Brevet FR3137181A1 — publié le 20231229

Dispositif de détection d ’ u n défaut de court-circuit dans un enroulement d’une machine électrique Machine électrique (1000) comprenant au moins une phase (100, 200, 300) comportant deux voies électriques (101, 102, 201, 202, 301, 302) en parallèle, chaque voie électrique d’une même phase comportant un enroulement (111, 112, 211, 212, 311, 312), les premières voies électriques de toutes les phases étant connectées à un même premier nœud électrique (10) et les deuxièmes voies électriques de toutes les phases étant connectées à un même deuxième nœud électrique (20), caractérisée en ce que la machine électrique comprend un fil équipotentiel (400) reliant électriquement les premier et deuxième nœuds électriques et un capteur de courant (500) configuré pour mesurer un courant électrique (I101 + I201 + 1301 – (I102 + I202 + I302)) circulant dans le fil équipotentiel. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de détection d’un défaut de court-circuit dans un enroulement d’une machine électrique La présente invention se rapporte au domaine général de la détection d’un court-circuit dans un enroulement d’une machine électrique, et plus particulièrement la détection d’un court-circuit entre les spires des enroulements. Les enroulements des machines électriques sont constitués de fils émaillés. L’émail ainsi que le vernis d’imprégnation constituent une isolation qui dans certains cas peut être défaillante. Cela peut entraîner un court-circuit qui apparaît localement et génère un échauffement local qui peut entraîner la fusion du cuivre. Il est donc indispensable de protéger la machine électrique dès qu’un tel défaut est constaté. Par ailleurs, de plus en plus de machines à aimants permanents sont utilisées et il devient de plus en plus difficile de désamorcer le court-circuit par une commande. Il est donc indispensable de détecter rapidement un tel défaut pour en minimiser les conséquences. Dans l’art antérieur, les méthodes de détection sont basées sur l’analyse des signaux de courant ou de tension. Les courants mesurés sont analysés avec des techniques de traitement du signal pour détecter des harmoniques caractéristiques de chaque type de défaut. Ces méthodes ont l’avantage de ne nécessiter aucun équipement particulier au sein de la machine électrique et de pouvoir identifier la nature du défaut. Néanmoins, les informations sont difficiles à différencier du fonctionnement normal de la machine électrique, car celui-ci présente déjà beaucoup d’imperfections. De plus, chaque machine électrique a sa propre « signature » et il est difficile de généraliser ces méthodes à plusieurs machines. Les autres méthodes connues consistent à implémenter des capteurs de température au sein des enroulements de la machine électrique pour détecter un échauffement. Néanmoins, cela nécessite un nombre de capteurs important en raison du caractère très localisé de l’échauffement. Il est donc souhaitable de disposer d’un dispositif de détection rapide et sensible d’un court-circuit entre les spires d’un enroulement d’une machine électrique. L’invention concerne une machine électrique comprenant au moins une phase comportant deux voies électriques en parallèle, chaque voie électrique d’une même phase comportant un enroulement, les premières voies électriques de toutes les phases étant connectées à un même premier nœud électrique et les deuxièmes voies électriques de toutes les phases étant connectées à un même deuxième nœud électrique, caractérisée en ce que la machine électrique comprend un fil équipotentiel reliant électriquement les premier et deuxième nœuds électriques et un capteur de courant configuré pour mesurer un courant électrique circulant dans le fil équipotentiel. En mesurant le courant électrique circulant dans le fil équipotentiel, le capteur de courant mesure en particulier le courant électrique de circulation entre les deux voies électriques d’une même phase. De plus, grâce au placement de ce fil équipotentiel reliant les deux nœuds électriques, on peut mesurer le courant de circulation entre les deux voies de toutes les phases. En effet, comme les deux voies électriques en parallèle au sein d’une même phase ont une tension identique, en fonctionnement normal de la machine électrique, le capteur mesure un courant électrique nul ou quasi-nul (présence d’un bruit résiduel) car les deux voies en parallèle des phases sont parcourues par un flux magnétique identique à chaque instant. Si un court-circuit a lieu entre les spires d’un enroulement de n’importe quelle voie électrique d’une phase, le capteur mesurera l’apparition d’un courant significatif, notamment un courant au moins deux fois supérieur au courant résiduel du fonctionnement normal. Le placement du capteur de courant au niveau du fil équipotentiel permet ainsi de pouvoir détecter un court-circuit entre les spires des enroulements de la machine électrique. De plus, grâce à ce fil équipotentiel, on n’a besoin que d’un seul capteur de courant pour détecter les courts-circuits entre les spires dans toutes les phases de la machine électrique. Ainsi, la machine électrique de l’invention comprend un dispositif de détection de court-circuit peu encombrant, rapide et sensible par rapport à des capteurs de température. De plus, ce capteur de courant ne nécessite pas de moyen de traitement complexe pour détecter un court-circuit. Il suffit juste de détecter l’augmentation de courant électrique mesuré pour détecter le court-circuit. Si l’on souhaite, il sera possible d’ajouter des moyens de filtrage pour améliorer la qualité des mesures de courant. Selon une caractéristique particulière de l’invention, le capteur de courant est un transformateur de courant et le fil équipotentiel est placé au centre du transformateur de courant. Cela permet d’obtenir une machine électrique dotée d’un moyen de détection de court-circuit compact. Comme le courant mesuré est quasi nul, le fil équipotentiel a seulement besoin d’être dimensionné pour supporter un courant de l’ordre du courant nominal de la machine pendant le temps de la mesure et de la détection qui pourra être inférieur à la seconde. Ainsi, le fil équipotentiel est dimensionné pour un calibre de courant beaucoup plus faible que le fil des enroulements de la machine électrique. Il a par exemple une section quatre fois plus faible que l’enroulement d’une des voies électriques. Un autre objet de l’invention est un procédé de détection d’un court-circuit dans une machine électrique selon l’invention comprenant la mesure d’un courant électrique circulant dans le fil équipotentiel, la détermination d’un courant électrique résiduel circulant dans le fil équipotentiel, et la détection d’un court-circuit si le courant électrique mesuré devient supérieur à au moins deux fois le courant électrique résiduel déterminé. Ainsi, comme expliqué précédemment, en cas de court-circuit entre les spires de la première voie électrique d’une des phases de la machine électrique, l’augmentation du courant électrique mesuré par rapport au courant électrique résiduel permet de détecter ce court-circuit. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. La représente, de manière schématique et partielle, une machine électrique selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique, un procédé de détection d’un court-circuit entre deux spires dans la machine électrique de la selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une machine électrique 1000 selon un mode de réalisation de l’invention. La machine électrique 1000 comprend trois phases 100, 200 et 300. La première phase 100 comprend deux voies électriques 101 et 102. Chaque voie 101 et 102 comprend un enroulement 111, 112. En entrée de la phase 100, un courant I101+I102 circule, puis dans la première voie 101, le courant I101 circule tandis que dans la deuxième voie 102, le courant I102 circule. La deuxième phase 200 et la troisième phase 300 comprennent également deux voies électriques 201, 202 et 301, 302 comme la première phase 100. Tout comme la première phase 100, en entrée des phases 200 et 300, un courant circule, puis se divise entre les deux voies 201, 202 et 301, 302 des deux phases 200 et 300. Ainsi, le courant I201 circule dans la voie 201, le courant I202 circule dans la voie 202, le courant I301 circule dans la voie 301 et le courant I302 circule dans la voie 302. Chaque première voie électrique 101, 201, 301 des trois phases 100, 200, 300 est connectée à un même premier nœud électrique 10, et chaque deuxième voie électrique 102, 202, 302 des trois phases 100, 200, 300 est connectée à un même deuxième nœud électrique 20. La machine électrique 1000 comprend également un fil équipotentiel 400 reliant électriquement les premier 10 et deuxième 20 nœuds électriques. La machine 1000 comprend un capteur de courant 500 configuré pour mesurer un courant électrique (I101 + I201 + I301) – (I102 + I202 + I302) susceptible de circuler dans le fil équipotentiel 400. Les deux voies (101, 102), (201, 202) et (301, 302) au sein d’une même phase 100, 200 et 300 ont la même tension à leurs bornes et sont parcourues par un flux magnétique de même valeur à chaque instant comme c’est l’usage lors d’une mise en parallèle. Le courant (I101 + I201 + I301) – (I102 + I202 + I302) est donc nul ou quasi-nul, la présence d’un courant résiduel ou bruit étant possible. Ainsi, en fonctionnement normal de la machine électrique 1000, le courant (I101 + I201 + I301) – (I102 + I202 + I302) mesuré par le capteur de courant 500 est nul, ou quasi-nul. Si un court-circuit se produit entre les spires d’un des enroulements 111, 112, 211, 212, 311, 312, le courant (I101 + I201 + I301) – (I102 + I202 + I302) mesuré par le capteur 500 ne sera plus nul et l’augmentation de courant mesurée par le capteur 500 permettra de détecter le court-circuit. Par exemple, dans le cas où un court-circuit apparaît entre les spires d’un des enroulements 111, 112 de la première phase 110, un courant de boucle non nul I101 – I102 apparaît entre les voies 101 et 102. Il est représenté en pointillés sur la . Le courant mesuré (I101 + I201 + I301) – (I102 + I202 + I302) par le capteur 500 est alors égal à I101-I102. La représente de manière schématique un procédé 2000 de détection d’un court-circuit entre deux spires dans une machine électrique de l’invention, par exemple dans la machine électrique 1000 de la . Le procédé 2000 comprend la mesure 2010 du courant électrique I mesure (ou du courant (I101 + I201 + I301) – (I102 + I202 + I302) selon les références de la ) circulant dans le fil équipotentiel 400, puis la détermination 2020 du courant résiduel I residuel circulant dans le fil équipotentiel 400 et enfin la détection 2030 d’un court-circuit lorsque I mesure est deux fois supérieur à I residuel . Le courant I residuel correspond au bruit résiduel circulant dans le fil équipotentiel 400 en fonctionnement normal de la machine électrique 1000, et comme expliqué en référence à la , ce courant résiduel I residuel est nul ou quasi-nul. On peut bien évidemment déterminer le courant I residuel (étape 2020) avant de faire les mesures de courant I mesure dans le fil équipotentiel 400 (étape 2010). Quel que soit le mode de réalisation, la machine électrique 1000 peut également comprendre un dispositif fusible configuré pour limiter l’échauffement du fil équipotentiel 400 lors d’un court-circuit dans les phases 100, 200, 300 de la machine. La machine électrique 1000 a été décrite avec trois phases, mais elle peut plus généralement comprendre N phases, avec N un entier supérieur ou égal à 1. Machine électrique (1000) comprenant au moins une phase (100, 200, 300) comportant deux voies électriques (101, 102, 201, 202, 301, 302) en parallèle, chaque voie électrique d’une même phase comportant un enroulement (111, 112, 211, 212, 311, 312), les premières voies électriques de toutes les phases étant connectées à un même premier nœud électrique (10) et les deuxièmes voies électriques de toutes les phases étant connectées à un même deuxième nœud électrique (20), caractérisée en ce que la machine électrique comprend un fil équipotentiel (400) reliant électriquement les premier et deuxième nœuds électriques et un capteur de courant (500) configuré pour mesurer un courant électrique (I101 + I201 + 1301 – (I102 + I202 + I302)) circulant dans le fil équipotentiel. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle le capteur de courant est un transformateur de courant et le fil équipotentiel est placé au centre du transformateur de courant. Procédé de détection (2000) d’un court-circuit dans une machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 comprenant la mesure (2010) d’un courant électrique (I mesure ) circulant dans le fil équipotentiel, la détermination (2020) d’un courant électrique résiduel (I residuel ) circulant dans le fil équipotentiel, et la détection (2030) d’un court-circuit si le courant électrique mesuré (I mesure ) devient supérieur à au moins deux fois le courant électrique résiduel déterminé (I residuel ).