Brevet FR2615671A1 — publié le 19881125

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DU COURANT INDUCTEUR L'objet de la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour mesurer le courant inducteur d'un généra- teur synchrone muni d'un système d'excitation sans balais. Il est bien connu qu'un système dit à excitation sans balais se compose (voir la figure 1): - d'un générateur de courant alternatif du type synchrone avec un inducteur fixe et un rotor tournant; - d'un convertisseur rotatif monté sur le même arbre; - d'un régulateur de tension; - d'un alternateur d'excitation auxiliaire (dans la version habituelle). Comme on peut le voir sur le schéma de la figure 1, l'utilisation d'une excitation coaxiale à la machine princi- pale permet de convertir une partie de la puissance mécanique disponible sur l'arbre de l'unité directement en puissance d'excitation. La puissance produite par l'alternateur d'excitation (courant alternatif) est transférée au pont redresseur tour- nant et de là, une fois qu'elle a été transformée en fourni- ture directe, elle est transférée directement au champ de la machine principale au moyen de connexions adaptées n'exigeant pas l'utilisation de bagues collectrices ni de balais, et donc sans points d'interruption. Cette solution habituelle connue offre beaucoup d'avan- tages, le premier de ceux-ci concernant l'entretien extrême- ment limité di à l'absence de balais. L'absence de liaison tournante par balais et bagues, empêche cependant, d'accéder au champ de la machine principale et en particulier empêche de connaître le courant inducteur qui est significatif en lui-même du fait de la possibilité qu'il donne d'obtenir la température moyenne du bobinage en connaissant le couran.t et la tension. On ne peut ainsi que reconstituer le courant du rotor de la machine principale sur la base des résultats numériques des codes de calcul standards utilisés par les constructeurs en partant du courant inducteur de l'alternateur auxiliaire d'excitation. En variante, à nouveau selon des techniques connues, on peut lire le courant de rotor de la machine principale direc- tement au moyen d'une dérivation et d'un système de téléme- sure; ces dispositifs sont cependant complexes et onéreux et ne sont pas utilisables sur une vaste gamme de machines. L'objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et comme décrit en détail ci-dessous, d'obtenir les avantages suivants d'une plus grande simplicité, d'un coût réduit, d'une haute fiabilité, et d'un bon degré de précision pour l'élément de mesure. La solution proposée par l'invention consiste à capter sur la partie fixe au moyen d'une bobine de mesure, le flux engendré par le courant dans les connexions entre le pont redresseur et le champ de la machine principale sur la partie axiale, le long de l'arbre, pratiquement sur sa surface ou en tous cas dans sa partie accessible. En fait, du courant continu circule à travers les connexions mais, sur la partie fixe, le déplacement de l'arbre crée un flux variable dans le temps et présentant une intensi- té proportionnelle au courant continu. Ceci rend également possible la prise en compte, en mettant à jour le coefficient de proportionnalité, des varia- tions quelconques de la vitesse de l'unité'(envisagées toujou: dans le contexte des spécifications telles que les variations de fréquence, généralement dans une plage d'environ 5%). D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaitroi à la lecture de la description d'un mode de réalisation, de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé o: - la figure 1 est un schéma simplifié d'un générateur synchrone comportant un système d'excitation sans balais de type connu, déjà décrit dans ses grandes lignes dans la partie d'introd- uction de la description; - la figure 2 représente schématiquement, sous la forme d'une coupe transversale, la position de la bobine de mesure selon l'invention, en relation avec l'arbre rotatif et les barres concernées; - la figure 3A est une vue de face d'un mode d'application particulier de l'invention; - la figure 3B est une vue de côté de la même application; - la figure 4 est une représentation schématique de la coupe transversale de la bobine de mesure. La figure 1 a déjà été décrite et on rappellera simple- ment ci-après et, dans l'ordre numérique, les différentes parties du type connu de générateur synchrone auquel se réfère la figure: 1 désigne l'alternateur d'excitation auxiliaire; 2 désigne le régulateur de tension (AVR); 3 désigne le pont redresseur; 4 désigne l'enroulement de champ de l'alternateur d'excitation; 5 désigne le bobinage d'induction de l'alterna- teur d'excitation; 6 désigne le pont redresseur rotatif; 7 désigne le bobinage inducteur du générateur synchrone (machine principale); 8 désigne le bobinage du générateur synchrone (machine principale). En se référant à la figure 2, celle-ci représente,comme indiqué ci-dessus, la position de la bobine de mesure BM par rapport à l'arbre rotatif A, tournant à une fréquence (f). Sur cette figure, R1 désigne le rayon de l'arbre typiquement compris entre 100 et 300 mm. R2 désigne la distance de la face extérieure de la barre S par rapport au centre de l'arbre A, R2 étant générale- ment supérieur à R1 d'environ 5 à 15 mm. R3 désigne la distance qui sépare la face intérieure de la bobine de mesure BM du centre de l'arbre. En général R3 est supérieur à R2 d'environ 20 à 40 mm. (Sp) et (Am) indiquent respectivement l'épaisseur de la barre et sa largeur. En général Sp = 5 à 10 mm alors que Amn = 30 à 40 mm. En se référant particulièrement aux figures 3A et 3B, on reconnaît sur ce çiaxi de détail la bobine de mesure BM, les barres S, l'arbre sans balais A et le pont redresseur rota- tif 6, déjà indiqués dans les figures schématiques précédentes on a également représenté le rotor 102 et les connexions 101 entre les barres S et le pont redresseur rotatif 6. La figure 4 a pour but de donner une indication concer- nant les dimensions et les caractéristiques de la bobine de mesure BM. La hauteur H de la bobine peut être comprise entre 8 et 13 mm et son diamètre extérieur D2 peut être compris entre les mêmes valeurs. En ce qui concerne l'enroulement, son diamètre interne D est compris entre 5 et 10 mm, et la haute de l'enroulement varie à nouveau entre les mêmes limites. Ceci permet de comprendre pourquoi le positionnement de la bobine n'entraîne pas de problème de construction, malgré ses petites dimensions. Dans tous les cas la bobine doit par ses dimensions et son nombre de tours être apte à garantir: (a) Une bonne lecture dans toute condition de charge signi- ficative. Pour cela, le produit de N*A (nombre de tours par section) doit varier entre 250 et 2000 selon le courant inducteur, le nombre de tours de l'alternateur, le nombre de connexions et le diamètre de l'arbre. (b) Des perturbations minimales. Dans ce cas, le principal paramètre à considérer est représenté par l'uniformité du champ magnétique à l'intérieur de la bobine, de sorte que la hauteur de la bobine soit aussi faible que possible. (c) Des dimensions mininales dans le but de rendre la même bobine applicable à toutes les formes spéciales qui peuvent être rencontrées dans des machines de structures différentes. (d) Il doit être facile de mettre la bobine en place. De ce point de vue le système d'application doit pouvoir assurer un positionnement parfait de l'axe de la bobine dans la direction radiale et la distance correcte entre la bobine et les connexions; une reproductibilité maximale du positionnement en cas de démontage ou de remplacement doit également être garantie. Les valeurs acceptables pour la distance entre la bobine et la connexion sont comprises entre 20 et 40 mm. Le signal de tension collecté aux deux extrémités de la bobine peut être traité pour obtenir deux indications diffé- rentes: - La valeur absolue (intensité) du courant; - le contenu harmonique de la forme d'onde de la tension lue. La première rubrique d'information est obtenue de façon bien connue en elle-même, au moyen du dispositif de mesure de tension de crête qui est le paramètre le plus étroitement relié au courant inducteur. La deuxième rubrique d'information est significative d'un point de vue diagnostique dans le cas de ponts redres- seurs à diode parallèle unique pour chaque branche. Un calibrage direct du dispositif n'est normalement pas nécessaire pour les alternateurs d'excitation à diodes tour- nantes de série et standards. Dans les cas o le calibrage est nécessaire, il peut être réalisé au moyen d'un code de calcul approprié, préparé spécifiquement dans ce but, prenant en compte les dimensions de l'arbre et de la bobine de mesure et la nature des maté- riaux environnants, ou bien en mesurant directement le courant en utilisant des bagues d'essai amovibles. Le degré de précision que l'on peut obtenir sans utili- ser des solutions particulièrement sophistiquées est de l'ordre de 5%. Cependant, même une précision de 5% est encourageante, bien qu'il soit bon de rappeler que dans ces cas du fait que l'enroulement de champ de la machine n'est pas accessible, la possibilité de contrôler de façon continue l'évolution des variations du courant est en fait plus importante que l'ob- tention d'un très haut degré de précision. Ceci est nécessaire pour reconnaître de façon continue, n'importe quel état et pour éviter des problèmes plus sérieux en reliant les variations du courant inducteur aux variations de charge, de fa -: 1 Distinguer entre les variations normales et anormales. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de détermination du courant inducteur d'un générateur synchrone équipé d'un système d'excitation sans balais, caractérisé par le fait qu'on mesure le flux magné- tique engendré par le courant dans les connexions entre le pont de redresseur et le champ de la machine principale, sur la partie fixe, à la hauteur de la section axiale le long de l'arbre. 2.- Procédé selon la revendication, caractérisé par le fait que la mesure est effectuée au moyen d'une bobine. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une bobine de mesure (BM) insérée dans un support correspondant solidaire de la partie fixe du générateur synchrone (8), en correspondance avec la section axiale le long d'un arbre sans balais (A), au voisinage du couplage (101) entre l'alternateur principal (102, 7, 8) et le pont redres- seur rotatif (6). 4.- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la bobine de mesure (BM) présente un diamètre et des dimensions axiales qui sont comprises entre 5 et 15 mm.