1) Les Enjeux du préventif :

Toute panne déclenche une période de crise. Cette difficulté peut être plus ou moins importante et peut entraîner 3 conséquences critiques :

  • L’incidence économique : Un arrêt de ligne de production entraîne une perte financière importante pour votre entreprise.
  • L’incidence écologique : Une panne peut engendrer des risques environnementaux tels que la pollution des cours d’eau, des rejets de vapeurs toxiques dans l’air… Une simple panne peut conduire à une catastrophe écologique.
  • L’incidence humaine : Toute situation d’urgence provoque une confusion donc représente un danger pour la sécurité des personnes.

L’incidence humaine ou écologique n’étant pas acceptable, la réflexion se centrera sur l’aspect économique. La criticité de l’incidence est modulée en fonction de la maintenabilité du système (système obsolète), des effets entonnoirs et des impératifs de production. La réflexion est donc essentiellement financière, prenant en compte les impératifs de production, le MTBF du produit, mais également le MTTR, l’intérêt technique et la capacité à fiabiliser le produit étant une certitude.

L’objectif du préventif est donc d’avoir une action mesurée, permettant un gain économique via la fiabilisation du système de production. Cet intérêt économique peut être direct (diminution du coût de maintenance) ou indirect (lié au coût de production).

L’analyse permet l’optimisation du budget préventif, il convient donc de prendre en compte les éléments suivants :

  • Taux de pannes sur le système (taux de maintenance et taux de risque)
  • MTBF produit
  • MTTR du produit
  • Impact économique sur production

L’analyse de ces 4 critères nous permettra de donner une réponse proportionnée aux risques économiques encourus. Le choix de l’action préventive sur l’électronique de puissance prend donc en compte le taux de risque de défaillance des composants du Drive en rapport au Budget possible à cette action.

On notera la nécessité de réaliser cette action sur un environnement sain : la température de l’armoire (filtres, climatisation, obstruction du conduit de ventilation…) et la pollution existante DOIVENT ETRE TRAITÉES. L’environnement est donc impérativement le premier acte de maintenance préventive pour envisager un retour sur investissement durable.

L’analyse de dégradation du MTBF nous donnera un indicateur pertinent du déclenchement des actions préventives.

2) Actions préventives sur variateur de fréquence :

Le variateur de fréquence intègre des composants sensibles à la température et à la qualité du réseau.

Nous pouvons définir plusieurs catégories de composants :

  • Composants de puissance (Redresseur, Onduleur)
  • Composants électromécaniques (Turbines, Ventilateurs, Contacteurs, Relais…)
  • Composants passifs (Condensateurs, Snubber, Filtrage de bus …)
  • Capteur à effet hall
  • Liaison électrique (Connecteurs)
  • Liaison optique (Opto coupleur, Fibre optique …)

Les éléments électroniques ont une durée de vie nominale définie par le fabricant des composants, nécessitant une périodicité d’entretien adaptée aux conditions d’utilisation et à l’environnement.

Les Composants de puissance :

La dissipation thermique est un enjeu essentiel dans la durée de vie des composants de puissance. La réduction des tailles des variateurs oblige une efficience du système de refroidissement, toute dérive entraine des dégradations (fils de bonding, courant de fuite…) sur ces composants et/ou sur l’ensemble du système.

Le taux de défaillance est 10 fois plus grand à 100 c qu’à 40 c.

Il faut donc vérifier et/ou corriger les éléments suivants :

  • La surface de dissipation (obstruction dissipateur, flux d’air, flux eau…)
  • La qualité de la résistance de surface (périodicité changement graisse, gel)
  • La température ambiante (climatisation)
  • Le taux d’humidité (dégradation des matériaux)
  • La pression atmosphérique
  • Qualité de la turbine, ventilation
  • Qualité des snubber (limitation di/dt et turn off)
  • Qualité serrage contact et bus (capacité de contact : turn off et courant de circulation de mode commun)
  • Signature de l’effet d’avalanche

Les Composants électromécaniques :

La dissipation thermique est un enjeu essentiel, basé sur l’effet convectif monophasique. Le maintien du flux d’air est donc essentiel.

Il faut donc vérifier et/ou corriger les éléments suivants :

  • Obstruction conduit d’air
  • Changement ventilateur
  • Changement roulement sur turbine
  • Défaillance mécanique contacteur
  • Changements auxiliaires
  • Changement relais

Les Composants passifs :

La durée de vie des condensateurs chimiques dépend de la température d’utilisation (loi d’Arrhenius), ainsi que du courant d’ondulation (ripple current).

La durée de vie d’un condensateur 105 degrés sera en moyenne 4 fois supérieure à un condensateur 85 degrés. Cette même loi s’applique sur la température ambiante du produit (diminution de 10 degrés = 2 fois la durée de vie). Cette durée de vie est réduite par l’échauffement due au ripple current .

Le condensateur est soumis à peu de variation de durée de vie du fait de la tension de ses bornes. La règle est l’utilisation d’un condensateur à 80% de sa valeur nominale.

Il est par contre très sensible au courant HF. Il faut donc vérifier et/ou corriger les éléments suivants :

  • Valeur capacitive et ESR des capacités du bus
  • Taux de restitution d’énergie du bus
  • Résistance d’équilibrage de bus
  • Absence d’oscillations sur le bus (porteuse)
  • Changement des capacités électrochimiques hors puissance par 105 degrés
  • Vérification snubber (valeur ZC, fuite…)

Les mesures de courant :

Nous retrouvons principalement des capteurs à effet hall : la tension de hall étant proportionnelle à l’intensité et inversement proportionnelle à l’épaisseur du matériau. La température a une influence forte sur la dégradation de ce composant.

Nous devons vérifier les éléments suivants :

  • Tension de sortie a I=0
  • Linéarité du capteur

Les Composants optiques :

Les Optocoupleurs sont des éléments fiables, cependant ici encore la température est fortement dégradante pour la durée de vie, elle peut être de type convection, ou générée par un courant élevé au collecteur. De plus il est a noter que le CTR se dégrade avec le temps, un coefficient de sécurité est pris en compte lors de la conception des cartes électroniques.

Les fibres optiques sont sensibles à la torsion, contrainte mécanique.

Il est difficile de trouver un datasheet donnant une durée de vie des diodes émettrices ou réceptrices. Cependant par retour d’expérience, il n’est pas rare d’avoir des cartes drivers en défaut. Un test de transmission de data en dynamique nous permet de qualifier le fonctionnement mais pas la dérive du composant.

Les Connecteurs :

La pollution, l’oxydation, les vibrations sont évidemment des éléments importants sur la défaillance de la connectique. Le serrage est également un point de contrôle important.

Les points de connections de puissance sont à vérifier et engendrent des capacités « de contact » de l’ordre du nf, pouvant favoriser les courants de circulation de mode commun.

3) Conclusions :

Des solutions efficaces de maintenance préventive des drives existent, l’influence de la température dans le vieillissement est majeur.

Il est également à noter un problème lié au stockage des PDR, obligeant sur les variateurs de fortes puissances à un « reforming » des condensateurs de bus intermédiaires. Le temps de formage dépend du temps de stockage du produit.

 

Reynald Boutillier

Responsable Département Électronique DV GROUP