Brevet FR3038062A1 — publié le 20161230

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de détec- tion d'un défaut dans une unité de générateur ainsi qu'une unité de calcul, notamment un régulateur de générateur et un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Etat de la technique Les véhicules automobiles disposent d'un réseau de bord (réseau électrique de bord) alimenté en tension par une machine électrique fonctionnant comme générateur, par exemple une machine syn- chrone à excitation extérieure. Pour réguler la tension du réseau de bord, on commande le courant d'excitation de la machine électrique. La machine électrique est ainsi raccordée en général au réseau de bord par un redresseur et forme avec celui-ci une unité de générateur. De telles unités de générateur peuvent avoir des défauts, tels que par exemple des courts circuits qu'il faut détecter. Le document JP 33 74 543 B2 décrit, un procédé de dé- tection d'un défaut dans un redresseur consistant à comparer le signal de la tension de phase à la moitié du signal de tension de batterie. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de détec- tion d'un défaut dans une unité de générateur comportant une machine électrique avec un enroulement de rotor et un enroulement de stator ainsi qu'un redresseur reliant la machine électrique, à un réseau de bord d'un véhicule automobile, selon lequel, par le courant d'excitation de l'enroulement de rotor de la machine électrique, on régule la tension du réseau de bord sur une valeur de consigne, on surveille la courbe du courant d'excitation et on conclut à un défaut dans l'unité de générateur si le courant d'excitation correspond à une courbe oscillante, et si l'amplitude de l'oscillation dépasse un seuil, on applique une contre- mesure si on détecte un défaut dans l'unité de générateur, la contre- mesure consistant à en réduire l'amplitude du courant d'excitation ou à réduire le courant d'excitation maximum autorisé. En d'autres termes, le procédé selon l'invention sert à re- connaître un défaut d'une unité de générateur. Cette unité se compose d'une machine électrique avec un enroulement de rotor et un enroule- 3038062 2 ment de stator ainsi qu'un redresseur relié à ceux-ci pour relier la machine électrique au réseau de bord du véhicule. La tension du réseau de bord est régulée sur une valeur de consigne en régulant le courant d'excitation dans l'enroulement de rotor de la machine électrique 5 comme grandeur de régulation et on surveille l'évolution du courant d'excitation. Si l'on détecte une courbe oscillante du courant d'excitation, et si la valeur du courant d'excitation, par exemple selon l'amplitude ou une valeur de pointe à pointe de l'oscillation, dépasse un seuil, on conclut qu'il y a un défaut dans l'unité de générateur, c'est-à- 10 dire dans la machine électrique et/ou dans le redresseur. L'amplitude de l'oscillation fait la différence entre la valeur maximale et la valeur moyenne instantanée (par exemple la valeur effective valeur moyenne quadratique ou une moyenne glissante) sur une période d'oscillations. De cette manière, on peut détecter, de façon simple, diffé- 15 rents types de défauts dans le redresseur et/ou la machine électrique. Cela est possible, car de tels défauts se répercutent sur le courant d'excitation. La simple comparaison de la tension de phase et de la moitié de la tension de batterie ou de la tension du réseau embarqué, par exemple ne permettent pas de détecter la coupure d'une phase complète 20 du redresseur, alors qu'une telle coupure se répercute sur le courant d'excitation. On a constaté que les oscillations ou les variations du courant d'excitation se produisent tout particulièrement s'il y a des irrégularités dans les courants de phase, par exemple à cause d'un court- 25 circuit ou d'une coupure. Comme les oscillations se détectent d'une manière particulièrement simple on a ainsi une solution simple et efficace pour détecter des défauts dans le redresseur et/ou dans la machine électrique. De façon préférentielle, on conclut qu'il y a un défaut 30 dans l'unité de générateur si la fréquence de la courbe d'oscillation du courant d'excitation est proportionnelle au nombre de paires de pôles de la machine électrique et/ou à la vitesse de rotation actuelle de la machine électrique. Cela permet de neutraliser les influences extérieures qui peuvent, le cas échéant, se répercuter sur la valeur de l'oscillation. 3038062 3 De façon avantageuse, le défaut est un court-circuit et/ou une coupure dans le chemin côté haut entre le redresseur et le réseau de bord, un court-circuit et/ou une coupure dans le chemin côté bas entre le redresseur et le réseau de bord et/ou la coupure d'une 5 phase du redresseur et/ou un court-circuit des phases entre elles. Dans la machine électrique le défaut peut être un court-circuit dans le stator par rapport au réseau de bord, c'est-à-dire côté positif (B+) et/ou côté négatif (B-) de la tension, une coupure d'un fil de l'enroulement de stator, un court-circuit entre les fils de l'enroulement de stator et/ou un 10 court-circuit entre différentes phases. Comme une machine électrique, telle qu'une machine synchrone à excitation extérieure a, par exemple trois ou cinq phases, on peut également avoir un défaut concernant différentes phases même si cela est peu probable. Dans ces conditions, on peut par exemple avoir des défauts de court-circuit ou de coupure de 15 deux chemins différents. Les défauts évoqués sont des défauts qui se produisent habituellement dans les unités de générateur. En particulier, les courts-circuits et les interruptions d'un chemin se traduisent par des oscillations significatives du courant d'excitation qui se détectent simplement. De même, une interruption d'une phase complète, 20 c'est-à-dire une interruption à la fois côté haut et côté bas de la même phase se répercute du fait des modifications d'intensité de courant par une oscillation dans le courant d'excitation alors que cela n'a d'influence sur la tension des différentes phases dans la mesure où cela ne concerne pas l'unique phase surveillée. Le procédé connu évoqué 25 dans le préambule consistant à surveiller une phase, comme cela est le cas des régulateurs connus, ne permet pas, en général de détecter une telle coupure de phase. Les défauts peuvent en revanche être reconnus et distingués à l'aide de leur amplitude d'oscillation et/ou de leur fréquence de signalisation et/ou de la courbe du signal. 30 On applique une contre-mesure lorsqu'on a détecté un tel défaut dans l'unité de générateur. La contre-mesure consiste à réduire le courant d'excitation, notamment en réduisant la valeur de consigne du courant d'excitation et/ou en réduisant le courant d'excitation maximum autorisé et/ou en émettant un message de défaut. Cela per- 35 met de protéger rapidement et simplement le réseau de bord et notam- 3038062 4 ment les utilisateurs raccordés au réseau. En outre, on protégera ainsi la machine électrique contre la surchauffe et d'autre part, cela permet d'avertir le conducteur du véhicule pour qu'il se rende dans un garage. L'unité de calcul selon l'invention est notamment un ré- 5 gulateur de générateur tel que l'appareil de commande qui gère le véhi- cule et en particulier cette unité de calcul est conçue en technique de programmation pour appliquer le procédé de l'invention tel que défini ci-dessus. Le procédé peut également être implémenté sous la forme 10 d'un programme d'ordinateur ce qui est avantageux car cela représente un coût particulièrement faible, notamment si l'appareil de commande qui applique le procédé est utilisé pour d'autres missions et existe de toutes façons. Comme support de données approprié pour le programme d'ordinateur, il y a notamment les mémoires magnétiques op- 15 tiques ou électriques tels que les disques durs, les mémoires Flash, les mémoires EEPROM, les DVD et autres. Le programme peut également être téléchargé par un réseau d'ordinateurs (internet, intranet ou autres). Dessins 20 La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l'aide d'un procédé de détection d'un défaut dans une unité de générateur selon l'invention à l'aide des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'une unité de générateur avec une ma- 25 chine électrique, un redresseur et un régulateur de générateur appliquant le procédé de l'invention, les figures 2a-2d montrent l'unité de générateur de la figure 1 pour différents défauts du redresseur, les figures 3a-3d montrent dans des diagrammes, les courbes de 30 tension et d'intensité pour les défauts présentés aux figures 2a- 2 d . Description de modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement une unité de géné- rateur ayant une machine électrique 100 avec un redresseur 130 et une 35 unité de calcul 140 sous la forme d'un régulateur de générateur appli- 3038062 5 quant le procédé de l'invention. La machine électrique 100 a un enroulement de rotor ou enroulement d'excitation 110 et un enroulement de stator 120 ; elle est utilisée comme générateur pour l'alimentation en tension du réseau de bord 150 d'un véhicule automobile. 5 Dans cet exemple, la machine électrique 100 et ainsi son enroulement de stator 120 ont, cinq phases U, V, W, X, Z. Chacune des cinq phases est reliée par une diode 131 du redresseur 130 au côté positif (côté haut B+) du réseau de bord 150 et par une diode 132 au côté négatif (côté bas B-) du réseau de bord 150. Le nombre de cinq phases 10 n'est qu'un exemple et le procédé de l'invention s'applique également à un nombre différent de phases, par exemple 3, 6, 7 ou plus. Dans les mêmes conditions, il est possible d'utiliser des commutateurs semiconducteurs appropriés à la place des diodes. Le régulateur de générateur 140 alimente l'enroulement 15 de rotor 110 avec un courant d'excitation IE. Le régulateur de généra- teur 140 comporte des entrées pour détecter la tension du réseau de bord B+ et B- ainsi que la tension de phase, par exemple la tension de phase Y, c'est-à-dire Uy. Le courant fourni par la machine électrique 100 correspond à l'intensité IG. 20 Les figures 2a-2d montrent chacune le dispositif de la fi- gure 1 avec un défaut spécifique dans le redresseur 130. Selon la figure 2a, à titre d'exemple, on a un court-circuit dans le chemin côté haut ici pour la phase U. Il s'agit par exemple d'un court-circuit de la diode 131. La figure 2b montre à titre d'exemple un court-circuit 25 dans le chemin côté bas, ici pour la phase U. Il peut s'agir par exemple d'un court-circuit dans la diode 132. La figure 2c montre à titre d'exemple, une phase qui est coupée et ici la phase U. Cela peut correspondre par exemple à la coupure ou la destruction (état non conducteur) des deux diodes 131, 132. 30 Ce défaut correspond également à la coupure de la ligne correspondante vers l'enroulement de stator 120 relié aux deux diodes. La figure 2d montre à titre d'exemple une coupure dans le chemin côté bas, ici la phase U. Pour la diode 132, cette coupure est par exemple, un sur côté de cette diode ou, comme le montre la figure 35 2, sur les deux côtés de la diode ou encore la diode est détruite. Une 3038062 6 coupure dans le chemin côté haut correspondrait à une coupure de la diode 131 ou à sa destruction. Les figures 3a-3d montrent les courbes respectives de la tension de générateur U+, du courant de générateur IG, de la tension Uy 5 de la phase Y (non représentée à la figure 3b) et du courant d'excitation IE, en fonction du temps t. Avant l'instant to, le dispositif fonctionne normalement et un défaut se produit à l'instant to dans l'unité de générateur. Les courbes des figures 3a-3d correspondent ainsi à des courbes avec les défauts présentés aux figures 2a-2d. Il est à remarquer que 10 l'échelle des différents diagrammes à la fois pour le courant et la tension ne se correspondent pas toujours en fonction du temps, ce qui est sans importance pour la description de la présente invention. La figure 3a montre un court-circuit dans le chemin côté haut pour la tension de générateur qui se produit que brièvement après 15 l'apparition du défaut. Le courant de générateur diminue et le motif d'oscillation de la tension de phase varie. Le courant d'excitation on a une oscillation avec une amplitude significativement plus grande que celle de la courbe sans défaut. Même si dans ce cas le défaut était visible dans la tension de phase, il est encore plus accentué dans la 20 courbe du courant d'excitation. La fréquence f de l'oscillation corres- pond à la formule suivante : f=n-PPZ / 60, Dans cette formule n est la vitesse de rotation du générateur en 1/min et PPZ est le nombre de paires de pôles du générateur. 25 Cette courbe du courant d'excitation provient de la répar- tition asymétrique des courants de phase après le court-circuit qui contiennent alors une composante de courant continu. Par la rotation de la machine électrique, ces composantes irrégulières de courant continu sont transmises au rotor de la machine électrique car la machine syn- 30 chrone à excitation extérieure s'interprète comme un transformateur permettant d'une part, le couplage du rotor vers le stator et d'autre part, le couplage inverse du stator vers le rotor. Le courant d'excitation contient de ce fait une composante importante de courant alternatif, ce qui permet d'en déduire un court-circuit. 3038062 7 La figure 3b montre qu'il y a un court-circuit dans le chemin côté bas pour la tension de générateur qui n'apparaît que brièvement après le défaut et le courant de générateur diminue comme dans le cas du court-circuit au chemin côté haut, le courant 5 d'excitation a une oscillation significative d'amplitude plus élevée que celle de la courbe sans défaut, ce qui permet de constater le court-circuit. La figure 3c montre que la coupure complète d'une phase apparaît dans la tension de générateur brièvement après l'apparition du 10 défaut sous la forme d'une oscillation de tension plus grande et ensuite seulement légèrement par de faibles variations. Le courant de générateur présente une oscillation d'amplitude plus grande. Le courant d'excitation diminue légèrement et présente une oscillation d'amplitude significativement plus grande qu'avant l'apparition du défaut. La ten- 15 sion de la phase coupée n'est plus limitée par un redressement, mais elle a une tension de marche à vide significativement plus élevée pour la machine électrique. Au niveau des phases non endommagées (comme le montre à titre d'exemple, la figure) la tension de phase n'est toutefois pas modifiée. 20 Ainsi, il n'est pas possible de détecter une phase coupée en utilisant la tension de phase, sauf si le défaut concerne par hasard l'unique phase surveillée. En revanche, la coupure de la phase apparaît de manière significative sur le courant d'excitation. Là encore, on a une répartition asymétrique du courant de phase. Dans le cas de court- 25 circuit ou de coupures, une composante de courant continu supplé- mentaire côté stator est transmise comme composante de courant alternatif côté rotor. Lorsqu'une phase est coupée, le courant de cette phase tend vers zéro. De façon correspondante, les phases qui subsistent doivent compenser cette partie et sont ainsi sollicitées de manière 30 asymétrique. Dans le cas du défaut de la coupure d'une phase coupée, la fréquence de l'oscillation est doublée par rapport aux autres cas de défaut et elle peut ainsi se distinguer de ceux-ci d'une manière non équivoque. La figure 3d montre qu'une coupure dans le chemin côté 35 bas, conduit à de légères variations de la tension de générateur. Le cou- 3038062 8 rant de générateur a une oscillation pour laquelle la valeur de l'intensité tend vers zéro lorsqu'on atteint le chemin du côté bas coupé, respectif. La tension de phase a une amplitude plus élevée qu'avant l'apparition du défaut et le courant d'excitation a également une oscillation 5 d'amplitude significativement plus élevée. En résumé, le courant d'excitation permet de détecter tous les défauts évoqués qui se produisent dans le redresseur et/ou la machine. Comme pour la régulation le courant d'excitation est de toute façon détecté par le régulateur de générateur, le procédé selon 10 l'invention se réalise de manière simple. 3038062 100 110 5 120 130 131, 132 140 150 10 B+, B- IE IG U,V,W,X,Z 9 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX Machine électrique Enroulement d'excitation / enroulement de rotor Enroulement de stator Redresseur Diodes Unité de calcul Réseau de bord Bornes de prise de tension de réseau Courant d'excitation Courant fourni par la machine électrique Phases 15 REVENDICATIONS1°) Procédé de détection d'un défaut dans une unité de générateur comportant une machine électrique (100) avec un enroulement de rotor (110) et un enroulement de stator (120) ainsi qu'un redresseur (130) reliant la machine électrique (100), à un réseau de bord (150) d'un véhi- cule automobile, selon lequel le courant d'excitation (IE) de l'enroulement de rotor (110) de la machine électrique (100) régule la tension du réseau de bord (150) sur une valeur de consigne et on surveille la courbe du courant d'excitation (IE), et on conclut à un défaut dans l'unité de générateur, si le courant d'excitation(IE) correspond à une courbe oscillante, et si l'amplitude de l'oscillation dépasse un seuil, on applique une contre-mesure si on détecte un défaut dans l'unité de générateur, la contre-mesure consistant à réduire l'amplitude du courant d'excitation (IE) ou à réduire le courant d'excitation maximum autorisé. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on constate un défaut dans l'unité de générateur seulement si la fréquence de l'oscillation est proportionnelle au nombre de paires de pôles et/ou à la vitesse de rotation actuelle de la machine électrique (100). 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le défaut est un court-circuit et/ou une coupure dans le chemin côté haut entre le redresseur (130) et le réseau de bord (150), un court- circuit et/ou une coupure dans le chemin côté bas entre le redresseur (130) et le réseau de bord (150), une coupure d'une phase (U, V, W, X, Y) du redresseur (130), un court-circuit de l'enroulement de stator par rapport au réseau de bord, une interruption d'un fil de l'enroulement de 3038062 11 stator, un court-circuit entre les fils d'enroulement de stator et/ou un court-circuit entre différentes phases. 4°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 5 caractérisé en ce qu' on détermine la nature du défaut à l'aide de l'amplitude de l'oscillation / ou de la fréquence de l'oscillation et/ou de la courbe de l'oscillation du courant d'excitation (IE). 10 5°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la contre-mesure consiste à réduire l'amplitude du courant d'excitation (IE) en réduisant la valeur de consigne du courant d'excitation (IE) et/ou en réduisant le courant d'excitation maximum autorisé et/ ou en signa- 15 Tant un défaut. 6°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' on régule le courant d'excitation (IE) sur une valeur de consigne. 20 7°) Unité de calcul (140), notamment régulateur de générateur appliquant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, de détection d'un défaut dans une unité de générateur comportant une machine électrique (100) avec un enroulement de rotor (110) et un en- 25 roulement de stator (120) ainsi qu'un redresseur (130) reliant la ma- chine électrique (100) au réseau de bord (150) du véhicule automobile, selon lequel on régule par le courant d'excitation (IE) de l'enroulement de rotor (110) de la machine électrique (100) la tension du réseau de bord (150) sur une valeur de consigne et on surveille la courbe du cou- 30 rant d'excitation (IE), et on conclut à un défaut dans l'unité de généra- teur si le courant d'excitation(IE) correspond à une courbe oscillante, et si l'amplitude de l'oscillation dépasse un seuil, - on applique une contre-mesure si on détecte un défaut dans l'unité de générateur, 3038062 12 la contre-mesure consistant à en réduire l'amplitude du courant d'excitation (IE) ou à réduire le courant d'excitation maximum autorisé. 5 8°) Programme d'ordinateur pour commander l'unité de calcul (140) se- lon la revendication 7 pour appliquer un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque le programme est exécuté par l'unité de calcul (140). 10 9°) Support de mémoire lisible par une machine comportant un pro- gramme d'ordinateur selon la revendication 8. 15