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WO2015028744A2 - Procédé de détection de panne d'un alternateur triphasé, dispositif de détection de panne et programme d'ordinateur associé - Google Patents

Procédé de détection de panne d'un alternateur triphasé, dispositif de détection de panne et programme d'ordinateur associé Download PDF

Info

Publication number
WO2015028744A2
WO2015028744A2 PCT/FR2014/052083 FR2014052083W WO2015028744A2 WO 2015028744 A2 WO2015028744 A2 WO 2015028744A2 FR 2014052083 W FR2014052083 W FR 2014052083W WO 2015028744 A2 WO2015028744 A2 WO 2015028744A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
voltage
resistor
alternator
comparator
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/052083
Other languages
English (en)
Other versions
WO2015028744A3 (fr
Inventor
Joël VANOLI
Tony Fourmont
Original Assignee
Sagem Defense Securite
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagem Defense Securite filed Critical Sagem Defense Securite
Priority to CN201480058102.7A priority Critical patent/CN105917245B/zh
Priority to US14/915,179 priority patent/US9500709B2/en
Publication of WO2015028744A2 publication Critical patent/WO2015028744A2/fr
Publication of WO2015028744A3 publication Critical patent/WO2015028744A3/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a failure of a three-phase alternator and an associated fault detection device.
  • this detection method is able to detect an open circuit at a phase of the alternator and / or a short circuit of a phase to the mechanical ground.
  • This method can, for example, be used to detect faults of an alternator supplying a control box of an engine, for example, a motor of an aircraft.
  • a control box controls the operation of the engine according to the altitude, the external pressure, the outside temperature, the flow of fuel injected etc.
  • the method and device for fault detection can nevertheless be used in any other application in which a three-phase alternator is used to power a load.
  • the fault detection is usually carried out by measuring the phase difference between the three voltages delivered by the alternator. In the absence of breakdown, these three voltages are all out of phase with each other by 120 °. In case of open-circuit or short-circuit to ground, these phase relationships change.
  • the phase shift measurement is performed on voltages taken from the diodes of the three-phase rectifier bridge, reshaped and compared to reference levels.
  • the logical signals representative of each phase are then analyzed by counting, directly by a programmable logic circuit or by an internal counter of the microprocessor.
  • the method of failure detection by phase shift measurement does not detect all types of short circuit to ground and all types of open circuit. Indeed, to protect the electronic circuits from electromagnetic aggressions (compliance with electromagnetic compatibility (EMC) levels - Lightning), capacitors are mounted between each phase and the mechanical mass. If one of the phases is cut, the corresponding input of the rectifier bridge is still connected to the rest of the circuit through the resulting series-parallel combinations of these capabilities. A residual voltage therefore appears at the corresponding input of the phase shift measuring device. At high speed of the alternator, this residual voltage may be greater than the normal voltage generated by the alternator at low speed, and may be sufficient to activate the phase measurement circuit. Consequently, this method of detecting failure by measuring the phase shift does not make it possible to discriminate a case of open circuit at high speed of a case without failure at low speed.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • a common mode current flows in the current return cables and in the remaining phases, and causes a voltage drop proportional to the length of the cables. If the alternator and the battery used during the alternator start-up step are more than a few meters away from the load (for example, from the motor control box), the resulting voltage drop disturbs the measurement of phase shift.
  • phase shift measurements are time measurements performed using a microprocessor or a programmable logic circuit. Such components are expensive. In addition, the use of these components requires certifications that are also expensive.
  • the object of the present invention is to provide a method and a detection device for detecting an open circuit on one of the phases despite the presence of protection components that close the circuit, and whatever the speed of the alternator.
  • the method and the device for detecting a fault according to the invention are capable of detecting a case of short circuit to ground, whatever the length of the wirings.
  • the detection device can be implemented both by analog components or by software components.
  • the subject of the invention is a method for detecting a failure of a three-phase alternator connected to a three-phase rectifying bridge; said method comprising the following steps:
  • the detection method comprises one or more of the following characteristics:
  • the invention relates to a device for detecting a failure of a three-phase alternator, said detection device comprising:
  • a three-phase rectifying bridge connected to a first phase, a second phase and a third phase of said three-phase alternator
  • a summation and subtraction unit capable of adding a rectified voltage taken from the first phase to a voltage taken from the second phase to obtain a voltage sum; said summation and subtraction unit being able to subtract from said voltage sum, twice a voltage taken on said third phase, to obtain a voltage difference;
  • a window comparator adapted to compare said voltage difference with a high threshold and a low threshold
  • a monitoring unit capable of transmitting a fault signal when said voltage difference is lower than the low threshold or when said voltage difference is greater than the high threshold.
  • the detection device comprises one or more of the following characteristics:
  • said summing and subtracting unit comprises an amplifier having an inverting input and a non-inverting input; the in pouring inlet being connected to the first phase via a first resistor and to the second phase via a second resistor; the non-inverting input being connected to the third phase via a third resistor; and the value of the first resistance is equal to the value of the second resistance and the value of the third resistance is equal to half of the value of the first resistance.
  • said window comparator is a hysteresis window comparator.
  • said hysteresis window comparator comprises a first comparator and a second comparator each having an output; a first isolation diode being connected to the output of the first comparator and a second isolation diode being connected to the output of the second comparator.
  • the subject of the invention is a computer program which includes instructions for implementing the method mentioned above, when they are executed by a processor.
  • FIG. 1 is a block diagram representative of a circuit for supplying a load and for filtering and attenuation circuits of the device for detecting a fault according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a representative diagram of a part of the fault detection device according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a representative diagram of a second embodiment of the device for detecting a fault according to the invention.
  • FIG. 4 is a representative diagram of the steps of the detection method according to the invention.
  • the supply circuit 2 comprises a three-phase alternator 4, a non-controlled three-phase rectifier bridge 6 connected to the three-phase alternator 4, a load 8 electrically connected to the three-phase rectifier bridge 6.
  • the alternator 4 comprises a rotor and a stator having a first phase 12, a second phase 14 and a third phase 16.
  • the three-phase rectifier bridge 6 is conventionally made from three pairs of diodes 10.
  • the pairs of diodes 10 are connected in parallel.
  • the two diodes 10 of the same pair are connected in series in the same direction.
  • the first 12, the second 14 and the third 16 phases of the alternator are each connected to the midpoint of each pair of diodes 10.
  • the charge 8 is constituted by any load that can be powered by a three-phase alternator 4, such as for example and non-limiting manner, a control box of a motor, for example, mounted in an aircraft.
  • the return line of the current 20 of the charge 8 is connected to an electric mass 22.
  • the supply circuit 2 further comprises an auxiliary supply source 18, connected in parallel with the alternator assembly 4 - rectifying bridge 6, through a diode 19.
  • This auxiliary supply source 18 is used during the starting phase of the three-phase alternator 4. It is, for example, constituted by a battery delivering a direct current of 28 volts.
  • the fault detection device 24 is intended to be connected to the first phase 12, the second phase 14 and the third phase 16, at the output of the three-phase rectifier bridge 6, at the contact points referenced A, B, and respectively C.
  • the failure detection device 24 is able to detect a short-circuit from one phase to the mechanical ground and one open circuit at a phase. It is based on the principle of phase balance of the alternator. In the absence of failure, apart from the possible intrinsic imbalance, due to manufacturing tolerances of the alternator and the components of the detection device, the voltages delivered by the three phases 12, 14, 16 of the alternator are identical. It is the same for the rectified voltages A, VB, V C taken at the points of contact A, B and C.
  • the fault detection method according to the invention is based on this principle. It is, for example, implemented by a fault detection device 24 illustrated in Figures 1 and 2.
  • the fault detection device 24 comprises a summation and subtraction unit 38 able to calculate the algebraic sum (1), a window comparator 40 provided with two thresholds capable of comparing the result of the algebraic sum with respect to zero and a monitoring unit 42 adapted to transmit a fault signal in case of a difference greater than a given threshold.
  • the summation and subtraction unit 38 has an operational amplifier 44 mounted in an adder and subtractor arrangement.
  • the inverting input - of the operational amplifier 44 is connected to the first phase 12 via a first resistor 46, and to the second phase 14, via a second resistor 48.
  • the non-inverting input + is connected to the third phase 16 via a third resistor 50 and to the electrical earth 22, via a fourth resistor 52.
  • the third resistor 50 and the fourth resistor 52 are connected in series.
  • a fifth resistor 54 is mounted in feedback between the input - and the output of the operational amplifier 44.
  • the value of the first resistor 46 is equal to the value of the second resistor 48 and the value of the third resistor 50 is equal to half the value of the second resistor 48. the first resistance 46.
  • the voltage Vana taken at the output D of the summing and subtracting unit 38 is representative of the equilibrium of the phases of the alternator, that is to say of the voltage difference 2 ⁇ Vc - (V A + VB). This voltage Vana is compared to zero, using the window comparator 40.
  • the window comparator 40 is connected to the output D of the summing and subtracting unit 38. It has a first 56 and second 58 open collector comparators.
  • the non-inverting input + of the first comparator 56 is connected to a first voltage source 60 capable of delivering a high threshold voltage VH, referred to as the high threshold VH.
  • the inverter inlet of the second comparator 58 is connected to a second voltage source 62 capable of delivering a low threshold voltage VL, called the low threshold VL.
  • the inverting input - of the first comparator 56 and the non-inverting input + of the second comparator 58 are connected to the output of the operational amplifier 44 of the summation and subtraction unit 38.
  • the output of the first comparator 56 and the output of the second comparator 58 are electrically connected to a third voltage source 64 via a sixth resistor 66 called "pull-up".
  • the voltage Vlog measured at the output E of the window comparator 40 has two logic states:
  • Vlog is equal to 1, if VL ⁇ Vana ⁇ VH
  • Vlog is equal to 0, if Vana ⁇ V L or Vana> V H
  • the monitoring unit 42 is connected to the output E of the window comparator 40. It is able to measure the voltage Vlog at this output E and to transmit a fault signal, for example, to a control box, not shown, when the voltage Vlog is zero.
  • the fault detection device 24 furthermore comprises a first attenuation circuit 26 connected between the electrical mass 22 and the first phase 12 to attenuate the voltage generated by the alternator.
  • This attenuation circuit 26 is, for example, consisting of two resistors in series.
  • a second 28 and a third 30 attenuation circuits may be connected between the electric mass 22 and the second 14 and the third 16 phases respectively.
  • a first filter circuit 32 is preferably connected between the electrical mass 22 and the first phase 12 to filter the voltages at the output of the rectifying bridge 6.
  • This filter circuit 32 is, for example, constituted by a capacitor connected in parallel with the foot resistance of the attenuation circuit.
  • a second 34 and a third 36 filtering circuits can also be connected between the electric mass 22 and the second 14 and the third 16 phases respectively.
  • the fault detection method comprises a step 70 during which the voltages generated on each phase of the three-phase alternator 4 are rectified.
  • the rectified voltages on each phase are attenuated.
  • the rectified and attenuated voltages on each phase are filtered.
  • step 76 the rectified voltage taken from the first phase 12 and added to the rectified voltage taken from the second phase 14. Then during a step 78, twice the rectified voltage taken from the third phase 16 is subtracted from the sum calculated in step 76.
  • these operations are performed by the summation and subtraction unit 38 which, firstly, adds and reverses the rectified voltage V A of the first phase 12 taken at the point of contact A at the rectified voltage V B of the second phase 14 taken at the point of contact B to obtain an inverted voltage sum - (V A + VB
  • the summation and subtraction unit 38 adds to the inverted voltage sum - (V A + V B ) twice the rectified voltage Vc of the third phase taken at the point of contact C to obtain a voltage difference 2 Vc - (V A + V B) .
  • the window comparator 40 compares said voltage difference 2 Vc - (VA + V B > with the high threshold VH and the low threshold VL.
  • the monitoring unit 42 measures the voltage Vlog at the output E and detects a failure when said voltage difference is lower than the low threshold VL and when said voltage difference is greater than the high threshold. V H.
  • the monitoring unit 42 can then for example transmit a failure signal to a control device, not shown.
  • the detection device 84 according to a second embodiment of the invention is similar to the detection device 24 according to the first embodiment of the invention with the exception that the window comparator is replaced by a window comparator hysteresis 90 and that two isolation diodes 86, 88 are added.
  • the hysteresis circuit of the window comparator comprises a seventh resistor 92 mounted between the first voltage source 60 and the non-inverting input + of the first comparator 56, an eighth connected resistor 94, in a positive reaction between the non-inverting input + and the output of the first comparator 56 and a first isolation diode 86 connected between the output of the first comparator 56 and the hysteresis window comparator output E 90.
  • the hysteresis circuit comprises a ninth resistor 96 connected between the output D of the summing and subtracting unit 38 and the non-inverting input + of the second comparator 58, a tenth connected resistor 98, in positive feedback, between the non-inverting input + and the output of the second comparator 58 and a second isolation diode 88 connected between the output of the second comparator 58 and the hysteresis window comparator output E 90.
  • the first 86 and the second 88 diodes of isolation are passing in a direction from the output E to the output of the first 56 and respectively the second 58 comparators.
  • the isolation diode 86 is desirable so that the switching thresholds of the comparator 56 are not disturbed by the state changes of the comparator 58.
  • the isolation diode 88 is desirable so that the switching thresholds comparator 58 are not disturbed by the state changes of the comparator 56.
  • the detection device according to this second embodiment is more stable.
  • the window comparator with or without hysteresis circuit is replaced by a digital device.
  • the output voltage Vana is converted into a digital signal by an analog-to-digital converter, and then compared numerically to digital thresholds. This operation is then done either in software by a microprocessor, or in hardware by a specialized logic circuit.
  • the steps of the detection method illustrated in FIG. 3 are carried out by a computer program comprising instructions for implementing this method when they are executed by a processor, of the programmable logic circuit or microprocessor type.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détection d'une panne d'un alternateur triphasé connecté à un pont de redressement triphasé. Le procédé comporte les étapes suivantes : - redressement (70) des tensions générées par l'alternateur triphasé; - addition (76) des tensions redressées prélevées sur la première et la deuxième phases pour obtenir une somme de tension; - soustraction (78) à ladite somme de tension, de deux fois la tension redressée prélevée sur la troisième phase, pour obtenir une différence de tension; - comparaison (80) de la différence de tension à un seuil haut et à un seuil bas; - détection (82) d'une panne lorsque la différence de tension est inférieure audit seuil bas ou lorsque la différence de tension est supérieure audit seuil haut. L'invention concerne également un dispositif de détection de panne et un programme d'ordinateur associé.

Description

Procédé de détection de panne d'un alternateur triphasé,
dispositif de détection de panne et programme d'ordinateur associé
L'invention concerne un procédé de détection d'une panne d'un alternateur triphasé et un dispositif de détection de panne associé.
En particulier, ce procédé de détection est propre à détecter un circuit ouvert au niveau d'une phase de l'alternateur et/ou un court-circuit d'une phase à la masse mécanique.
Ce procédé peut, par exemple, être utilisé pour détecter les pannes d'un alternateur alimentant un boîtier de commande d'un moteur, par exemple, un moteur d'un aéronef. Un tel boîtier de commande contrôle le fonctionnement du moteur en fonction de l'altitude, de la pression extérieure, de la température extérieure, du débit du carburant injecté etc. Dans une telle application, on comprend qu'il est important, pour la sécurité des passagers, de détecter toute panne de l'alternateur afin de mettre rapidement en place un mode d'alimentation de secours. Le procédé et le dispositif de détection de panne peuvent néanmoins être utilisés dans toute autre application dans laquelle un alternateur triphasé est utilisé pour alimenter une charge.
La détection de panne est usuellement réalisée par mesure du déphasage entre les trois tensions délivrées par l'alternateur. En absence de panne, ces trois tensions sont toutes déphasées entre elles de 120°. En cas de circuit-ouvert ou de court-circuit à la masse, ces relations de phase changent. La mesure du déphasage est effectuée sur des tensions prélevées sur les diodes du pont de redressement triphasé, remises en forme et comparées à des niveaux de référence. Les signaux logiques représentatifs de chaque phase sont alors analysés par comptage, directement par un circuit logique programmable ou par un compteur interne du microprocesseur.
Toutefois, la méthode de détection de panne par mesure du déphasage ne permet pas de détecter tous les types de court-circuit à la masse et tous les types de circuit ouvert. En effet, pour protéger les circuits électroniques des agressions électromagnétiques (respect des niveaux de compatibilité électromagnétique (CEM)- Foudre), des capacités sont montées entre chaque phase et la masse mécanique. Si l'une des phases est coupée, l'entrée correspondante du pont de redressement reste malgré tout connectée au reste du circuit par l'intermédiaire des combinaisons série-parallèle résultantes de ces capacités. Une tension résiduelle apparaît donc à l'entrée correspondante du dispositif de mesure de déphasage. A haut régime de l'alternateur, cette tension résiduelle peut être supérieure à la tension normale générée par l'alternateur à bas régime, et peut être suffisante pour activer le circuit de mesure de phase. En conséquence, cette méthode de détection de panne par mesure du déphasage ne permet pas de discriminer un cas de circuit ouvert à haut régime d'un cas sans panne à bas régime.
Par ailleurs, en cas de court-circuit à la masse d'une des phases, un courant de mode commun circule dans les câbles de retour du courant et dans les phases restantes, et provoque une chute de tension proportionnelle à la longueur des câbles. Si l'alternateur et la batterie utilisés lors de l'étape de démarrage de l'alternateur sont éloignés de plus de quelques mètres de la charge (par exemple, du boîtier de commande du moteur), la chute de tension résultante perturbe la mesure de déphasage.
Enfin, les mesures de déphasage sont des mesures de temps effectuées à l'aide d'un microprocesseur ou d'un circuit logique programmable. De tels composants sont coûteux. De plus, l'utilisation de ces composants nécessite des certifications qui sont elles aussi coûteuses.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de détection permettant de détecter un circuit ouvert sur une des phases malgré la présence de composants de protection qui referment le circuit, et quel que soit le régime de l'alternateur.
Avantageusement, le procédé et le dispositif de détection de panne selon l'invention sont capables de détecter un cas de court-circuit à la masse, quelle que soit la longueur des câblages. Avantageusement, le dispositif de détection peut être mis en œuvre à la fois par des composants analogiques ou par des composants logiciels.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection d'une panne d'un alternateur triphasé connecté à un pont de redressement triphasé ; ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- redressement des tensions générées par l'alternateur triphasé sur une première phase, une deuxième phase et une troisième phase,
- addition de la tension redressée prélevée sur la première phase à la tension redressée prélevée sur la deuxième phase, pour obtenir une somme de tension ;
- soustraction à ladite somme de tension, de deux fois la tension redressée prélevée sur la troisième phase, pour obtenir une différence de tension ;
- comparaison de la différence de tension à un seuil haut et à un seuil bas ; et
- détection d'une panne lorsque la différence de tension est inférieure audit seuil bas ou lorsque la différence de tension est supérieure audit seuil haut.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé de détection comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- qui comporte en outre une étape de filtrage des tensions redressées prélevées sur la première, la deuxième et la troisième phases, ladite étape de filtrage étant préalable auxdites étapes d'addition et de soustraction.
- qui comporte en outre une étape d'atténuation des tensions redressées prélevées sur la première, la deuxième et la troisième phases, ladite étape d'atténuation étant préalable auxdites étapes d'addition et de soustraction.
L'invention a pour objet un dispositif de détection d'une panne d'un alternateur triphasé, ledit dispositif de détection comportant:
- un pont de redressement triphasé connecté à une première phase, une deuxième phase et une troisième phase dudit alternateur triphasé ;
- une unité de sommation et de soustraction propre à additionner une tension redressée prélevée sur la première phase à une tension prélevée sur la deuxième phase pour obtenir une somme de tension ; ladite unité de sommation et de soustraction étant propre à soustraire à ladite somme de tension, deux fois une tension prélevée sur ladite troisième phase, pour obtenir une différence de tension ;
- un comparateur à fenêtre propre à comparer ladite différence de tension à un seuil haut et à un seuil bas ;
- une unité de surveillance propre à transmettre un signal de panne lorsque ladite différence de tension est inférieure au seuil bas ou lorsque ladite différence de tension est supérieure au seuil haut.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de détection comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- ladite unité de sommation et de soustraction comporte un amplificateur ayant une entrée inverseuse et une entrée non inverseuse ; l'entrée in verseuse étant connectée à la première phase par l'intermédiaire d'une première résistance et à la deuxième phase par l'intermédiaire d'une deuxième résistance ; l'entrée non inverseuse étant connectée à la troisième phase par l'intermédiaire d'une troisième résistance ; et la valeur de la première résistance est égale à la valeur de la deuxième résistance et la valeur de la troisième résistance est égale à la moitié de la valeur de la première résistance.
- ledit comparateur à fenêtre est un comparateur à fenêtre à hystérésis.
- ledit comparateur à fenêtre à hystérésis comporte un premier comparateur et un second comparateur ayant chacun une sortie ; une première diode d'isolation étant connectée à la sortie du premier comparateur et une deuxième diode d'isolation étant connectée à la sortie du second comparateur.
- qui comporte une masse électrique, un premier, un deuxième et un troisième circuits de filtrage propres à filtrer les tensions générées par l'alternateur triphasé ; le premier, le deuxième et le troisième circuits de filtrage étant connectés entre ladite masse électrique et la première, la deuxième et respectivement la troisième phases.
- qui comporte une masse électrique, un premier , un deuxième et un troisième circuits d'atténuation propres à atténuer les tensions générées par l'alternateur triphasé ; le premier, le deuxième et le troisième circuits d'atténuation étant connectés entre ladite masse électrique et la première, la deuxième et respectivement la troisième phases. Enfin, l'invention a pour objet un programme d'ordinateur qui comporte des instructions pour mettre en œuvre le procédé mentionné ci-dessus, lorsqu'elles sont exécutées par un processeur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles :
- la figure 1 est un schéma synoptique représentatif d'un circuit d'alimentation d'une charge et de circuits de filtrage et d'atténuation du dispositif de détection de panne selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est un schéma représentatif d'une partie du dispositif de détection de panne selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est un schéma représentatif d'un second mode de réalisation du dispositif de détection de panne selon l'invention ; et
- la figure 4 est un diagramme représentatif des étapes du procédé de détection selon l'invention.
En référence à la figure 1, le circuit d'alimentation 2 comporte un alternateur triphasé 4, un pont de redressement triphasé 6 non commandé connecté à l'alternateur triphasé 4, une charge 8 reliée électriquement au pont de redressement triphasé 6.
L'alternateur 4 comporte un rotor et un stator ayant une première phase 12, une deuxième phase 14 et une troisième phase 16.
Le pont de redressement triphasé 6 est réalisé de façon classique à partir de trois paires de diodes 10. Les paires de diodes 10 sont connectées en parallèle. Les deux diodes 10 d'une même paire sont montées en série dans le même sens. La première 12, la deuxième 14 et la troisième 16 phases de l'alternateur sont connectées chacune au point milieu de chaque paire de diodes 10.
La charge 8 est constituée par toute charge pouvant être alimentée par un alternateur triphasé 4, tel que par exemple et ne manière non limitative, un boîtier de commande d'un moteur, par exemple, monté dans un aéronef. La ligne de retour du courant 20 de la charge 8 est reliée à une masse électrique 22.
Le circuit d'alimentation 2 comporte, en outre, une source d'alimentation auxiliaire 18, montée en parallèle de l'ensemble alternateur 4 - pont de redressement 6, au travers d'une diode 19. Cette source d'alimentation auxiliaire 18 est utilisée lors de la phase de démarrage de l'alternateur triphasée 4. Elle est, par exemple, constituée par une batterie délivrant un courant continu de 28 Volts.
Le dispositif de détection de panne 24 selon l'invention est destiné à être connecté à la première phase 12, la deuxième phase 14 et la troisième phase 16, en sortie du pont de redressement triphasé 6, aux points de contact référencés A, B, et respectivement C.
Le dispositif de détection de panne 24 est propre à détecter un court-circuit d'une phase à la masse mécanique et un circuit ouvert au niveau d'une phase. Il repose sur le principe d'équilibre des phases de l'alternateur. En l'absence de panne, hormis le déséquilibre éventuel intrinsèque, dû aux tolérances de fabrication de l'alternateur et des composants du dispositif de détection, les tensions délivrées par les trois phases 12, 14, 16 de l'alternateur sont identiques. Il en est donc de même pour les tensions redressées A, VB, VC prélevées aux points de contact A, B et C.
En cas d'équilibre, chaque phase contribue de manière égale à l'alimentation de la charge 8. On peut donc écrire :
VA = VB = Vc
On en déduit :
2 x Vc - (VA + VB) = 0 (1)
Inversement, tout écart par rapport à zéro de cette somme algébrique indique la présence d'une panne.
Le procédé de détection de panne selon l'invention est basé sur ce principe. Il est, par exemple, mis en œuvre par un dispositif de détection de panne 24 illustré sur les figures 1 et 2.
En référence à la figure 2, le dispositif de détection de panne 24 selon le premier mode de réalisation de l'invention comporte une unité de sommation et de soustraction 38 propre à calculer la somme algébrique (1), un comparateur à fenêtre 40 muni de deux seuils apte à comparer le résultat de la somme algébrique par rapport à zéro et une unité de surveillance 42 adaptée pour transmettre un signal de panne en cas d'un écart supérieur à un seuil donné.
L'unité de sommation et de soustraction 38 comporte un amplificateur opérationnel 44 monté selon un montage d'additionneur et de soustracteur. En particulier, l'entrée inverseuse - de l'amplificateur opérationnel 44 est connectée à la première phase 12 par l'intermédiaire d'une première résistance 46, et à la deuxième phase 14, par l'intermédiaire d'une deuxième résistance 48. L'entrée non inverseuse + est connectée à la troisième phase 16 par l'intermédiaire d'une troisième résistance 50 et à la masse électrique 22, par l'intermédiaire d'une quatrième résistance 52. La troisième résistance 50 et la quatrième résistance 52 sont montées en série. Enfin, une cinquième résistance 54 est montée en contre-réaction entre l'entrée - et la sortie de l'amplificateur opérationnel 44.
De manière à multiplier par deux, la tension prélevée sur la troisième phase 16, la valeur de la première résistance 46 est égale à la valeur de la deuxième résistance 48 et la valeur de la troisième résistance 50 est égale à la moitié de la valeur de la première résistance 46.
La tension Vana prélevée en sortie D de l'unité de sommation et de soustraction 38 est représentative de l'équilibrage des phases de l'alternateur, c'est-à-dire de la différence de tension 2 x Vc - (VA + VB). Cette tension Vana est comparée à zéro, à l'aide du comparateur à fenêtre 40.
Le comparateur à fenêtre 40 est connecté à la sortie D de l'unité de sommation et de soustraction 38. Il comporte un premier 56 et un second 58 comparateurs à collecteur ouvert. L'entrée non inverseuse + du premier comparateur 56 est connectée à une première source de tension 60 propre à délivrer une tension de seuil haut VH, dite seuil haut VH. L'entrée in verseuse - du second comparateur 58 est connectée à une deuxième source de tension 62 propre à délivrer une tension de seuil bas VL, dite seuil bas VL. L'entrée inverseuse - du premier comparateur 56 et l'entrée non inverseuse + du second comparateur 58 sont connectées à la sortie de l'amplificateur opérationnel 44 de l'unité de sommation et de soustraction 38. La sortie du premier comparateur 56 et la sortie du second comparateur 58 sont reliées électriquement à une troisième source de tension 64 par l'intermédiaire d'une sixième résistance 66 dite en anglais de «pull-up ».
La tension Vlog mesurée à la sortie E du comparateur à fenêtre 40 présente deux états logiques :
Vlog est égale à 1 , si VL < Vana < VH
Vlog est égale à 0, si Vana < VL ou si Vana > VH
L'unité de surveillance 42 est connectée à la sortie E du comparateur à fenêtre 40. Elle est propre à mesurer la tension Vlog à cette sortie E et à transmettre un signal de panne, par exemple, vers un boîtier de contrôle non représenté, lorsque la tension Vlog est nulle. En référence à la figure 1, dans les cas dans lesquels l'alternateur triphasé 4 délivre des tensions élevées, le dispositif de détection de panne 24 comporte en outre un premier circuit d'atténuation 26 connecté entre la masse électrique 22 et la première phase 12 pour atténuer la tension générée par l'alternateur. Ce circuit d'atténuation 26 est, par exemple, constitué de deux résistances en série. De la même façon et pour les mêmes raisons, un deuxième 28 et un troisième 30 circuits d'atténuation peuvent être connectés entre la masse électrique 22 et la deuxième 14 et respectivement la troisième 16 phases.
Comme les tensions prélevées en sortie du pont de redressement sont souvent bruitées, un premier circuit de filtrage 32 est préférentiellement connecté entre la masse électrique 22 et la première phase 12 pour filtrer les tensions en sortie du pont de redressement 6. Ce circuit de filtrage 32 est, par exemple, constitué par un condensateur monté en parallèle avec la résistance de pied du circuit d'atténuation. De la même façon, un deuxième 34 et un troisième 36 circuits de filtrage peuvent également être connectés entre la masse électrique 22 et la deuxième 14 et respectivement la troisième 16 phases.
En référence à la figure 3, le procédé de détection de panne selon l'invention comporte une étape 70 au cours de laquelle les tensions générées sur chaque phase de l'alternateur triphasé 4 sont redressées.
Puis, au cours d'une étape 72, les tensions redressées sur chaque phase sont atténuées. Au cours d'une étape 74, les tensions redressées et atténuées sur chaque phase sont filtrées.
Au cours d'une étape 76, la tension redressée prélevée sur la première phase 12 et additionnée à la tension redressée prélevée sur la deuxième phase 14. Puis au cours d'une étape 78, deux fois la tension redressée prélevée sur la troisième phase 16 est soustraite à la somme calculée à l'étape 76.
Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, ces opérations sont réalisées par l'unité de sommation et de soustraction 38 qui, d'abord, additionne et inverse la tension redressée VA de la première phase 12 prélevée au point de contact A à la tension redressée VB de la deuxième phase 14 prélevée au point de contact B pour obtenir une somme de tension inversée - (VA + VB
Puis, l'unité de sommation et de soustraction 38 ajoute à la somme de tension inversée - (VA + VB), deux fois la tension redressée Vc de la troisième phase prélevée au point de contact C pour obtenir une différence de tension 2 Vc - (VA + VB). Puis, au cours d'une étape 80, le comparateur à fenêtre 40 compare ladite différence de tension 2 Vc - (VA + VB> au seuil haut VH et au seuil bas VL.
Enfin, au cours d'une étape 82, l'unité de surveillance 42 mesure la tension Vlog à la sortie E et détecte une panne lorsque ladite différence de tension est inférieure au seuil bas VL et lorsque ladite différence de tension est supérieure au seuil haut VH. L'unité de surveillance 42 peut alors par exemple transmettre un signal de panne un dispositif de contrôle non représenté.
Le dispositif de détection 84 selon un second mode de réalisation de l'invention est similaire au dispositif de détection 24 selon le premier mode de réalisation de l'invention à l'exception du fait que le comparateur à fenêtre est remplacé par un comparateur à fenêtre à hystérésis 90 et que deux diodes d'isolation 86, 88 sont ajoutées.
Les composants du dispositif de détection selon le second mode de réalisation identiques ou similaires aux composants du dispositif de détection selon le premier mode de réalisation sont identifiés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.
En référence à la figure 4, le circuit d'hystérésis du comparateur à fenêtre comporte une septième résistance 92 montée entre la première source de tension 60 et l'entrée non inverseuse + du premier comparateur 56, une huitième résistance 94 connectée, en réaction positive, entre l'entrée non inverseuse + et la sortie du premier comparateur 56 et une première diode d'isolation 86 connectée entre la sortie du premier comparateur 56 et la sortie E comparateur à fenêtre à hystérésis 90.
Parallèlement, le circuit d'hystérésis comporte une neuvième résistance 96 montée entre la sortie D de l'unité de sommation et de soustraction 38 et l'entrée non inverseuse + du second comparateur 58, une dixième résistance 98 connectée, en réaction positive, entre l'entrée non inverseuse + et la sortie du second comparateur 58 et une deuxième diode d'isolation 88 connectée entre la sortie du second comparateur 58 et la sortie E comparateur à fenêtre à hystérésis 90. La première 86 et la deuxième 88 diodes d'isolation sont passantes dans une direction allant de la sortie E vers la sortie du premier 56 et respectivement du deuxième 58 comparateurs. La diode d'isolation 86 est souhaitable pour que les seuils de basculement du comparateur 56 ne soient pas perturbés par les changements d'état du comparateur 58. De la même façon, la diode d'isolation 88 est souhaitable pour que les seuils de basculement du comparateur 58 ne soient pas perturbés par les changements d'état du comparateur 56. Avantageusement, le dispositif de détection selon ce second mode de réalisation est plus stable.
Selon une variante moins avantageuse, le comparateur à fenêtre avec ou sans circuit d'hystérésis est remplacée par un dispositif numérique. Dans ce cas, la tension de sortie Vana est convertie en signal numérique par un convertisseur analogique- numérique, puis comparée numériquement à des seuils numériques. Cette opération est alors faite soit en logiciel par un microprocesseur, soit en matériel par un circuit logique spécialisé.
En variante, les étapes du procédé de détection illustré sur la figure 3 sont réalisées par un programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en œuvre ce procédé lorsqu'elles sont exécutées par un processeur, de type circuit logique programmable ou microprocesseur.

Claims

REVENDICATIONS
1. - Procédé de détection d'une panne d'un alternateur triphasé (4) connecté à un pont de redressement triphasé (6) ; ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- redressement (70) des tensions générées par l'alternateur triphasé (4) sur une première phase (12), une deuxième phase (14) et une troisième phase (16) ;
- addition (76) de la tension redressée prélevée sur la première phase (12) à la tension redressée prélevée sur la deuxième phase (14), pour obtenir une somme de tension ;
- soustraction (78) à ladite somme de tension, de deux fois la tension redressée prélevée sur la troisième phase (16), pour obtenir une différence de tension ;
- comparaison (80) de la différence de tension à un seuil haut (VH) et à un seuil bas (VL) ; et
- détection (82) d'une panne lorsque la différence de tension est inférieure audit seuil bas (VL) OU lorsque la différence de tension est supérieure audit seuil haut (VH).
2. - Procédé de détection selon la revendication 1, qui comporte en outre une étape de filtrage (74) des tensions redressées prélevées sur la première (12), la deuxième (14) et la troisième (16) phases ; ladite étape de filtrage (74) étant préalable auxdites étapes d'addition (76) et de soustraction (78).
3. - Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, qui comporte en outre une étape d'atténuation (72) des tensions redressées prélevées sur la première (12), la deuxième (14) et la troisième (16) phases ; ladite étape d'atténuation (72) étant préalable auxdites étapes d'addition (76) et de soustraction (78).
4. - Dispositif (24, 84) de détection d'une panne d'un alternateur triphasé (4), ledit dispositif de détection (24, 90) comportant:
- un pont de redressement triphasé (6) connecté à une première phase (12), une deuxième phase (14) et une troisième phase (16) dudit alternateur triphasé (4) ;
- une unité de sommation et de soustraction (38) propre à additionner une tension redressée prélevée sur la première phase (12) à une tension prélevée sur la deuxième phase (14) pour obtenir une somme de tension ; ladite unité de sommation et de soustraction (38) étant propre à soustraire à ladite somme de tension, deux fois une tension prélevée sur ladite troisième phase (16), pour obtenir une différence de tension ;
- un comparateur à fenêtre (40, 90) propre à comparer ladite différence de tension à un seuil haut (VH) et à un seuil bas (VL) ; et
- une unité de surveillance (42) propre à transmettre un signal de panne lorsque ladite différence de tension est inférieure au seuil bas (VL) OU lorsque ladite différence de tension est supérieure au seuil haut (VH).
5. - Dispositif de détection (24, 84) selon la revendication 4, dans lequel ladite unité de sommation et de soustraction (38) comporte un amplificateur (44) ayant une entrée inverseuse (-) et une entrée non inverseuse (+) ; l'entrée inverseuse (-) étant connectée à la première phase (12) par l'intermédiaire d'une première résistance (46) et à la deuxième phase (14) par l'intermédiaire d'une deuxième résistance (48) ; l'entrée non inverseuse (+) étant connectée à la troisième phase (16) par l'intermédiaire d'une troisième résistance (50) ; et dans lequel la valeur de la première résistance (46) est égale à la valeur de la deuxième résistance (48) et la valeur de la troisième résistance (50) est égale à la moitié de la valeur de la première résistance (46).
6. - Dispositif de détection (24, 84) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel ledit comparateur à fenêtre est un comparateur à fenêtre à hystérésis (90).
7. - Dispositif de détection (24, 84) selon la revendication 6, dans lequel ledit comparateur à fenêtre à hystérésis (90) comporte un premier comparateur (56) et un second comparateur (58) ayant chacun une sortie ; une première diode d'isolation (86) étant connectée à la sortie du premier comparateur (56) et une deuxième diode d'isolation (88) étant connectée à la sortie du second comparateur (58).
8. - Dispositif de détection (24, 84) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, qui comporte une masse électrique (22), un premier (32), un deuxième (34) et un troisième (36) circuits de filtrage propres à filtrer les tensions générées par l'alternateur triphasé (4); le premier (32), le deuxième (34) et le troisième circuits de filtrage étant connectés entre ladite masse électrique (22) et la première (12), la deuxième (14) et respectivement la troisième (16) phases.
9.- Dispositif de détection (24, 84) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, qui comporte une masse électrique (22), un premier (26) , un deuxième (28) et un troisième (30) circuits d'atténuation propres à atténuer les tensions générées par l'alternateur triphasé (4); le premier (26), le deuxième (28) et le troisième (30) circuits d'atténuation étant connectés entre ladite masse électrique (22) et la première (12), la deuxième (14) et respectivement la troisième (16) phases.
10.- Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lorsqu'elles sont exécutées par un processeur.
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