Procédé de contrôle du fonctionnement d'une machine électrique rotative
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un. procédé de contrôle du fonctionnement d'une machine électrique rotative comportant un stator et un rotor munis d'enroulements.
On sait que dans le rotor d'une machine électrique rotative, un défaut mécanique ou électrique est souvent difficile à détecter à l'origine et peut s'amplifier rapidement. I1 peut se produire, par exemple, une usure dans les paliers du rotor, qui peut rester inaperçue et provoquer une excentricité du rotor dans le stator, de sorte que, si l'on continue à utiliser la machine dans cet état, il peut en résulter de sérieux dommages.
Si un défaut semblable est suspecté, la pratique actuelle consiste à démonter la machine afin de procéder à une vérification du rotor. Toutefois, lorsque le défaut réside dans un. conducteur du rotor ou le branchement électrique de celui-ci, il n'est pas toujours visible ou aisément détectable, car, dans certains cas, ce défaut ne peut se manifester que lorsque le rotor tourne.
Le procédé selon l'invention tend à remédier à cet inconvénient. I1 est caractérisé par le fait qu'on analyse la tension résultante induite dans au moins un conducteur additionnel logé dans le stator lorsque le rotor est en rotation.
La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un conducteur additionnel logé dans le stator de ladite machine et des moyens pour analyser la tension résultante induite dans ce conducteur additionnel lorsque le rotor est en rotation.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif selon la pré- sente invention.
La fig. 1 est une coupe transversale d'une encoche du stator munie d'un conducteur additionnel.
La fig. 2 est un schéma du circuit comprenant un conducteur additionnel logé dans le stator.
La fig. 3 est une coupe transversale d'une encoche munie d'un conducteur additionnel et faisant partie du stator d'une machine électrique comportant quatre conducteurs additionnels, selon la seconde forme d'exécution.
La fig. 4 est un schéma du circuit comprenant les quatre conducteurs additionnels.
La fig. 5 est un schéma d'une variante du circuit comprenant les quatre conducteurs additionnels.
La fig. 6 est un schéma d'une autre variante.
La fig. 7 est une vue schématique de l'écran d'un oscilloscope.
En se référant aux fig. 1 et 2, le stator 2 d'une machine électrique est muni d'un conducteur additionnel 3 constitué par un unique fil de cuivre recouvert de verre et disposé dans une encoche 8 du stator.
Dans la fig. 1, l'encoche 8 du stator comporte un enroulement 10 dont les spires individuelles ont été passées à travers. l'entrée 12 de l'encoche 8 puis fermement comprimées dans celle-ci, après quoi un coin de serrage 16 a été inséré dans l'encoche 8 à partir d'une extrémité, par-dessus l'enroulement 10.
Dans l'encoche représentée, toutefois, le coin 16 est muni d'un trou longitudinal 18 destiné à recevoir le conducteur additionnel 3.
Pour vérifier Si le rotor de la machine présente un défaut, on relie le conducteur 3 électriquement à un jeu de plaques déflectrices d'un oscilloscope (non représenté). Cet oscilloscope est réglé de manière que l'onde sinusoïdale de 50 p/s du champ principal soit tracée par le spot sur l'écran de l'oscilloscope et reste stationnaire. Sur l'onde de tension de 50 p/s induite dans le conducteur additionnel par le champ principal, se superpose une oscillation de plus grande fréquence et de plus petite amplitude produite par le courant circulant dans chacune des barres constituant les enroulements d'un rotor à cage d'écureuil. La courbe résultante tracée sur l'écran de l'oscilloscope est représentée par la fig. 7.
La fréquence des oscillations superposées à l'onde principale est déterminée par la vitesse de rotation du rotor et le nombre de barres que comporte celui-ci, puisque chaque oscillation est due au passage d'une barre en regard du conducteur additionnel. Par contre, l'amplitude de ces oscillations est une fonction de la charge du moteur.
L'oscilloscope constitue un moyen permettant d'analyser la tension résultante induite dans le conducteur additionnel. Ainsi toute solution de continuité dans le circuit du rotor, de même que toute déformation de l'un ou de plusieurs conducteurs du rotor se traduit soit par une oscillation manquante lorsqu'une barre du rotor à cage d'écureuil ou d'une manière générale un conducteur d'un enroulement du rotor est coupé, puisque cet enroulement ne conduit plus de courant, soit par une oscillation d'amplitude réduite lorsque l'un des enroulements du rotor présente une résistance anormalement grande ou que sa liaison électrique avec les autres enroulements du rotor est défectueuse, puisque dans ce cas le courant circulant dans cet enroulement du rotor est moins important que celui circulant dans les autres enroulements du rotor,
soit encore par une oscillation déformée lorsqu'une barre du rotor à cage d'écureuil est déformée, c'est-à-dire n'est plus à sa place correcte. Une oscillation manquante indiquant qu'un conducteur d'un enroulement du rotor est sectionné est indiquée en A dans la fig. 7.
Pour vérifier le circuit magnétique d'une machine électrique rotative (moteur ou génératrice) en particulier en ce qui concerne son état de saturation dans ses différentes parties, on relie un jeu de plaques déflectrices d'un oscilloscope aux extrémités du conducteur additionnel 3. La courbe tracée sur l'écran de cet oscilloscope, qui permet d'analyser la tension résultante induite dans ce conducteur additionnel, indique alors si le circuit magnétique de la machine est saturé ou non. La saturation se traduit sur l'écran par un aplatissement des parties supérieures et inférieures de l'onde sinusoïdale fondamentale comme représenté en B dans la fig. 7 dans la courbe illustrée en pointillé qui est obtenue lorsque le circuit magnétique de la machine est saturé.
Dans le cas d'un moteur asynchrone tournant à la vitesse synchrone, les oscillations superposées à l'onde sinusoïdale sont stationnaires. Par contre, lorsque la vitesse de rotation du rotor baisse, ces oscillations se déplacent en arrière le long de l'onde fondamentale. Il s'ensuit que dans la figure reproduite sur l'écran de l'oscilloscope, le glissement du rotor peut donc être déterminé par l'observation de la vitesse du déplacement en arrière des oscillations le long de l'onde fondamentale.
Dans la deuxième forme d'exécution représentée aux fig. 3 et 4, le stator 2 est muni de quatre con ducteurs additionnels 3, 4, 5 et 6 répartis régulièrement à la périphérie du stator. Chaque conducteur additionnel comprend un unique fil de cuivre recouvert de verre et disposé dans une encoche 8 du stator. Ces conducteurs sont de la même longueur que l'encoche 8 du stator et sont connectés en série, par paires de conducteurs disposés à 1800 l'un de l'autre, de sorte que lesdites paires sont disposées à 900 l'une de l'autre. Comme représenté par la fig. 4, une borne 22 est reliée au conducteur 3 relié au conducteur 5 qui est relié au conducteur 4, relié lui-même au conducteur 6 connecté à une borne 20. Ainsi, les deux conducteurs d'une même paire sont reliés en série et les deux paires de conducteurs sont également reliées en série.
La fig. 3 représente l'une des quatre encoches 8 du stator comportant un conducteur additionnel et munie d'un enroulement 10 dont les spires individuelles ont été passées à travers l'entrée 12 de l'encoche 8 et fermement comprimées dans celle-ci, après quoi un coin de serrage 16 a été inséré dans l'encoche à partir d'une extrémité par-dessus l'enroulement 10. Le coin 16 est muni d'un perçage longitudinal 18 destiné à recevoir le conducteur additionnel. Toutefois, dans certaines machines, il n'est pas nécessaire d'utiliser un coin spécial avec un per çage 18 pour loger le conducteur additionnel, car ces machines comportent un espace suffisant pour un conducteur, sous le coin, dans une encoche normale.
Ainsi, le perçage ou la fabrication d'un coin spécial pourrait n'être requis que dans des cas où il n'y aurait pas d'autre place disponible. Les conducteurs additionnels peuvent être également montés dans les dents du stator. Les conducteurs 3, 4, 5 et 6 peuvent être de n'importe quelle taille ou forme.
Le fonctionnement de cette forme d'exécution est semblable à celui décrit en référence aux fig. 1 et 2.
Lorsque les plaques déviatrices d'un oscilloscope sont branchées sur les bornes 20 et 22, toute tension apparaissant entre ces bornes s'inscrit sur son écran.
En conséquence, tout défaut électrique dans les enroulements du rotor se traduit par une anomalie de la courbe s'inscrivant sur l'écran de l'oscilloscope.
Toutefois, cette forme d'exécution permet de déceler encore une excentricité du rotor. En effet, lorsque le rotor est parfaitement centré, les tensions résul tantes induites dans chacun des conducteurs additionnels d'une même paire sont d'égale valeur, mais comme ces deux conducteurs sont reliés en sens inverse Fun de l'autre, ces tensions induites dans ceux-ci s'annulent l'une l'autre de sorte qu'aucune tension n'apparaît entre les bornes 20 et 22.
Par contre, si le rotor devait, par la suite, présenter une excentricité à cause, par exemple, d'une usure d'un palier, alors le rotor ne serait plus disposé symétriquement par rapport aux conducteurs additionnels, par exemple il pourrait être plus près du conducteur 6 que du conducteur 4. De ce fait, les réluctances sont inégales et le flux par pôle est plus petit pour l'entrefer présentant la plus grande largeur, et plus grand pour l'entrefer présentant la plus petite largeur. Dans ce cas, des tensions différentes sont induites dans les quatre conducteurs addi tionnek et la courbe résultante de ces tensions qui s'inscrit sur l'écran de l'oscilloscope constitue une mesure des différences de largeur de l'entrefer.
Dans une variante du circuit des conducteurs additionnels, comme représenté dans la fig. 5, chaque extrémité des conducteus 3, 4, 5 et 6 est sortie hors de la machine et reliée séparément à des plots 24 d'une boîte de jonction 26. Les conducteurs additionnels peuvent ainsi être connectés à volonté et de façon quelconque dans un circuit extérieur au moyen d'un commutateur rotatif (non représenté).
Au lieu de sortir les huit extrémités et de les amener jusqu'à la boîte de jonction, les extrémités de l'un des côtés des conducteurs peuvent être reliées à un point commun qui est mis à la terre par le bâti de la machine.
La tension apparaissant aux bornes 20, 22, constituée par la résultante des tensions induites dans les conducteurs additionnels 3 à 6 de la deuxième forme d'exécution, peut alimenter un instrument analysant sa valeur effective ou de crête et qui peut être constitué par instrument de mesure, par un indicateur, par un dispositif de sûreté (non représenté), ou encore par un relais (non représenté) provoquant le fonctionnement d'un disjoncteur aussitôt que la tension induite atteint une valeur déterminée. Un tel instrument d'analyse de la valeur de la tension induite peut être constitué soit par un appareil de mesure, soit par tout appareil à maxima de tension connu qui fonctionne dès que la tension appliquée à ses bornes dépasse une valeur déterminée.
Dans une autre variante représentée à la fig. 6,
I'analyse du déséquilibre des tensions résultantes induites dans deux conducteurs additionnels opposés est effectuée par l'intermédiaire de deux ponts redresseurs 28 et 30 branchés en opposition. Les entrées de ces deux ponts 28 et 30 sont reliées respectivement aux conducteurs 3 et 5. Les sorties des ponts sont reliées en opposition et un voltmètre ou galvanomètre 32, de type approprié, est branché entre les sorties. Les tensions induites dans les conducteurs 3 et 5 sont redressées par les ponts 28 et 30, et le voltmètre indiquera la différence entre les deux tensions induites.
Après avoir ainsi analysé les tensions induites dans les conducteurs 3 et 5, par une comparaison des deux tensions résultantes induites dans ces conducteurs, on déplace angulairement un commutateur rotatif (non représenté) de façon à analyser, également par comparaison, les tensions résultantes induites dans deux autres conducteurs opposés 4 et 6 qui alimentent à leur tour les ponts 28 et 30. De cette manière, il est possible de détecter n'importe quelle excentricité du rotor dans le stator, car la tension la plus élevée est induite dans le conducteur additionnel le plus proche du rotor. Un transformateur de tension ou autre dispositif amplificateur peut être utilisé entre les conducteurs additionnels et les ponts redresseurs.
Le procédé décrit permet de contrôler le fonctionnement d'une machine électrique rotative quelconque comportant un stator et un rotor munis d'enroulements, par une analyse de la tension résultante induite dans un ou plusieurs conducteurs additionnels. Par analyse, on entend soit l'observation de la forme de la courbe de la tension induite ou du déplacement des oscillations superposées à l'onde fondamentale, soit la comparaison des tensions induites dans au moins une paire de conducteurs additionnels, soit encore la mesure de la valeur effective ou de crête de la tension induite dans un conducteur additionnel.
On pourrait ainsi contrôler le fonctionnement d'un moteur faisant corps avec une machine qu'il entraîne, par exemple une machine-outil ou un laminoir, sur l'axe de laquelle-est monté directement le rotor du moteur.
REVENDICATIONS :
I. Procédé de contrôle du fonctionnement d'une machine électrique rotative comportant un stator et un rotor munis d'enroulements, caractérisé par le fait qu'on analyse la tension résultante induite dans au moins un conducteur additionnel logé dans le stator lorsque le rotor est en rotation.