Brevet FR2618563A1 — publié le 19890127

L'invention concerne un adaptateur de mesure pour le contrôle et l'évaluation du comportement de la commutation d'une machina tournante à collecteur dans lequel des tensisns transitoires de commutation, prélevées aux balais de cette machine, sont appliquées à une chaîne de mesure comprenant un à filtre passe-haut dont les signaux de sortie sont redressés et mesures. Dans un appareil connu, ces tensions transItoires Sont aopllouées à un filtre passe-haut classique comportant un réseau passif d'ordre élevé ne débitant à sa sortie que des signaux considérablement détériores en raison de l'affaiblissement provoqué par la consommation d'énergie imputable à sa mise en oeuvre. Par ailleurs, les signaux d'entrée sont transmis à l'aide de condensateurs qui sont placés en série avec deux conducteurs d'entrée et ou constituent un dipole d'entrée constituant un élénent nerturbateur du régine d'étincelage que l'on veut précisément exami ner.Un te aDDa}e- . ou ne peut en fait être utilisé que pour évaluer 'e comportement d'une machine tournante de puissance élevée, serait toutàfalt inacapté pour examiner celui d'une machine ayant une puissance inférieure á environ 1 kW.Dans un type de circuit conforme à l'art antérieur, or. constate pet exemple qu'un signa' d'entrée de l'û z-e de IV efficace sinusolsa à 100 KHz ne déilvre qu'un sis de sortie continu ne l'orare de 10 n, acres avoir été détecté dans un pont de repressement dans de décret est préjudiciable à la restitution des signaux faibles. Dans -les macnines tournantes de haute performances telles que celles utilisées dans l'aviation oû la puissance des machines tournantes est fréquemment inférieure à , KW, il est indispensable d'évaluer à l'avance leur comportement à court et moyen terme afin que leur durée de bon fonctionnement s' accorde parfaitement au cycle des révisions périodIques. On sait que le calage convenable des balais de machines à collecteurs résulte pour partie d'une position théorique qui est donnée lorsque la macnine est a' à 'arr' tandis qu'un réglage définitif résulte d'une adaptation de cette position, opérée en régime dynamique, grace à-l'observation de l'intensité des phénomènes d'étincelage.Ces phénomènes visibles, qui sont naturellement d'autant plus discrets que la puissance de la machine tournante est réduite, sont accompagnés de phénomènes difficiles å évaluer en raison de leur apparition sous les balais Il est naturellement possible de diminuer le temps de réglage en alignant les balais sur une position initiale qui résulte de l'observation de celles donnant statistiquement la plus longue durée de vie à une présérie de machines identiques; cette mesure ne peut toutefois dispenser le constructeur ou le réparateur de machines tournantes, d'une analyse plus précise qui doit, faute de manifestations visibles, faire appel à des moyens d'analyse de très faibles tensions transitoires développées dans un large spectre en cours de rotation. Ces tensions transitoires peuvent notamment présenter des dissymétries de forme importantes qui sont dangereuses dans la mesure oû une analyse globale ne les met pas en évidence. L'invention se propose par suite de mettre à la disposition du constructeur, du réparateur ou du personnel de maintenance de machines tournantes à collecteur, de faibles puissances, un acaptateur de mesure de haute sensibilité, ayant une impédance d'entrée très élevée , qui soit en mesure de restituer une image aussi précise et fidèle que possible de la nature des phénomènes de commutation invisibles, en ne constituant pas un circuit perturbateur du régime d'étincelage lorsqu'il est mis en oeuvre sur ces machines. Selon l'invention, le but visé est atteint grace au fait que cet adaptateur comprend au moins une chaine de mesure comportant un étage d'entrée apte à compenser la capacité propre des conducteurs d'un omble coaxial d'entrée à l'aide d'un amplificateur opérationnel ds gain unité dont la tension de sortie est appliquée à la gaine conductrice tandis que le conducteur interne est relié à l'amplificateur, cette sortie étant en outre reliée à au moins un étage de filtre actif passe-haut délivrant ses signaux de sortie à un étage détecteur qui est compense cour présenter une tension ce décnmt très inférieure à celle d'une dicte conventionnelle. Afin de reconore à ces besoins d'évaluations plus précises concernant la possible dissymétrie ces transitoi-es ae commutation, l'inventIon s'inter esse en outre à un acavia- teur ou, race à la mise en oeuvre de deux chaines de mesure il sera possible d'effecteur au choix et ce façon simo e, un examen oscillographique e- une mesure analogique des comor- santes positives ou négatives présentées pa ces transitoires et de façon séparée ou différentielle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous et à l'e- xamen des figures qui l'aocoaoagnent en illustrant: - A la fis 1, un schéma synoptique de $l'adaptateur, - A la fig 2, un schéma plus détaillé de la constItution des différents étages de l'adaptateur, - t à la fig 3, un circuit de détection compensé qui est mis en oeuvre dans une chaine de mesure et oû sont mis en évidence les courents qui apparaissent en cours de fonctionnement. Les circuits de l'adantateur de mesure (1) illustré aux figures 1 et 2 fait appel à une source d'alimentation (2) qui est branchée sur le réseau R, S et qui délivre deux tensions égales et de signes opposés V1, V2 disponibles sur deux lignes (13, 14) par rapport à une tension de référence VO disponible sur la ligne (12); ces tensions sont par exemple de l'ordre de 15 V et seront référencées sur les schémas par +15V, -15V et DV. Dans une version perfectionnée et avantageuse de l'invention qui correspond à celle représentée sur les figures, deux chaines de mesure I et II ayant des constitutions générales identiques sont alimentées par cette source et reçoivent des signaux d'entrée El respectivement EII pour fournir des signaux de sortie SI respectivement 511. L'élaboration de ces signaux de sortie SI, SII qui sont destinés à une voie de mesure sommatrice ou différentielle est précédée par l'élaboration de signaux annexes destinés à être appliqués à une voie d'examen oscillographique (3). Un apoareil conforme à l'invention peut toutefois ne faire appel qu'à l'une de ces chaines et aux moyens d'analyse (3) et (4), de sorte que le fonctionnement et la constitution de l'une d'entre elles seront étudiés en se rapportant à la chaine de mesure 9, la chaine ce mesure II présentant sur les figures des éléments ou sous-ensembles de même rangs qui sont affectés de références augmentées de 10 par rapport à ceux de la chaine I. Un cable coaxial (8) ayant une gaine conductrice externe (7) et un conducteur interne (6) est terminé à l'une de ses extrémités par une borne ou sonde d'entrée (5); les extrémités opposées de ces conducteurs sont associés à un étage d'entrée (9) dont la fonction est d'établir une compensation de la capacité propre du cable coaxial, sans produire d'alté- ration des signaux d'entrée ET, et de délivrer des signaux de même nature à un étage suivant (tO) qu'il est susceptible d'alimenter-en courants. Cet étage (10), dont la fonction est celle d'un filtre qasse-naut présentant une atténuation importante pour une fréquence ae coupure de 30 KHz, peut faire appe à un su ceux filtres actifs qui sont alors disposés en série pour procurer une atténuation totale de l'ordre de 24 dB/Octave. La frécuence de couture choisie perme d'é~ mine du sceptre examiné des signaux perturbateurs qui ne sont liés qu'à la vitesse de rotation de la machine et ne donnent aucune indication sur la qualité de la commutation ont les pnénomènes représentatifs s'accompagnent de tensions transitoires ayant des fréquences senslciement plus élevées. Ce filtre cue en même temps un rom oladaDtat-cn d'impéndance pour un teur compensé (11), à qui ii fournit ses signaux de sortie; on enteno ici par détecteur oct- pensé tout circuit oétecteur ou rerresseur présentant une très faible cens ion de déonet, par rapport à celle qui entache habituellement les circuits mettant en oeuvre de façon tradition- nelle une diode ou un système de diodes montées en pont. En se reDortant à la figure 2, on observe que le conducteur (6) du catie (8) transmet les signaux d'entrée à l'entrée directe d'un amplificateur océratlonnel (Ai) paf l'intermédiaire d'un codensateur (C1) ayant une capacité de l'ordre oe 1000 pF, tanois qu'une résistance (Rt) reliée à la ligne OV définit le potentiel de l'entrée directe +. Cet amplificateur qui est monté en amplificateur suiveur de gain unité, grace au fait que sa sortie (22) est reliée à l'entrée inverse -, applique en même temps sa tension de sortie à la gaine conductrice (7) par l'intermédiaire d'un condensateur série (C2) ayant une capacité de l'ordre de 100.000 pF. Ce montage établit une compensation de la capacité propre du cable (8) dans la mesure oû il établit et maintient en permanence (ou tout au moins avec un retard extrèmement faible) une différence de potentiel nulle entre les conducteurs externe et interne du cable. !Ce montage confère au cable une Capacité apparente si faible que son influence sur les phénomènes transitoires à examiner est absolument négligeable; il est même possible de se dispenser d'utiliser un conducteur de retour entre la masse de la machine et celle de l'appareil adaptateur (1) lorsque la borne ou sonde (5) est placée dans le voisinage immédiat d'un balais ou en contact avec celui-ci. Par ailleurs, la présence de deux dictes (Ct, D2) qui sont montées en série et en opposition avec les polarités +15V et -15V permet de protéger l'amplificateur (A1) contre des impulsions ayant des crêtes élevées, grace au fait que leur point commun (23) est relié à l'entrée directe +. La sortie (22) de l'étage d'entrée à oomomnsaticn de capacité transmet ses signaux à l'étage (10) grace à un condensateur (C3) pour exciter un premier étage de filtre actif (24) présentant un affaiblissement o'environ 12 d8/Octave.Cet étage qui est du type BUTTERWORTH met en oeuvre un amolificateur opérationnel dans lequel la sortie (27) est reliée par une résistance (R4) d'une part à l'entrée inverse - et d'autre part, par un reseau (R3 - C4) à l'entrée directe +, le point (26) commun à (R3) et (C4) étant relié au condensateur (C3)-. Une résistance (R2) relie par ailleurs cette entrée directe au potentiel de référence OV. La sortie (27) de ce cremo-er étage de filtre actif foumit mn outre des signaux N1 vers un amplificateur conduisant à la voie d'exament oscillographique. Un second étage de filtre passe-haut (25) qui est alimenté par le précédent gracie au concensateur (C5)et dont la constitution est sensIblement la même ou le précédent, fait acre aux résistances (R5, R6, R7) et au condensateur (C6) pour prouret une réconse de BUTTERWORTH avec un affaiblissement total de l'ordre de 2Z:: dB/Octave c--~ les signaux se présentent à la sortie (28) ce l'étage de filtrage (10). Les signaux apparaissant au point (28, alimentent en courant l'étage détencteur compensé (11) grace à un condensateur de différentiation (C7). L'armature opposée de ce pernier aboutit à un un point '29) qui est commun d'une par à une résistance (R8) alimentée par la ligne de potentiel +15V et à une aisse (D3) or entes cans le sens de la conduction jusqu'à la ligne OV.Le poInt (29) est d'autre car relié à un montage série comprenant la diode (D4) et une résistance ajustable (R9) aboutissant a la ligne -15V, cette diode étant orientée dans le sens de la concuction vers cette ligne. Le point (30) commun à la résistance (R9) et à la diode (D4) est par ailleurs relié à un réseau de filtrage série qui comprend la résistance (R10) et un montage en parallèle d'une résistance (R21) et d'un condensateur (C8). Les signaux de sortie SI de l'étage détecteur (11) sont disponibles au point (31) commun aux deux résistances (R10) et (R21). Le fonctionnement de cet étage détecteur sera mieux compris à l'examen de la figure 3 oû sont illustrés les circulations des courants apparaissant lorsque se présentent des impulsions transitoires au point (28). Il sera tout d'abord précisé qu'un ajustage du circuit doit être opéré en l'absence de toute impulsion transitoire pour que le courant il circulant à travers la diode (D3) soit identique au courant i2 circulant à travers la diode (D4); à cet effet, les deux diodes sont de préférence appairées et le réglage effectué à laide de la résistance variable (R9). Lorsque cette opération est terminée, le condensateur (C7) se trouve chargé à une tension propre à la diode (D3), soit environ 0,4 à 0,6 V.Dans ces conditions, aucune différence de potentiel n'apparait entre le point (30) et la ligne OV. Lorsque un front d'impulsion croissant ( positif) se présente au point (28), un courant 13 chargeant le condensateur (C7) circule immédiatement à travers (03) pour se refermer à travers la ligne OV.''influence de cette charge est toute fois sans effet sur le potentiel au point (30) en raison du fait que la résistance (R21) est de valeur élevée et que le courant i2 reste donc sensiblement constant.Dès que se présente la crêtede cette impulsion le courant i3 cesse de circuler et un courant i4 de sens inverse traverse le condensateur (C7) lorsque celui-ci se décharge pendant la période oû le flanc de cette impulsion est décroissant Ce courant i4 qui traverse la résistance (R8) provoque une baisse de potentiel au point (29) qui est suivie d'une diminution équivalente au point (30); des impulsions de courant de même sens i5 vont donc traverser le réseau de filtrage en faisant apparaitre aux bornes de la résistance de décharge (R21) un signal de tension SI qui est une image du niveau de l'impulsion transitoire, Il est clair que la constante de temps définie par le couple résistance (R8) et condensateur (C7) doit être adapté à la fréquence d'apparition des impulsions au point (28): Par contre, la constante de temps formée par le couple résistances (R10, R21) et le conden sateur (C8) doit être suffisamment grande devant la précédente pour que soit déveloopée la propriété d'intégration du réseau de filtrage. Les sIgnaux SI recueillis sont, avec un montage tel que celui qui vient d'être décrit, de l'ordre de tV lorsque les sIgnaux E1 d'étalonnage slnusoicaux de 1V à 100 KHz sont présentés à lte m rée.Lorsque un snecrre de fréquence étendue et d'amclitude variable est présenté à l'entrée, le signal de sortie est sensiblement l'image du produit oe la fréquence par l'amplmtude crête des transitoires, Ces signaux SI qui présentent une polarité positive lorsque les fronts des impulsions sont positifs peuvent être comparés à ceux 511 qui sont développés dans la chaine de mesure II pour ana: :yser .l.es fronts négatifs.. cet effet, celle-ci est constituée de façon identique à la channe de mesure I à l'exception du sens de conduction des diodes (D13) et (D14) qui est inversé et naturellement des polarités des lignes alimentant les résistances (R18) et (R19) qui sont également inverses La présentation sur les balais de la machine tournante de l'une des bornes (5) ou (15) permet ainsi de constater l'existance d'une dissymétrie dans l'amplitude des transitoires; cette dissymétrie peut être mesurée par la présentation des deux voies en parallèle au même point de la machine. REVENDICATIONS 1- Adaptateur de mesure pour le contrôle et l'évaluatIon du comportement de la commutation d'une machine tournante a collecteur, dans lequel des tensions transitoires de commutation, prélevées aux balais de cette machine, sont appliquées à une chaine de mesure comprenant un filtre passe-haut dont les signaux de sorte sont redressés et mesurés, caractérisé en ce que cet adaptateur (1) comprend au moins une chaine de mesure (I) resp. (II) comportant un étage d'entrée (9) ante à compenser la capacité proore des conducteurs (6, 7) d'un omble coaxial (8) à l'aide d'un amplificateur opérationnel (A1) de gain unité dont la tension de sortie (22) est appliquée à la gaine conductrice (7) tandis que le conducteur interne (6) est relié à cet amplificateur, cette sortie étant en outre reliée à au moins un étage (25, 26) ce filtre actif passe-naut t1C) oélivrant ses signaux a scr~~e à un étage détecteur (11) out est compensé pour présenter une tension de déchet très inférieure à celle d'une diode conventionnelle. 2- Acaptateur de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étage d'entrée compensé (9) comporte un amplificateur opérationnel (A1, dont les entrées directe et indirecte sont reliées au concucteur interne et respectivement externe du caple coxial à l'aide de condensateur (C1) et respectivement (C2). 3- Acapteteur de mesure selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'entrée directe de l'amplificateur opérationnel est reliée aux lignes positive (13) et négative (12) ce la source (2! par ces diodes ce protection (D1) resceotivement (C2!. A- Adaptateur de mesure selon l'une des revendications 1 à, caractérisé on ce cue l'étage de filtrage passe-haut (10) comprend deux étages de filtrage de type BUTTERWORTH montés en série et présentant une fréquence oe coubure ce l'ordre de 30 KHz. 5- Adaptateur de mesure selon l'une des revendications 1 à 4 carencer se en ce que l'étage détecteur compensé (11) reçoit les signaux de sortie de l'étage d filtre (10) à travers un condensateur de différentiation (C7) alimentant un système de diodes (03,. 04) qui sont orientées de façon à être traversées au repos par des courants il, i2 sensiblement identiques, partant de la ligne positive (13) et allant, l'un vers la ligne de potentiel de référence (12) de la source (2) et l'autre vers la ligne de potentiel négatif (14) grace à une ligne comportant une résistance ajustable (R9). 6- Adaptateur de mesure selon la revendication 5 caractérisé en ce que les deux courants il, i2 traversent une même résistance (R8) reliée à la ligne positive (13) tandis qu'une résitance ajustable (R9) se trouve reliée à la ligne négative (14), le point (30), commun à cette résistance ajustable et à la diode correspondante (D4) étant connecté à un réseau de filtrage (R10, R21) (C8) dont la constante de temps est grande devant celle du circuit comprenant la résistance commune (R8) et le condensateur de différentiation (C7). 7- Adaptateur de mesure selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que celui-ci comporte deux chaines de mesure (I) (II) ayant des étages d'entrée (9, 19) et des étages de filtres actifs (10, 20) identiques, tandis que des étages détecteurs analogues (11, 21) sont aptes à analyser des fronts d'impulsions transitoires présentant des croissances de Sens opposés grace saune inversion des polarités des lignes alimentant des diodes (D13, D14) respectivement (03, 04) de sens opposés.