Brevet FR2200662A1 — publié le 19740419

L'invention a trait à un dispositif pour la transmission capacitive, sans contact électrique et mécanique, le cas échéant dans les deux sens de données (données de commande, de mesures) entre une partie fixe et une partie tournante de machines électriques, plus particulièrement de générateurs synchrones sans bagues, réglables par des thyristors rotatifs et avec excitation à pôles extérieurs. Dans les grands générateurs de courant (alternateurs) l'amenée d'une puissance d'excitation de plusieurs mégawatts par l'intermédiaire de bagues présente des difficultés. C'est pourquoi on emploie des excitatrices à p8les extérieurs, et pour l'alimentation des redresseurs rotatifs. Pour garantir un comportement dynamique favorable de la machine, on emploie depuis peu des thyristors rotatifs à la place des redresseurs. Pour la commande de ces thyristors depuis un poste de commande fixe et également le cas échéant pour la retransmission (en retour) de valeurs mesurées comme, par exemple, le courant d'excitation, la tension, la température, etc., depuis la partie mobile (rotor) jusqu 'a' un poste de surveillance fixe, il est nécessaire d'avoir un dispositif de transmission qui rende possible une transmission irréprochable, si possible sans contact électrique et mécanique, dans un sens ou mOme le cas échéant dans les deux sens à la fois.Un tel dispositif pour la transmission dans un sens et le cas échéant dans les deux sens de signaux de commande ou de mesures doit être conçue de telle manière qu'on puisse le monter sans difficultés particulières sur l'arbre d'un générateur et que par surcroit chaque générateur déåà existant puisse en etre équipé. bu reste, un tel dispositif de transmission de données doit travailler d'une manière absolument stre malgré un glissement longitudinal de l'arbre de la machine d'environ 50 mm et un jeu radial de l'arbre de la machine d'environ + 5 5 mm . L'invention réside en un organe de transmission capacitif prévu entre un poste d'émission et un poste de réception et associé à l'arbre de la machine, cet organe comprenant deux électrodes en forme de peigne s'interpénétrant en alternance avec leurs dents ; l'une de ces électrodes étant fixe et l'autre tournant avec l'arbre de la machine. L'électrode fixe a avantageusement la forme d'une fourchette. L'électrode tournante se compose d'un cylindre monté sur l'arbre , cylindre sur la paroi extérieure duquel sont emmanchées plusieurs électrodes en forme de disque à distance les uns des autres. Cette structure de l'électrode tournante est recommandée lorsqu'il faut s'attendre à un jeu axial important de l'arbre de la machine pendant le fonctionnement, alors que le glissement longitudinal de l'arbre est négligeable. Si , par contre,le glissement longitudinal de l'arbre de la machine est important, alors que le jeu radial est faible, il est indiqué de constituer l'électrode tournante par plusieurs tubes emboftés concentriquement à distance les uns des autres et montés sur l'arbre de la machine, les parois latérales de ces tubes constituant les dents. Les deux stretnraad' dlELectrDdes de l'organe de transmission capacitif peuvent être faites entièrement en une matière plastique résistant à la flexion, seules les dents sont recouvertes d'un revêtement métallique. Les revête- ments métalliques sur les surfaces des dents tournées l'une vers l'autre des deux électrodes sont avantageusement de lEngueuts inégales ; on choisit ces revêtements plus longs sur l'électro- de fixe que sur l'électrode tournante.. Pour la transmission des données, on a prévu des moyens qui acheminent les données de commande ou de mesures depuis un poste émetteur par multiplexage de fréquence ou à division dans le temps, par l'intermédiaire de l'organe de transmission, au poste récepteur et le signal à transmettre est prélevé à un générateur de signaux et acheminé à l'organe de transmission capacitif par l'intermédiaire d'un modulateur et d'un amplificateur, tandis que du côté réception, l'organe de transmission capacitif est suivi d'un amplificateur supplémentaire, d'un démodulateur et d'un système de dépouillement des signaux qui fournit, côté réception, un signal correspondant au signal c8té émetteur et agissant, en sa qualité de signal de commande ou de mesure, sur des dispositifs de commande ou de mesure. Pour la transmission .simultanée de signaux de commande dans un sens de données de mesures ou dans l'autre sens, on peut prévoir deux organes de transmission capacitifs dont l'un transmet des signaux commande depuis un poste de commande fixe au rotor de la machine et l'autre des données de mesures depuis le rotor à un poste de surveillance fixe. On peut fixer des modules contenant des composants de commande d'une part sur l'arbre tournant de la machine, et, d'autre part, dans une zone du stator de la machine, ces composants contenant les éléments de modulation et démodulation pour la transmission aller et retour des données. Des exemples de réalisation de l'invention sont expliqués plus en détail ci-après à l'aide de trois figures. La figure 1 fournit une illustration de l'arbre tournant de la machine,- auquel est associé L'organe de transmission capacitif O qui se compose de deux électrodes en forme de peigne El et E2 s'interpénétrant en alternance avec leurs dents Z ; l'électrode E2 est fixe et l'électrode El tourne avec l'arbre W de la machine. L'électrode tournante El se compose d'un cylindre R monté sur l'arbre W ; sur la surface latérale extérieure de ce cylindre sont emmanchés des disques S à distance les uns des autres. Le cylindre R et les disques S peuvent être en matière plastique. Les disques S ou dents Z sont garnis totalement ou partiellement de revêtements métalliques B.L'électrode fixe E2 a la forme d'une fourchette dont les dents Z 21 à 23 pénètrent dans les intervalles entre les dents Zll et Z 14 de l'électrode tournante El. Les dents en matière plastique Z 21 à Z 23 de l'électrode fixe E2 sont équipées également de revêtements métalliques B. Les électrodes El et E2 de l'organe de transmission 0 forment ainsi un conden sateurdont la capacité est déterminée par la surface des revêtements métalliques se trouvant face à face et par leur distance réciproque. La structure selon la figure 1 est recommandable lorsqu'il faut s'attendre à un Jeu radial important de l'arbre W pendant la marche, tandis que le glissement longitunal d'arbre W de la machine est négligeable. Dans le dispositif suivant la figure 2, l'électrode fixe E2 de l'organe de transmission capacitif O a également la forme d'une fourchette, toutefois ses dents Z s'étendent parallèlement à l'arbre W de la machine L'électrode tournante El de l'organe de transmission capacitif O se compose de plusieurs tubes P1 à P4 fixés sur l'arbre, emboîtés concentriquement et à distance les uns des autres les parois latérales de ces tubes constituent les dents connu. guées Z entre lesquelles sont engagées les dents Z de l'électrode fixe E2. Les tubes de l'électrode tournante El peuvent aussi être en matière plastique et comporter des revêtements métalliques B. Les revêtements B de l'électrode tournante El, ne doivent s'étendre que sur une partie de la paroi latérale des tubes, tandis que les dents de l'électrode fixe E2 sont pourvues sur toute leur longueur de revêtements métalliques B. Ainsi, dans le cas d'un glissement longitudinal important de l'arbre W, on peut compter sur une capacité globale constante de l'organe de transmission capacitif 0, car les surfaces actives de condensateur restent les mêmes. Dans le cas d'un jeu radial de l'arbre W, la variation de capacité de l'organe de transmission capacitif O reste également faible, car il se produit un effet de compensation : si,en-effet1a distance entre les revêtements formant armature de- oandMaataur augmente d'un c8té, cette distance diminue dans, la mOme proportion sur l'autre côté. La transmission de signaux de commande depuis un poste émetteur fixe SS vers un poste récepteur tournant ES se produit suivant la figure 3 de la manière suivante: l'ordre de commande est prélevé à un générateur de signaux Sg, est introduit dans un amplificateur V5 par l'intermédiaire d'un modulateur M par un procédé de multiplexage de fréquence ou à division dans le temps ; la sortie dal'amplificateur VS est reliée à un amplificateur VE par l'intermédiaire de l'organe de transmission capacitif O faisant office de capacité de couplage ; cet amplificateur Vs agit sur un système de dépouillement de signaux Sa par l'intermédiaire d'un démodulateur DM ; ce système de dépouillement Sa agit sur le groupe de commande des organes à commander, par exemple des thyristors, dans le rotor de la machine. Le sens de transmission peut êtS changé, en associant le poste émetteur SS à l'arbre tournant W de la machine, alors que le poste récepteur ES est stationnaire. Pour les deux sens de transmission, l'organe de transmission unique O sert de capacité de couplage. Dans le cas d'une transmission d'ordres de commande du poste émetteur stationnaire SS au poste récepteur tournant ES et d'une transmission en retour simultanée. de données de mesures depuis le rotor au poste de détection de données stationnaires, on associe deux organes de transmission capacitifs 0 à l'arbre W de la machine ; l'un d'eux est utilisé pour un sens de transmission en combinaison avec les composants du poste émetteur SS et du poste récepteur ES suivant la figure 3, l'autre est utilisé pour l'autre sens de transmission en combinaison avec des composants d'un poste émetteur SS et d'un poste récepteur ES. Les composants nécessaires pour cela (figure 3) sont associés en modules au stator de machine, dans la mesure où ils peuvent & re installés stationnaires , par contre, les composants associés au rotor et leur alimentation au courant sont installés en modules sur ou dans l'arbre tournant W. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la transmission capacitive sans contact électrique et mécanique., le enR échéant dans les deux sens de données (données de commande, données de mesure) entre une partie fixe et une partie tournante de machines électriques, plus particulièrement de générateurs synchrones sans bagues, réglables par des thyristors tournants et avec excitatrices à pôles extérieurs, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe de transmission capacitif prévu entre un poste émetteur et un poste récepteur associé à l'arbre de la machine et se composant de deux électrodes en forme de peigne s'interpénétrant en alternance avec leurs dents, l'une des électrodes étant fixe et l'autre tournant avec l'arbre de la machine. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode fixe a la forme d'une fourche. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ltélectrode tournante se compose d'un cylindre monté sur l'arbre, sur la paroi latérale extérieure duquel sont emmanchées plusieurs électrodes en forme de disque disposées à distance les unes des autres. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode tournante se compose de plusieurs tubes emmanchés sur l'arbre et emboités concentriquement à distance les uns des autres, les parois latérales de ces tubes constituant les dents. 5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux systèmes d'électrodes de l'organe de transmission capacitif sont entièrement en une matière plastique résistant à la flexion et que les dents sont recouvertes d'un revêtement métallique. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les rev8tements métalliques aux surfaces des dents des deux électrodes qui se font face sont intégralement longs et sont choisis plus longs pour l'électrode fixe que dans l'électrode tournante. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que des organes sont prévus qui acheminent les données de commande et de mesures depuis un poste émetteur à un poste récepteur, par l'intermédiaire de l'organe de transmission (O), en multiplexage de fréquence ou à division dans le temps, que le signal à transmettre est prélevé à un générateur de signaux et est acheminé à 1' organe de transmission capacitif par l'intermédiaire d'un modulateur et d'un amplificateur, tandis que du c8té réception, l'organe de transmission capacitif est suivi d'un autre amplificateur, d'un démodulateur et d'un système de dépouillement des signaux qui fournit, c8té réception, un signal correspondant au signal côté émetteur et agissant sur des dispositifs de réglage ou de mesure en sa qualité de signal de commande ou de mesure. 8. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que pour la transmission simultanée d les deux sens (aller-retour) de signaux de cnmmsnde et de données de mesures, sont prévus deux organes de transmission capacitif s dont l'un transmet des signaux de commande depuis un poste de commande fixe au rotor de la machine, et 1' autre transmet des données de mesures depuis le rotor à un poste de surveillance fixe. 9. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que sur l'arbre tournant de la machine, d'une part, et dans une zone du stator delinchine, d'autre part, sont fixés des modules contenant des composants de com- mande qui comprennent les dispositifs de modulation et démodulation pour la transmission de données dans les deux sens.