.
Causes externes de surcharge
Le travail trop intense de la machine commandée par un moteur ou les défauts de cette machine, l'usure, l'obstruction, les pièces brisées, le frottement excessif, le manque de lubrifiant, etc., sont les causes externes les plus fréquentes de surcharge.
Comme remède, on réduit le travail de la machine ou on remplace le moteur par un autre plus puissant; on répare, nettoie et lubrifie la machine en question.
Surcharge en marche. A part d'un coussinet défectueux, la surcharge en marche d'un moteur est de cause externe et seule la machine commandée par le moteur en est la cause.
On vérifie la surcharge en appliquant la pince ampèremétrique aux fils d'alimentation du moteur (Fig. 249).
Fig. 249. — Mesure de l'intensité du courant d'un moteur avec la pince ampèremétrique
Si la lecture de l'instrument dépasse l'intensité marquée sur la plaque signalétique du moteur, ce dernier est surchargé.
Les moteurs peuvent supporter des surcharges momentanées et même d'une certaine durée pourvu qu'il ne s'y trouve pas de surchauffage anormal.
On vérifie toujours la température du moteur avec un thermomètre.
Munir les moteurs d'ampèremètres avec alarme ou de thermostats est la meilleure protection des moteurs à charge variable et on vérifie mieux la charge d'un moteur à courant monophasé au moyen d'un wattmètre.
Tension
La tension peut être normale, trop élevée ou trop basse.
Une surtension augmente les caractéristiques d'un moteur à l'exception du facteur de puissance tandis qu'une tension basse diminue les caractéristiques d'un moteur à l'exception du facteur de puissance.
Il est préférable d'avoir une légère surtension qu'une basse tension.
Une basse tension au démarrage produit une grande diminution du couple et une augmentation du temps de démarrage d'où un surchauffage du moteur.
Parfois, l'ouverture du dispositif de protection contre la surcharge est due au moteur qui ne démarre pas vu son faible couple.
Le couple au démarrage est sensiblement proportionnel au carré de la tension d'où l'importance d'avoir une distribution de puissance appropriée—transformateurs, conducteurs, etc., de grosseur suffisante—afin que la chute de potentiel due au courant élevé de démarrage ne soit pas trop grande.
On augmente parfois la tension en changeant les prises des transformateurs.
À de petits moteurs à courant monophasé, on raccorde temporairement un petit transformateur survolteur « booster » afin d'augmenter la tension de quelques volts.
Les moteurs fonctionnent sous une variation de tension de 5% ; certains moteurs tolèrent 10% mais cette tension en affecte les caractéristiques.
Les tensions déséquilibrées affectent beaucoup les caractéristiques d'un moteur à courant triphasé.
Causes des tensions déséquilibrées.
Les causes des tensions déséquilibrées sont les mauvaises connexions des transformateurs ou transformateurs de différentes caractéristiques, la ligne de transmission déséquilibrée, les défauts divers dans la distribution et la ligne à courant triphasé chargée inégalement.
Roulement à billes et à coussinets à manchon
On ne soulignera que l'importance de l'entretien de ces parties vitales des machines électriques et surtout des petits coussinets.
Petits coussinets à manchon
La lubrification et la vérification de l'usure des coussinets des petits moteurs sont de prime importance.
Le manque de lubrifiant entraîne l'usure rapide du coussinet et, l'entrefer des petits moteurs étant très minime, une usure de quelques millièmes de pouce amène le bloquage du rotor qui produit une surintensité du courant et souvent le brûlage des enroulements du moteur.
On remplace les coussinets usés avant que le bloquage du rotor ne se produise.
Usure rapide des roulements à billes et à coussinets
Les principales causes d'usure rapide des roulements à billes et à coussinets à manchons sont la tension excessive des courroies ou des chaînes, le mauvais alignement, les parties rotatives déséquilibrées, les engrenages trop rapprochés, la poussière abrasive et le manque d'entretien (lubrification et nettoyage).
On vérifie l'usure des petits
coussinets à manchons en soulevant l'arbre, en observant un jeu excessif et
celle des gros coussinets en mesurant l'entrefer du moteur ou l'espace entre
l'arbre et le coussinet à sa partie supérieure.
Rupture (open-circuit)
Une connexion dessoudée ou desserrée ou un conducteur brisé causent une rupture. Un mauvais contact, un contact ouvert ou l'ouverture d'appareil quelconque dans le circuit produiront le même effet.
On repère la rupture au moyen d'un essai de continuité avec l'ohmmètre.
Haute résistance
Un mauvais contact, un joint dessoudé ou une connexion desserrée, cause une haute résistance qui produit une chute de tension élevée et un défaut analogue à une rupture.
Résistance d'isolement
Cet essai consiste à mesurer la résistance d'isolement entre les divers fils de sortie et le bâti de la machine.
La résistance d'isolement indique la qualité de l'isolant des diverses parties de la machine ; plus la résistance est élevée meilleur s'avère son état.
La résistance varie suivant l'humidité, la propreté, la température et l'état de l'isolant de l'enroulement.
L'humidité réduit l'isolement et, lorsqu'elle est excessive, cause plusieurs défauts graves voire même le brûlage de l'enroulement.
La résistance d'isolement minimum s'obtient par la formule
Tension de régime / (kw + 1000) = mégohms
Suivant cette formule, on obtient environ 1/10 mégohm pour une machine de 110v et 1/2 mégohm pour une machine de 550v. Cette résistance est la résistance minimum admissible.
On notera toutefois qu'une machine en bon état a une résistance beaucoup plus élevée.
Rigidité diélectrique (high potential test)
Pour un essai de rigidité diélectrique on applique une haute tension alternative d'une fréquence de 60 cycles entre le bâti et tous les fils de sortie de la machine.
À moins d'indications contraires, la tension appliquée est égale à 2 fois la tension de régime de la machine plus 1000v et la durée de l'essai d'une minute. On procède à cet essai à la suite de l'essai d'isolement.
On fabrique présentement un mégohmmètre permettant de faire à la fois la mesure de la résistance d'isolement et l'essai de rigidité diélectrique (Fig. 250).
Fig. 250. — Mégohmmètre spécial
Moteur qui ne démarre pas
Les principales causes d'un moteur qui ne démarre pas sont le manque de tension, les défauts internes et la surcharge.
a) Manque de tension
Lorsqu'un moteur est sous tension, il ronfle. L'absence de ronflement indique un manque de tension.
On vérifie la tension aux bornes du moteur puis aux bornes du démarreur ou contrôleur, au panneau de fusibles et ainsi de suite en remontant vers la source.
Un moteur triphasé ronfle sur le courant monophasé mais ne démarre pas.
b) Basse tension
Le couple au démarrage est sensiblement proportionnel au carré de la tension.
Si la chute de tension est trop élevée, le couple du moteur ne peut vaincre le couple résistant de la charge: dans ce cas, on vérifie toujours la tension aux bornes du moteur.
c) Surcharge
La surcharge interne ou externe trop élevée empêche le démarrage car le couple résistant dépasse le couple du moteur.
d) Défauts internes
Les défauts internes sont les ruptures, les court-circuits, les masses, les mauvaises connexions, les coussinets défectueux et les défauts particuliers des moteurs comme ceux de l'interrupteur centrifuge, du court-circuiteur, défauts de commutation, etc., défauts étudiés pour chaque moteur.
Arrêt du moteur
Les causes d'arrêt d'un moteur sont à peu près les mêmes que celles qui empêchent le démarrage comme le manque de tension, la basse tension, la surcharge, le surchauffage et les défauts internes.
a) Manque de tension
(1) manque de tension temporaire dans tout ou dans une partie du système de distribution à cause d'un accident, un défaut ou pour une réparation.
(2) ouverture du dispositif de protection contre une surintensité, (fusibles, disjoncteurs, etc.) occasionnée par un court-circuit, une masse ou une surcharge.
(3) ouverture du démarreur ou contrôleur par une surintensité ou un défaut dans le circuit de commande.
(4) rupture dans un des conducteurs d'alimentation du moteur.
b) Surcharge
Une surcharge interne ou externe trop élevée produit l'arrêt du moteur provoqué par l'ouverture du dispositif de protection contre surintensité du courant.
c) Basse tension
Si, lorsqu'un moteur fonctionne à pleine charge, la tension baisse suffisamment, le couple du moteur devient inférieur au couple résistant de la charge, le moteur arrête et la surintensité du courant produit l'ouverture du dispositif de protection contre la surintensité du courant.
d) Défauts internes
Les défauts internes sont les ruptures, les court-circuits, les masses, les coussinets défectueux et les défauts particuliers à chaque moteur étudiés plus loin.
Propreté
La propreté d'un moteur a son importance car la saleté est une cause de défauts graves des machines électriques.
La poussière, en isolant le moteur et en obstruant les canaux de ventilation, produit le surchauffage.
En s'accumulant à la surface des rainures dans l'entrefer et, par la friction du rotor, la poussière peut enflammer le moteur et même allumer des incendies. La saleté immobilisant la bague de huilage amène la fonte du coussinet.
La poussière absorbe l'huile et l'humidité détériore l'isolant des enroulements: il en résulte des masses et des court-circuits.
Mélangée à l'huile, elle forme une gomme qui nuit au fonctionnement des interrupteurs et des mécanismes centrifuges et aux court-circuiteurs.
Elle empêche aussi le démarrage des moteurs miniatures. En isolant les collecteurs ou les bagues ou en bloquant les balais, elle produit l'étincellement excessif, etc.
Les moteurs doivent donc être propres. On les nettoie à l'aspirateur ou on les démonte et les nettoie.
Moteur bruyant (noisy motor)
Les principales causes d'un moteur bruyant sont:
les défauts des enroulements statoriques ou rotoriques,
le fonctionnement à courant monophasé d'un moteur à courant triphasé,
les défauts mécaniques,
l'arbre plié,
le rotor ou la partie rotative déséquilibrée,
les cognements de l'épaulement de l'arbre sur le coussinet,
trop de jeu axial,
un coussinet usé,
un coussinet à sec ou surchauffé,
l'entrefer non uniforme,
le roulement à billes défectueux,
les pièces desserrées (éventail, flasque, boulons de la base, accouplement, etc.),
le mauvais alignement du moteur avec la machine,
la vibration de la machine et l'obstruction dans l'entrefer.
La base amplifie les vibrations du moteur.
