Défauts typiques des onduleurs – comment les reconnaître et les corriger dans la pratique

Défauts typiques des onduleurs et comment les reconnaître dans la pratique

Le variateur (convertisseur de fréquence) est désormais un élément standard des lignes de production modernes, qu’il s’agisse de simples convoyeurs, pompes et ventilateurs ou de broches CNC complexes. Le dysfonctionnement d’un convertisseur entraîne généralement des temps d’arrêt, une baisse de la productivité et de réelles pertes financières.

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En tant qu’organisation de service réparant des marques d’onduleurs telles que Siemens (Sinamics, Micromaster, Masterdrives, Simodrive), Lenze (par exemple 9300), Bosch Rexroth, Yaskawa, Schneider Electric (Altivar) et bien d’autres depuis plus de 25 ans, nous observons dans la pratique des schémas de défaillance répétitifs et des erreurs typiques d’utilisation et d’installation. Dans cet article de blog, nous avons rassemblé des expériences de service pour vous aider à reconnaître le problème et à réagir plus rapidement à la panne.

Dans cet article, vous trouverez des réponses à des questions telles que : Pourquoi mon onduleur présente-t-il un défaut, Comment vérifier si un onduleur est défectueux, Quels sont les défauts typiques d’un onduleur et Comment fonctionne le dépannage d’un onduleur dans la pratique industrielle.

Comment fonctionne un variateur dans un système d’entraînement – un raccourci pour les ingénieurs et la maintenance

Pour comprendre les défauts, il est utile de rappeler en quelques mots ce que fait l’onduleur :

• redresse la tension d’alimentation en courant alternatif vers le circuit de liaison en courant continu (avec des condensateurs de stockage d’énergie),
• convertit l’énergie continue en une tension de sortie triphasée dont la fréquence et l’amplitude sont réglables (modulation MLI, généralement avec des transistors IGBT),
• contrôle le courant, le couple et la vitesse du moteur sur la base des paramètres définis et des signaux des capteurs (codeur, résolveur, capteurs de température),
• communique avec l’API / la CNC / l’IHM de niveau supérieur par l’intermédiaire de bus (PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT, CANopen, Modbus, etc.).

Une défaillance à l’une de ces étapes peut entraîner une série d’alarmes, allant de simples erreurs de surcharge à de graves dommages aux modules d’alimentation.

Défauts typiques des onduleurs – les 10 défauts les plus courants des onduleurs dans la pratique du service

Vous trouverez ci-dessous une liste des 10 problèmes les plus fréquents chez RGB Electronics. Il s’agit d’un résumé pratique qui vous aidera à réduire rapidement votre zone de diagnostic.

• Surchauffe du variateur et des modules de puissance – température excessive des dissipateurs thermiques, des modules IGBT ou du pont redresseur, entraînant souvent des alarmes de surchauffe, une limitation du courant ou un arrêt soudain du variateur.
• Surtensions et fluctuations de la tension d’alimentation – pics de tension, effondrements, protection mal choisie, absence de protection contre les surtensions et absence de filtres du côté du réseau.
• Erreurs de communication avec le PLC / HMI / contrôleur principal – problèmes sur les bus industriels (PROFIBUS, PROFINET, CAN, EtherCAT, Modbus), ruptures de blindage, câbles trop longs, adressage incorrect.
• Condensateurs défectueux dans le circuit CC – condensateurs desséchés et décolorés dans la liaison CC, provoquant une ondulation de la tension, des difficultés de démarrage ou un arrêt aléatoire de l’onduleur.
• Problèmes d’isolation – faible impédance d’isolation et courant de fuite excessif – typiques des moteurs vieillissants, des longs câbles de moteur et du fonctionnement dans des environnements humides et sales.
• Erreurs d’installation et de câblage – ordre des phases incorrect, PE manquant ou incorrect, absence de blindage du câble du moteur, sections non blindées trop longues, mauvaise mise à la terre de l’armoire et du variateur.
• Contamination et humidité – poussière, poussière de bois, poussière métallique, huile, émulsions, vapeur pénétrant dans l’onduleur, provoquant des courts-circuits, la corrosion du chemin et une mauvaise isolation.
• Dommages aux composants de puissance (IGBT, diodes, résistances de décharge) – souvent le résultat d’une surtension, de surcharges, de courts-circuits de sortie ou de dommages au moteur.
• Erreurs dans la configuration des paramètres de l’onduleur – autocalibrage mal exécuté, paramètres moteur incorrects, mode de contrôle incorrect (U/f ou vectoriel), rampes, limites de courant ou de fréquence mal réglées.
• Vieillissement des composants, vibrations et connexions desserrées – après des années d’utilisation, des vis desserrées sur les barres omnibus, des soudures endommagées, des microfissures sur les circuits imprimés, des connecteurs grillés.

Dans la pratique, plusieurs problèmes se superposent souvent à un seul défaut – par exemple, une surchauffe due à l’encrassement des canaux de refroidissement et un courant de fuite excessif dû à l’humidité et au vieillissement de l’isolation.

Pourquoi mon onduleur affiche-t-il un défaut ?

Les variateurs modernes sont dotés d’un système de diagnostic complet. Lorsqu’une alarme se déclenche, le variateur ne “tombe pas en panne” sans raison – il signale que les conditions de fonctionnement sûres ont été dépassées. Les causes les plus courantes d’un message d’erreur sont les suivantes :

• surcharge du moteur (couple excessif, entraînement bloqué, blocage mécanique),
• dépasser la température des modules de puissance ou du dissipateur thermique,
• tension d’alimentation trop élevée ou trop basse,
• court-circuit sur le câble du moteur ou dans le moteur lui-même,
• erreur de communication avec le contrôleur principal, absence de signal de validation, absence de retour d’information de la part du codeur,
• des paramètres de l’onduleur mal réglés qui ne correspondent pas aux conditions réelles de fonctionnement.

En pratique, plutôt que de réinitialiser l’alarme indéfiniment, il est utile de lire le code d’erreur exact sur l’écran ou dans le logiciel de service du fabricant. Cela vous permettra de réduire rapidement la zone de diagnostic.

Comment vérifier si un onduleur est défectueux ?

En cas de panne, il est utile de faire la distinction entre le problème d’installation et les dommages réels subis par l’onduleur. La question ” Comment vérifier si un onduleur est défectueux ?” se pose très souvent en service. Dans les conditions de l’installation, vous pouvez suivre quelques étapes de base :

• Inspection visuelle
  Vérifiez que le châssis ne présente pas de traces de brûlures, de condensateurs décolorés, de composants fissurés ou de signes d’inondation. Notez l’état des ventilateurs, des dissipateurs thermiques, des filtres à air.
• Vérifiez l’environnement de fonctionnement
  Mesurez la température dans l’armoire, vérifiez l’état des conduits de ventilation, la présence de poussière, d’huile et d’humidité. Un onduleur fonctionnant à une température supérieure à celle recommandée par le fabricant a une durée de vie considérablement réduite.
• Mesures de base
  A l’aide d’un multimètre, vérifiez la présence de tension sur l’alimentation, la connexion correcte des phases et du fil PE. Vérifiez la continuité des câbles du moteur et l’absence de court-circuit entre les phases et la terre (PE).
• Contrôle du moteur
  Déconnectez l’onduleur et mesurez la résistance des enroulements du moteur et, si possible, mesurez également l’isolation à l’aide d’un multimètre. Un moteur défectueux provoque très souvent des symptômes “comme si” l’onduleur était défectueux.
• Essai avec un autre onduleur/moteur
  Si vous disposez d’un deuxième onduleur ou moteur identique sur la ligne, un essai croisé (échange des onduleurs ou des moteurs eux-mêmes) peut être effectué – sous réserve des procédures de sécurité et de la documentation des paramètres.
• Diagnostic de service
  Dans un centre de service spécialisé (tel que RGB Electronics), l’onduleur est placé sur un banc d’essai où sont vérifiés les tensions du circuit CC, les formes d’onde du courant de phase, le fonctionnement des IGBT, les modules d’alimentation, les systèmes de mesure et de communication.

Grâce à ces étapes, il est plus facile de déterminer si le problème se situe au niveau de l’électronique elle-même ou au niveau de l’installation ou du moteur.

Problèmes d’isolation : faible impédance d’isolation et courant de fuite excessif

Les problèmes d’isolation sont l’une des causes les plus fréquentes de pannes périodiques “étranges”, qui ne se répètent pas toujours à l’improviste. Dans la pratique, nous rencontrons de plus en plus souvent des situations où l’onduleur signale des alarmes d’isolation alors que les mesures classiques au multimètre “ne montrent rien”.

Ce que cela signifie en pratique :

• faible impédance d’isolation – l’impédance entre les enroulements du moteur et la terre (PE) est trop faible, ce qui, avec des fréquences de commutation PWM élevées et des tensions d’impulsion élevées, provoque des courants de fuite indésirables, des interférences CEM et des erreurs d’entraînement,
• un courant de fuite excessif – un courant trop élevé circulant vers la terre, entraînant souvent le déclenchement des disjoncteurs différentiels, l’échauffement des composants de protection et des alarmes dans l’onduleur lui-même.

Les raisons peuvent être les suivantes :

• le vieillissement de l’isolation du moteur (en particulier à des fréquences élevées, avec des câbles longs et des freinages fréquents),
• les câbles de moteur acheminés en parallèle avec d’autres câbles de signaux sans blindage,
• Humidité dans le moteur, le stator, la boîte de jonction ou le câble,
• la saleté conductrice (poussière, huile, émulsions).

En pratique, pour diagnostiquer ces problèmes, il est utile d’utiliser un mégohmmètre avec une tension de mesure appropriée (par exemple 500 V ou 1 000 V) et d’effectuer des mesures à la fois sur le variateur éteint et isolé et sur le moteur, en le déconnectant du variateur.

Circuit de liaison CC : Tension continue trop élevée

Une autre alarme courante est une indication que la tension continue dans le circuit CC de l’onduleur est trop élevée. Cela peut s’appliquer aux variateurs à usage général (par exemple pour les pompes et les ventilateurs) ainsi qu’aux servomoteurs ou aux broches CNC.

Causes typiques :

• Freinage du moteur sans charge CC appropriée
  Lors du freinage, le moteur fonctionne comme un générateur et “cède” de l’énergie à la liaison CC. Si le variateur ne dispose pas d’un circuit de freinage actif (hacheur + résistance de freinage) ou s’il est mal dimensionné/endommagé, la tension continue augmente et le variateur émet une alarme.
• Tension secteur trop élevée
  Lorsque la tension secteur est supérieure à la tension nominale (par exemple, supérieure à 400 V AC), la tension continue augmente proportionnellement et dépasse plus rapidement la limite autorisée par le fabricant.
• Condensateurs défectueux
  Les condensateurs DC usés ne filtrent pas correctement la tension, ce qui peut entraîner des fluctuations de tension et des pics de tension supérieurs au seuil d’alarme.
• Interférences et surtensions dans le réseau
  L’absence de filtres et de parasurtenseurs appropriés peut provoquer des pics de tension de courte durée que l’onduleur “voit”.

Dans la pratique, nous vérifions toujours non seulement l’électronique de l’onduleur, mais aussi le circuit de freinage, les résistances, l’état du réseau et le fonctionnement de l’application (cycles de freinage fréquents, fonctionnement en mode générateur, etc.)

Erreurs d’installation, de câblage et de configuration – plus fréquentes que vous ne le pensez

De nombreux problèmes qui, à première vue, ressemblent à une défaillance grave de l’onduleur s’avèrent en pratique être le résultat d’erreurs d’installation ou de paramétrage :

• pas de blindage du câble du moteur ou blindage connecté d’un seul côté,
• le cheminement commun des câbles du moteur et des signaux (encodeur, bus),
• PE connecté “quelque part en cours de route”, au lieu d’être relié à un rail de mise à la terre commun et solide,
• câbles d’alimentation et de moteur trop fins (section sélectionnée “au contact”),
• régler de manière incorrecte les caractéristiques des protections contre les surintensités et les courants résiduels,
• les paramètres de l’onduleur copiés à partir d’une autre application sans vérifier qu’ils sont transférés 1:1 à la nouvelle machine.

Par conséquent, lors du diagnostic, il est toujours utile de vérifier la documentation de l’installation, les schémas, les paramètres du variateur (sauvegarde) et de les comparer aux recommandations du fabricant de l’appareil et du variateur.

Surchauffe : variateur et moteur à une température trop élevée

La surchauffe est l’une des pannes les plus courantes sur les lignes de production. Si un onduleur signale régulièrement une alarme de température, il vaut la peine de le vérifier :

• la température dans l’armoire de commande – qu’elle ne dépasse pas 40-45°C à pleine charge,
• l’état des ventilateurs de l’onduleur – tournent-ils, font-ils du bruit, ne sont-ils pas bloqués ?
• l’efficacité des filtres à poussière dans les portes des enceintes et les conduits de ventilation,
• la distance entre les unités – si les onduleurs sont trop proches les uns des autres, sans espace pour la circulation de l’air,
• la charge de l’onduleur par rapport à sa puissance nominale, c’est-à-dire s’il ne fonctionne pas constamment au-dessus de 100 % de son courant nominal.

Dans la pratique, le nettoyage, le remplacement des filtres et des ventilateurs et l’ajustement des réglages suffisent souvent à réduire considérablement la température de fonctionnement et à prolonger la durée de vie du variateur.

Quand vaut-il la peine de réparer un onduleur et quand vaut-il mieux le remplacer ?

La décision de réparer ou de remplacer dépend généralement de plusieurs facteurs :

• Disponibilité des pièces de rechange – pour de nombreux modèles d’onduleurs plus anciens, les fabricants ont mis fin à leur assistance, mais des services spécialisés stockent encore des pièces ou peuvent remettre à neuf des modules.
• Temps d’arrêt – si la ligne ne peut être maintenue, la rapidité d’obtention d’un onduleur en état de marche (réparation express ou remplacement par une unité du dépôt de service) est cruciale.
• Degré d’endommagement – si les modules de puissance, les cartes de contrôle et l’alimentation sont complètement détruits, le coût de la réparation peut être comparable à celui du remplacement.
• Budget et plan de mise à niveau – si l’usine prévoit de mettre à niveau la ligne (par exemple en passant à une série de variateurs plus récents), une réparation “sur quelques années” peut s’avérer plus rentable qu’un gros investissement immédiat.

Dans la pratique, il est très souvent intéressant de réparer un onduleur, en particulier lorsqu’il fait partie d’un système plus vaste et assorti, et que son remplacement par un nouvel onduleur impliquerait la reprogrammation de l’ensemble de la machine.

Peut-on réparer soi-même un onduleur ?

Il est dangereux d’ouvrir l’onduleur et d’intervenir sur l’électronique de puissance sans les autorisations, les outils et l’expérience nécessaires. Nous vous recommandons de vous limiter aux travaux d’installation (alimentation, câblage, refroidissement, paramètres) et de confier les réparations internes de l’électronique à un service spécialisé.

Si vous ne savez pas si votre onduleur a besoin d’être réparé ou si le problème est lié à l’installation, il vaut toujours la peine de consulter des spécialistes. Plus vous réagissez rapidement aux premiers symptômes (alarmes de température, isolation, arrêts aléatoires), plus vous avez de chances d’obtenir une réparation rapide et rentable.

Chez RGB Electronics, nous sommes spécialisés depuis de nombreuses années dans le diagnostic et la réparation des variateurs et des servomoteurs. Nous travaillons notamment avec Siemens Simodrive, Sinamics, Micromaster, Masterdrives, Yaskawa, Lenze, Bosch Rexroth, Schneider Electric et bien d’autres fabricants.

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