Brevet FR2762157A1 — publié le 19981016

L'invention concerne les procédés pour examiner l'état d'isolation électrique des tôles d'un empilement de tôles d'une machine électrique ainsi que les dispositifs pour mettre en oeuvre ces procédés et les ensembles comprenant de tels dispositifs. Dans une machine électrique tournante, telle qu'un alternateur, le stator comporte un empilement de tôles isolées électriquement entre elles en vue de limiter l'apparition de courants de Foucault. On connaît un procédé pour examiner l'état d'isolation électrique des tôles, dans lequel on ôte le rotor de l'alternateur et on enroule un bobinage autour du stator, ce bobinage étant généralement compris dans un plan passant par l'axe de l'alternateur et parallèle à cet axe. L'enroulement passe par le centre du stator puis autour de celui-ci, et ce plusieurs fois. On soumet cet enroulement à une tension alternative, ce qui génère un flux magnétique traversant l'enroulement et parcourant les tôles parallèlement à leur épaisseur, le flux ayant en chaque point des tôles une direction perpendiculaire à la direction radiale à l'axe du stator. S'il existe un défaut d'isolation électrique entre les tôles à une zone du stator, ce flux génère à son tour un courant électrique circulant de l'une à l'autre de ces tôles parallèlement à l'axe du stator. Ce courant provoque lui-meme l'apparition d'un flux magnétique. En disposant sur cette zone du stator, contre le chant intérieur des tôles, un capteur comprenant une bobine munie d'un noyau magnétique, ce flux se concentre dans le noyau et induit un courant dans la bobine que l'on peut détecter au moyen d'un voltmètre ou d'un oscilloscope. Ainsi, en faisant parcourir peu à peu l'intérieur du stator au capteur, on révèle l'existence éventuelle de certains défauts d'isolation et on détermine leur position dans le stator. Néanmoins, la réalisation de l'enroulement autour du stator est généralement longue. En outre, cet enroulement est parfois difficile, voire impossible, à effectuer, notamment lorsqu'il est impossible d'ôter le rotor de l'alternateur et que l'espace entre rotor et stator laisse peu ou pas de place pour faire passer les câbles. Par ailleurs, dans certains cas où le stator ne peut pas être dissocié de la carcasse de la machine le recouvrant extérieurement, il faut englober cette carcasse dans l'enroulement, ce qui nuit à la précision des mesures, voire à leur validité. En outre, ce procédé requiert par sécurité de mettre provisoirement à la terre les barres ou câbles assurant, en fonctionnement de la machine, la magnétisation du stator, ce qui est parfois incommode, et altère la précision des mesures, l'ensemble alors réalisé constituant un faux transformateur. Enfin, ce procédé requiert, pour que le courant puisse apparaître dans les tôles, en raison d'un défaut d'isolation, qu'un contact électrique existe par ailleurs, entre les tôles, par exemple par construction au niveau de leur bord externe, ce qui est parfois le cas, mais pas toujours. Le procédé n'est donc pas applicable à tous les types de stator. Des problèmes analogues se posent lorsque la machine électrique est un transformateur. Un but de l'invention est de fournir un procédé ne nécessitant ni le retrait du rotor, ni la mise à la terre des enroulements du stator, dans lequel la carcasse ne nuise pas aux mesures et qui soit utilisable même lorsque les tôles ne sont pas connectées entre elles à leur bord externe. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un procédé pour examiner, dans un empilement de tôles d'une machine électrique, l'état d'isolation électrique des tôles entre elles et, le cas échéant, pour localiser un défaut d'isolation, comprenant l'étape consistant à détecter la présence ou l'absence d'un courant électrique circulant entre deux des tôles de lune à l'autre des tôles, comprenant l'étape préalable consistant à appliquer une différence de potentiel directement à deux des tôles. Ainsi, lorsqu'vil existe un défaut d'isolation, cette différence de potentiel entraîne la circulation d'un courant entre les deux tôles, courant qui peut être détecté comme précité. La présence de la carcasse ne nuit en rien à cette détection. Ce courant apparaît, que les tôles soient ou non connectées entre elles à leur bord externe. Pour mettre en oeuvre le procédé, un espace réduit suffit, par exemple dans le cas d'une machine tournante, entre le rotor et le stator, de sorte que le procédé peut être généralement utilisé même lorsque le rotor ne peut pas être ôté. Le défaut se situe nécessairement entre les tôles auxquelles on applique cette différence de potentiel. On peut donc localiser facilement et précisément le défaut. Avantageusement, l'empilement comportant deux tôles d'extrémité, au moins l'une des deux tôles auxquelles on applique la différence de potentiel est distante des tôles d'extrémités. Ainsi, on applique la différence de potentiel précisément dans la zone de l'empilement que l'on souhaite examiner. La différence de potentiel, et au besoin l'intensité du courant associé, peuvent être réduites. Avantageusement, chaque tôle de l'empilement comportant des dents, les dents respectives des tôles étant alignées entre elles, on applique la différence de potentiel à deux dents alignées entre elles. Ainsi, si le défaut se trouve au niveau d'une dent, on peut identifier précisément la dent concernée. Avantageusement, la différence de potentiel est comprise entre 0,5 et 24 V (sécurité). Avantageusement, la différence de potentiel est alternative et présente une fréquence comprise entre 1 kHz et 100 kHz. On prévoit également selon l'invention un dispositif pour examiner, dans un empilement de tôles d'une machine électrique, l'état d'isolation électrique des tôles entre elles et, le cas échéant, pour localiser un défaut d'isolation, comportant des moyens pour détecter la présence ou l'absence d'un courant électrique circulant entre deux des tôles de l'une à l'autre des tôles, et comportant des moyens pour appliquer une différence de potentiel directement à deux des tôles. Ce dispositif permet de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Avantageusement, les moyens pour appliquer une différence de potentiel comprennent deux électrodes. Avantageusement, les deux électrodes présentent chacune un axe longitudinal, le dispositif étant agencé de sorte que les axes longitudinaux des électrodes sont séparés l'un de l'autre par une distance constante. Ainsi, on déplace d'un seul bloc les deux électrodes pour effectuer l'examen en différentes zones de 1 'empilement. Avantageusement, les moyens de détection comprennent un noyau en matériau ferro-magnétique, les axes des électrodes étant fixes par rapport au noyau. Ainsi, on déplace d'un seul bloc le noyau et les électrodes. Avantageusement, les électrodes sont mobiles en translation suivant leur axe par rapport au noyau. Avantageusement, chaque électrode présente une partie de contact, le dispositif comportant des moyens de rappel des électrodes en direction de leur partie de contact. Ainsi, la partie de contact des électrodes s'applique automatiquement contre la tranche des tôles de l'empilement lorsqu'on place le dispositif à différentes zones de l'empilement. Avantageusement, le noyau présente un plan longitudinal médian, les électrodes s'étendant à des positions symétriques l'une de l'autre par rapport à ce plan. Avantageusement, le noyau présente un plan transversal médian, les électrodes s'étendant dans ce plan. Ainsi, le noyau capte au maximum le flux produit par le courant généré par les électrodes en cas de défaut d'isolation. A l'inverse, compte tenu de cette disposition des électrodes et du noyau, on est certain que l'absence de courant révèle une isolation électrique convenable entre les tôles concernées. Avantageusement, le noyau comporte deux branches s'étendant en regard et à distance l'une de l'autre, les électrodes s'étendant entre les deux branches. Ainsi, on peut localiser précisément l'endroit où se trouve le défaut. Avantageusement, le noyau comporte deux branches définissant un espace entre elles, les électrodes s'étendant à l'extérieur de cet espace. Ainsi, on couvre en une seule fois une zone importante de l'empilement. Si aucun courant n'apparaît, l'isolation de toute cette zone est bonne. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens pour la fixation magnétique du dispositif à l'empilement de tôles. Ainsi, il n'est pas nécessaire de maintenir le dispositif en place et on peut facilement effectuer l'examen, même lorsque le chant des tôles est vertical ou orienté vers le bas. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens de déplacement motorisés du dispositif. Ainsi, on peut effectuer les mesures facilement et rapidement, voire en continu, au fur et à mesure de la progression du dispositif dans l'empilement. On prévoit encore selon l'invention un ensemble comprenant un dispositif de l'invention et un rail adapté à être fixé à une machine électrique tournante et à guider le dispositif. Le rail est par exemple fixé à un pôle du rotor ou dans l'emplacement de ce pôle après que ce pôle a été enlevé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation et d'une variante donnés à titre d'exemples non limitatifs. Aux dessins annexés - la figure 1 est une vue de face de principe du dispositif installé sur un stator visible partiellement en coupe - la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II du dispositif et du stator de la figure 1 - la figure 3 représente le schéma électrique du dispositif - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 montrant le dispositif de façon plus détaillée ; et - la figure 5 est une vue de l'ensemble selon l'invention comprenant une variante du dispositif des figures précédentes. En référence aux figures 1 à 4, le dispositif selon l'invention est destiné à examiner dans un empilement de tôles dune machine électrique, l'état d'isolation électrique des tôles entre elles et, le cas échéant, à localiser un défaut d'isolation. Le dispositif est, en l'espèce, particulièrement destiné à des tôles 10 d'un stator 8 d'un alternateur d'une usine électrique. Le stator 8 comporte des tôles métalliques planes 10 empilées les unes contre les autres avec interposition d'une couche d'isolant entre les tôles contiguës. Ces tôles ont classiquement une forme générale annulaire en vue de face et présentent un orifice central adapté à recevoir le rotor. Du côté de l'orifice, le bord des tôles 10 présente des dents 12 définissant entre elles des encoches 13 de réception de barres conductrices du stator. Les dents 12 ont une forme générale rectangulaire. Le sommet 14 des dents fait face à l'axe 15 du stator. Les dents 12 respectives des tôles 10 sont alignées entre elles en définissant plusieurs rangées de dents. En référence à la figure 4, le dispositif 2 comporte un support 4 constitué par exemple par une plaque-support plane rectangulaire 4 électriquement isolante en matière plastique. Il comporte des moyens pour la fixation magnétique du dispositif à l'empilement de tôles 10, ces moyens comprenant par exemple des aimants 6 fixés à une face inférieure 16 de la plaque-support 4 en vue de maintenir celle-ci parallèlement au chant des tôles 10, au besoin à l'encontre de la gravité. Le dispositif comporte deux électrodes 18 en matériau conducteur de l'électricité, présentant un axe longitudinal 20 et une première extrémité axiale conformée en pointe et formant une pointe de contact 22. Le dispositif comprend deux cages 24 fixées à la plaquesupport 4 et dans lesquelles les électrodes 18 respectives sont reçues en étant mobiles en translation suivant leur axe longitudinal 20. Chaque électrode 18 est montée dans la cage 24 avec son axe 20 perpendiculaire à la plaquesupport 4. Les cages sont fixées à deux bords longitudinaux de la plaque opposés l'un à l'autre. Les axes longitudinaux 20 des électrodes sont séparés l'un de l'autre par une distance fixe. La pointe de contact 22 de chaque électrode 18 émerge de la cage et s'étend du côté de la face inférieure 16 de la plaque en saillie de celleci. Chaque cage 24 comporte un ressort de compression 25 prenant appui, d'une part sur une deuxième extrémité axiale de l'électrode 18 et, d'autre part, contre le fond de la cage en regard de cette extrémité. Ce ressort est un ressort de rappel et sollicite l'électrode 18 suivant son axe longitudinal 20 en direction de la pointe de contact 22, c'est-à-dire en direction opposée au fond de la cage, c 'est-à-dire en direction des tôles lorsque le dispositif est utilisé. A chaque électrode 18 est associé un fil conducteur 26 dont une première extrémité traverse un orifice latéral de la cage 24 et est fixée à l'électrode, et une deuxième extrémité est reliée à un générateur de tension alternative G. Le dispositif 2 comporte en outre un noyau 28 en matériau ferro-magnétique ayant une forme générale en "U" définissant une base 30 du "U" et deux branches 32 de "U" s'étendant en regard et à distance lune de l'autre et parallèlement l'une à l'autre. Les deux branches 32 définissent un espace entre elles. Ce noyau présente un plan longitudinal médian de symétrie P et un plan transversal médian de symétrie Q. Les branches 32 sont perpendiculaires à la plaquesupport 4 et ont une extrémité libre plane en contact avec la face supérieure 34 de cette plaque. La base 30 est parallèle à la plaque. Les deux électrodes 18 s'étendent à des positions symétriques l'une de l'autre par rapport au plan longitudinal P et s'étendent dans le plan transversal Q. Les électrodes s'étendent à l'extérieur de l'espace défini entre les deux branches 32. Le dispositif comporte un bobinage 36 enroulé autour de la base 30 et ayant deux extrémités connectées à un voltmètre V. Les axes des électrodes 18 sont fixes par rapport au noyau. En référence à la figure 3, le dispositif comporte un oscilloscope O adapté à visualiser et à enregistrer des variations de tensions et d'intensité. Deux bornes de l'oscilloscope sont connectées aux bornes du bobinage 36. Eventuellement, deux autres bornes de l'oscilloscope peuvent être connectées aux électrodes 18. Deux autres bornes de l'oscilloscope sont connectées en vue de mesurer l'intensité du courant délivré par le générateur G. Le dispositif permet de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Le générateur G et les électrodes 18 constituent un injecteur de courant. Le noyau 28, la bobine 36 et le voltmètre v constituent un détecteur de courant. On met d'abord le dispositif en place en le fixant magnétiquement grâce aux aimants 6 à l'intérieur du stator 8, par exemple contre une seule rangée de dents alignées 12. La plaque-support 4 est parallèle au sommet 14 des dents. Le plan transversal Q du noyau est parallèle à l'axe longitudinal 15 du stator, ainsi que la direction définie par l'alignement des deux électrodes 18 entre elles. Chaque électrode 18 est rappelée par le ressort associé 25 de sorte que la pointe de contact 22 vient en appui contre le sommet 14 d'une dent. Les deux électrodes sont en contact avec deux tôles 10 différentes, séparées entre elles par d'autres tôles 10. Ces deux tôles sont néanmoins proches l'une de l'autre, au moins l'une des deux tôles étant distante d'une tôle d'extrémité de l'empilement. La distance entre les deux branches 32 du noyau est inférieure à la longueur du sommet 14 des dents, de sorte que les extrémités libres des branches sont en regard des sommets des dents, à travers la plaque-support 4. On commande le générateur G pour qu'il délivre une différence de potentiel sinusoïdale alternative entre les deux électrodes 18. La fréquence de cette tension est comprise de préférence entre 1 kHz et 100 kHz, par exemple 20 kHz, et la différence de potentiel est comprise de préférence entre 0,5 v et 50 v. Les deux tôles 10 qui sont en contact direct avec les électrodes 18 sont donc également soumises à cette différence de potentiel. Pour s'en assurer, il peut être préalablement nécessaire de nettoyer ou de décaper le chant des sommets 14 des tôles à cette fin, en vue d'assurer un bon contact électrique entre les tôles 10 et les électrodes 18. S'il existe un défaut d'isolation électrique entre les deux tôles 10, à savoir si la zone correspondante du stator, au lieu d'être isolante, est conductrice de l'une à l'autre des deux tôles, la différence de potentiel appliquée génère un courant i alternatif de l'une à l'autre des tôles, ce courant étant orienté parallèlement à l'axe 15 du stator. Ce courant i génère lui-même un flux magnétique F formant une boucle que le courant i traverse. La boucle est perpendiculaire au courant i, le flux F traversant les tôles 10 parallèlement à leur épaisseur, ainsi que la base 30 et les branches 32 du noyau parallèlement au plan longitudinal P. Le flux F induit dans le bobinage 36 une tension alternative détectée par le voltmètre V. On sait alors qu'il existe un défaut d'isolation électrique et on connaît la position de ce défaut dans le stator puisqu'vil se situe nécessairement dans la zone embrassée par les deux électrodes 18. Si, à l'inverse, la zone du stator soumise à l'examen ne présente aucun défaut d'isolation, la différence de potentiel entre les électrodes 18 ne génère aucun courant au voisinage du noyau de mesure, et aucune tension n'est relevée sur le voltmètre, mise à part celle correspondant à un bruit de fond. L'oscilloscope enregistre et visualise la tension associée au générateur V et, le cas échéant, l'intensité du courant i, lorsque celui-ci circule entre les électrodes, ainsi que la tension apparaissant alors dans le bobinage 36. Pour examiner le stator, on déplace manuellement le dispositif de zone en zone dans le stator, par exemple le long de chaque rangée de dents 12 parallèle à l'axe 15 du stator, pour vérifier l'état d'isolation de chaque zone. Lorsqu'un défaut est détecté, on peut identifier plus précisément la position du défaut en rapprochant les électrodes 18 l'une de l'autre pour appliquer la différence de potentiel à deux tôles plus proches l'une de l'autre, les électrodes 18 s'étendant alors par exemple dans l'espace défini entre les deux branches 32 du noyau. On affine ainsi l'analyse. L'analyse sera d'autant plus fine que la distance entre les deux branches 32 du noyau sera très inférieure à la longueur du sommet 14 des dents. En effet, on peut alors déplacer le dispositif le long du sommet des dents. De façon générale, l'évolution de la tension de mesure aux bornes de la bobine 36 dépend de la surface du court-circuit, de la position du court-circuit dans le stator par rapport au noyau 28, de la fréquence de la tension alternative appliquée et de la position des électrodes 18. De préférence, le générateur G sera isolé de la masse. En fonction de l'environnement, les fils de câblage du dispositif pourront être blindés. En référence à la figure 5, dans une variante, le dispositif fait partie d'un ensemble comportant un rail longitudinal rectiligne 38 fixé au rotor 40 de la machine, soit à un pôle de ce rotor, soit dans un emplacement d'un pôle après que ce pôle a été démonté. Le dispositif comporte un robot 42 d'un type connu en soi, comprenant des moyens de déplacement motorisés. La plaque-support 4 avec le noyau et les électrodes -non représentés en détail et désignés globalement par "41 sur la figure 5- sont fixés à l'arrière du robot 42 de sorte que les pointes de contact sont en appui contre le sommet 14 des dents pendant que le robot parcourt les sommets d'une rangée de dents 12 parallèlement à l'axe 15 du stator. Pour cela, le robot 42 est relié au rail 38 par une pièce de liaison 44 qui suit le rail lors du déplacement du robot, de sorte que le rail guide le robot au cours de son déplacement. Le robot 42 se déplace par exemple suivant un mouvement à vitesse uniforme. La différence de potentiel du générateur est appliquée en permanence aux électrodes. La surveillance du voltmètre permet de détecter l'apparition d'un courant dans le bobinage 36. On peut alors stopper le robot 42 pour effectuer un examen plus détaillé de cette zone. L'ensemble peut comprendre des moyens indiquant à chaque instant la position du dispositif et du robot dans le stator. L'invention est également applicable aux transformateurs électriques et autres machines comprenant un empilement de tôles formant un circuit magnétique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour examiner, dans un empilement de tôles (10) d'une machine électrique, l'état d'isolation électrique des tôles entre elles et, le cas échéant, pour localiser un défaut d'isolation, comprenant l'étape consistant à détecter la présence ou l'absence d'un courant électrique (i) circulant entre deux des tôles (10) de l'une à l'autre des tôles, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape préalable consistant à appliquer une différence de potentiel directement à deux des tôles. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'empilement comportant deux tôles d'extrémité, au moins l'une des deux tôles (10) auxquelles on applique la différence de potentiel est distante des tôles d'extrémités. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque tôle (10) de l'empilement comportant des dents (12), les dents respectives des tôles étant alignées entre elles, on applique la différence de potentiel à deux dents alignées entre elles. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la différence de potentiel est comprise entre 0,5 et 24 V. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la différence de potentiel est alternative et présente une fréquence comprise entre 1 kHz et 100 kHz. 6. Dispositif pour examiner, dans un empilement de tôles (10) d'une machine électrique, l'état d'isolation électrique des tôles entre elles et, le cas échéant, pour localiser un défaut d'isolation, comportant des moyens (28, 36, V) pour détecter la présence ou l'absence d'un courant électrique (i) circulant entre deux des tôles (10) de lune à l'autre des tôles, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (G, 18) pour appliquer une différence de potentiel directement à deux des tôles (10). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer une différence de potentiel comprennent deux électrodes (18). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux électrodes (18) présentent chacune un axe longitudinal (20), le dispositif étant agencé de sorte que les axes longitudinaux (20) des électrodes sont séparés l'un de l'autre par une distance constante. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un noyau (28) en matériau ferro-magnétique, les axes (20) des électrodes (18) étant fixes par rapport au noyau. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les électrodes (18) sont mobiles en translation suivant leur axe (20) par rapport au noyau (28). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque électrode (18) présente une partie de contact (22), le dispositif comportant des moyens de rappel (25) des électrodes en direction de leur partie de contact. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le noyau (28) présente un plan longitudinal médian (P), les électrodes (18) s'étendant à des positions symétriques lune de l'autre par rapport à ce plan. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le noyau (28) présente un plan transversal médian (Q), les électrodes (18) s'étendant dans ce plan. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le noyau (28) comporte deux branches (32) s'étendant en regard et à distance l'une de l'autre, les électrodes (18) s'étendant entre les deux branches. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le noyau (28) comporte deux branches (32) définissant un espace entre elles, les électrodes (18) s'étendant à l'extérieur de cet espace. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (6) pour la fixation magnétique du dispositif à l'empilement de tôles (10). 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (42) de déplacement motorisés du dispositif. 18. Ensemble comprenant un dispositif selon la revendication 17 et un rail (38) adapté à être fixé à une machine électrique et à guider le dispositif.