FR2537283A1 - Procede et systeme de detection de survitesse pour une turbine a gaz - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA DETECTION D'UNE CONDITION DE SURVITESSE DANS UN MOTEUR A TURBINE A GAZ. UN DETECTEUR DE SURVITESSE POUR UNE TURBINE A GAZ COMPREND NOTAMMENT UN COMPARATEUR DE FREQUENCE 18 QUI COMPARE UN SIGNAL PROPORTIONNEL A LA VITESSE DE ROTATION DU ROTOR DE LA TURBINE, ET UN SIGNAL DE REFERENCE QUI EST PRODUIT PAR UN OSCILLATEUR 14 ATTAQUANT UN COMPTEUR NUMERIQUE 13 DONT LE CHARGEMENT EST COMMANDE PAR UN GENERATEUR DE DONNEES DE REFERENCE 24. LE SIGNAL DE SORTIE DU COMPARATEUR DE FREQUENCE EST APPLIQUE A UN DISPOSITIF DE COMMANDE DE CARBURANT 21 DESTINE A CORRIGER LA CONDITION DE SURVITESSE. APPLICATION A L'INDUSTRIE AERONAUTIQUE.

Description

La présente invention concerne les moteurs à tur-

bine à gaz, et porte plus particulièrement sur la détection

d'une condition de survitesse dans de tels moteurs.

Un problème qui existe actuellement dans le maté-

riel de détection de survitesse pour les turbines à gaz con- siste en ce qu'il est basé de façon caractéristique sur un système analogique, avec l'incapacité qui en découle

d'atteindre une précision élevée Il est difficile de parve-

nir à une grande précision dans ces systèmes, du fait qu'ils sont basés sur la détection de-niveaux de tension au moyen de circuits qui sont dépourvus d'immunité aux perturbations par le bruit, et qui sont sujets à une dérive des composants

dans le temps et sous l'effet de variations de température.

De tels circuits analogiques ne permettent pas de définir avec précision un point d'enclenchement (une fréquence à

laquelle une survitesse est détectée) et un point de déclen-

chement (une fréquence à laquelle la survitesse disparaît),

et ils ne conviennent donc pas particulièrement bien à l'uti-

lisation dans les aéronefs modernes.

L'invention a donc pour but de procurer un système

de détection de survitesse perfectionné pour un moteur à tur-

bine à gaz.

Un autre but de l'invention est de procurer un sys-

tème de détection de survitesse dans un moteur à turbine à gaz ayant des points d'enclenchement/déclenchement définis

avec précision.

L'invention a également pour but de procurer un

système de détection de survitesse dont les points d'enclen-

chement/déclenchement soient réglables, pour parvenir aux

niveaux d'hystérésis désirés.

Un autre but de l'invention est de procurer un détecteur de survitesse pour une turbine à gaz qui soit basé sur un système détectant des transitions de signal. Un autre but encore de l'invention est d'inclure dans un système de détection de survitesse une fonction de

test destinée à vérifier le bon fonctionnement.

Un but supplémentaire de l'invention est de procu-

rer un système numérique de détection de survitesse pour une turbine à gaz employant une machine séquentielle asynchrone

à états finis.

Une forme de l'invention consiste en un procédé de -

détection de survitesse d'un organe tournant, en produisant un signal pratiquement symétrique correspondant à la vitesse de l'organe tournant, en produisant également un signal de référence asymétrique, et en comparant les signaux de vitesse

et de référence pour indiquer une survitesse ou son absence.

L'invention procure également un appareil pour détecter une

survitesse en rotation.

La suite de la description se réfère aux dessins

annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma synoptique d'un système de

détection de survitesse représentant une forme de l'inven-

tion.

Figures 2 A-2 C: un diagramme comparatif des

signaux de référence et de vitesse indiqués sur la figure 1.

Figure 3: un schéma synoptique du circuit de mise en forme d'impulsion de la figure 1 qui est utilisé avec un

signal de vitesse provenant d'un rotor de turbine à gaz.

Figure 4: un schéma synoptique d'une chaîne de

compteurs destinée à produire des fréquences de référence.

Figure 5: un schéma synoptique d'un générateur de

données utilisé avec le compteur de la figure 4.

Figure 6: un schéma d'une machine séquentielle

asynchrone utilisée à titre de comparateur de fréquence.

La figure 1 montre une forme d'un détecteur de

survitesse 10 destiné à détecter une survitesse dans un orga-

ne tournant tel qu'un rotor de turbine à gaz Le détecteur 10 compare de façon asynchrone un signal de fréquence de vitesse ayant un rapport cyclique de 50 %, et un signal de référence qui établit une période d'état actif et une période d'état inactif de durées inégales Les périodes d'état actif et d'état inactif définissent deux références de fréquence

différentes.

Dans le cas d'un rotor de turbine à gaz, le signal de vitesse a une forme sinusoïdale et il est obtenu à partir d'un alternateur 20 accouplé au rotor du moteur Le signal de vitesse sinusoïdal est modifié par un circuit de mise en

forme d'impulsion 16 pour donner un signal carré, pour for-

mer un signal d'entrée d'un comparateur de fréquence 18 Le signal de référence provient d'un oscillateur 14 dont la sortie fournit un signal d'horloge destiné à être compté par un compteur binaire 13 Deux nombres binaires différents liés aux périodes d'état actif et d'état inactif proviennent d'un générateur de données de référence 24 et sont chargés consécutivement dans le compteur 13 qui effectue un comptage complet pour produire les périodes de référence d'état actif et d'état inactif, permettant de déterminer des points d'enclenchement et de déclenchement Le générateur de données 24 fournit également deux intervalles de test, qui

sont plus courts que les deux intervalles de référence précé-

dents, dans le but d'amener les points d'enclenchement/ déclenchement dans une plage normale de fonctionnement, afin de vérifier le bon fonctionnement du détecteur 10 avant son utilisation en vol.

Le comparateur 18 comprend un circuit logique numé-

rique qui compare alternativement le signal de vitesse avec le signal de référence, ou bien avec le signal de test, et qui fournit un signal de sortie logique indiquant quelle est

la fréquence la plus élevée Un signal de sortie du compara-

teur 18 à l'état logique un indique qu'une condition de survitesse est présente dans le rotor de turbine, et que la

fréquence du signal de vitesse dépasse la fréquence de réfé-

rence supérieure, ou n'est pas tombée au-dessous de la fré- quence de référence inférieure, tandis qu'un état logique zéro indique qu'une telle condition est absente et que la fréquence du signal de vitesse est inférieure à la fréquence de référence inférieure ou n'a pas dépassé la fréquence de

référence supérieure Le-signal de sortie logique est appli-

qué à une électrovalve dans le dispositif de commande de car-

burant 21, pour moduler le débit de carburant vers une cham-

bre de combustion (non représentée) de la turbine, de telle façon que lorsque le signal de sortie du comparateur 18 est un un logique, le débit de carburant soit relativement restreint, tandis que le carburant circule relativement sans

restriction lorsque ce signal est un zéro logique.

Les figures 2 A-2 C montrent des exemples de signaux de vitesse et de référence, et les périodes inégales du

signal d'état actif hachuré et du signal d'état inactif por-

tant-des hachures croisées, sur la figure 2 A, sont comparées avec le signal de vitesse représenté avec des pointillés sur la figure 2 B Pour effectuer un test de détermination d'une condition de survitesse, on part avec les deux signaux à l'état " O " ou bas sur les figures 2 A, 2 B, et la référence d'état actif subit en premier une transition de l'état bas vers l'état haut, après quoi le signal de vitesse subit la mêmée transition Lorsque le signal de vitesse retourne à zéro, tandis que le signal de référence demeure à l'état haut, lé circuit de la figure 1 commute vers un signal de

sortie à l'état haut pour indiquer qu'une condition de sur-

vitesse est présente Lorsque le signal de référence retour-

ne à zéro, le signal de vitesse est compris à l'intérieur de la référence d'état actif, et la fréquence du signal de

vitesse dépasse la fréquence de la référence d'état actif.

La période de la référence d'état actif positive, qui est

l'inverse de sa fréquence, détermine le point d'enclenche-

ment représenté par une transition vers un signal de sortie à l'état logique un Le signal de sortie à l'état logique un est appliqué à un dispositif de commande de carburant pour réduire la vitesse de la turbine, et ce signal demeure à l'état haut jusqu'à ce que la condition de survitesse soit supprimée La figure 2 B représente une diminution immédiate de la vitesse du moteur à partir du point d'enclenchement, par une diminution de sa fréquence, comme l'indique une augmentation de la période correspondant à la vitesse Pour déterminer le moment auquel la condition de survitesse a disparu, on compare le signal d'état inactif hachuré en croix avec le signal de vitesse négatif pointillé Le signal de sortie devient un état logique zéro si la référence effectue une transition de l'état haut vers l'état bas, suivie d'une transition de l'état bas vers l'état haut, dans

une période pendant laquelle le signal de vitesse est conti-

nuellement à l'état bas Ceci indique que la fréquence du

signal de vitesse est inférieure à la fréquence de la réfé-

rence d'état actif et détermine le point de déclenchement,

qui permet la circulation normale vers le moteur du carbu-

rant destiné à la turbine.

On peut modifier les périodes des références d'état actif et d'état inactif en changeant les données de référence qui sont appliquées au compteur 12 Ainsi, pour élever la vitesse à laquelle le point d'enclenchement est fixé, on rétrécit la période de la référence d'état actif, en augmentant sa fréquence, tandis que pour diminuer la vitesse à laquelle le point de déclenchement apparaît, on augmente la période de la référence d'état inactif, et on diminue sa fréquence On peut mettre en forme indépendamment l'une de l'autre les fréquences de référence d'état actif et d'état inactif pour obtenir une hystérésis ou une séparation suffisante pour éviter une instabilité dans le circuit de la figure 1 Les signaux de la figure 2 A indiquent que les signaux de référence demeurent constants, tandis que le signal de vitesse de la figure 2 B varie en fonction de la vitesse, mais avec un rapport cyclique de 50 % Ceci établit entre les signaux de référence et de vitesse une relation

asynchrone qu'accepte un comparateur de fréquence 18 utili-

sant une machine séquentielle asynchrone à états finis.

Dans un mode de réalisation préféré, le circuit de

mise en forme d'impulsion 16 de la figure 1, destiné à rece-

voir le signal de vitesse sinusoïdal, correspond à la repré-

sentation schématique faite sur la figure 3 Ce signal est appliqué à des entrées x, y d'un détecteur de passage par

zéro 28, de type LMI 11 D, pour transformer le signal sinusoî-

dal en un signal carré Le signal de sortie carré du détec-

teur 28 est appliqué à l'entrée W d'une bascule D, 30, du type 54 L 574 La bascule 30 change d'état chaque fois qu'elle reçoit une impulsion positive sur l'entrée w, et l'état de cette entrée est transféré vers ses bornes de sortie Q Q. La sortie de la bascule 30 produit un signal carré avec un rapport cyclique de 50 % et réduit de moitié la fréquence du

signal de vitesse sinusoïdal d'entrée.

Un compteur à 12 bits, 13, qui fournit le signal de référence est représenté schématiquement sur la figure 4 et comprend trois compteurs interconnectés 34, 36 et 38, qui sont des compteurs à 4 bits du type 54 L 5163 Le compteur 13 reçoit sur son entrée d'horloge une fréquence de 7 M Hz qui provient d'un oscillateur stable à quartz, 32, du type Vectron C 0238 A Les entrées correspondant aux six bits de moindre poids du compteur sont chargées avec un nombre Sl-56 provenant d'un générateur de données 24, représenté sur la figure 5 Les six signaux restants qui sont chargés en tant que bits de plus fort poids dans le compteur 13 comprennent des signaux P et G (masse) qui sont en permanence à l'état haut et à l'état bas et représentent des états binaires un

et zéro, ainsi que des signaux T et T provenant du généra-

teur de données 24, qui sont des signaux à l'état haut et à l'état bas lorsque l'interrupteur de test 49 est ouvert Le signal P à l'état haut est appliqué à chacune des bornes de mise à zéro du compteur Le nombre 51- 56 prend une valeur haute et une valeur basse pour le chargement dans le compteur 13, de façon à établir des durées différentes pour

les périodes de référence d'état actif et d'état inactif.

Les signaux des sorties Q et Q de la bascule 42 sont appli-

qués à des entrées 3, 4 et 5 du générateur de données 24, de façon que l'état de la bascule 42 fasse varier le nombre

51-56, pour déterminer les deux formes des signaux de réfé-

rence d'état actif et d'état inactif.

Le générateur de données 24 comprend un ensemble de circuits de sortie commandés, du type 54 L 5365, incorporés dans un premier groupe 50, associé à une porte de commande 46, et dans un second groupe 60, associé à une porte de commande 47 Le générateur de données 24 fonctionne soit dans un mode normal soit dans un mode de test, selon que

l'interrupteur de test 49 est respectivement ouvert ou fermé.

Dans un mode de-fonctionnement classique avec l'interrupteur de test 49 ouvert, le groupe de circuits de sortie 50 est activé par un signal de commande haut ou positif V provenant

de la porte NON-OU 46 La porte 46 produit un signal de sor-

tie à l'état haut lorsque ses deux signaux d'entrée sont à

l'état bas L'un de ses signaux d'entrée résulte d'une conne-

xion permanente à la masse, et le second signal d'entrée en T est obtenu à partir d'une tension d'alimentation de + 5 volts qui est transmise par une résistance Rl à l'entrée d'un inverseur 48 du type 54 L 504 qui transforme la tension de + 5 volts en un signal de sortie à l'état bas en T Lorsque les deux signaux d'entrée de la porte NON-OU 46 sont à l'état bas, son signal de sortie est à l'état haut, ce qui active le

groupe de circuits de sortie 50.

L'activation du groupe de circuits de sortie 50 permet le transfert vers des bornes de sortie Sl-56 de signaux binaires qui sont présents sur des bornes d'entrée 1-6 Les signaux présents sur des entrées 1-6 comprennent le signal P, qui est toujours à l'état haut, la masse qui est à l'état

bas, Q et Q qui sont déterminés par l'état de la bascule 42.

Lorsque la bascule 42 est dans un état dans lequel la sortie Q est à l'état haut et la sortie Q est à l'état bas, ceci indique qu'un nombre élevé a été chargé précédemment dans le

compteur 13 pour donner la référence d'état actif, et le nom-

bre Sî-56 a ensuite été changé par l'état de la bascule 42 pour représenter un nombre faible en préparation du cycle de chargement suivant Pour définir la période de la référence d'état actif, un nombre 110101101011 est chargé dans le compteur 13, et les six bits de plus fort poids de ce nombre sont prédéterminés par les signaux haut et bas provenant de P, G, T et T, tandis que les six bits restants sont fournis par Sl-56 L'équivalent décimal du nombre binaire est 3435 qui, soustrait de 4095, c'est-à-dire le compte maximal du

compteur 13, donne 660 Par conséquent, on obtient la pério-

de de la référence d'état actif en chargeant le nombre déci-

mal 3435, à partir duquel le compteur 13 compte jusqu'à 4095 Le compteur 13 compte 660 impulsions provenant de

l'oscillateur 32, plus une impulsion supplémentaire nécessai-

re pour charger le nombre suivant dans ce compteur.

Lorsqu'on multiplie le compte de 661 par la période de l'oscillateur 32, qui est de 94,43 Jls, on obtient la période de la référence d'état actif, qui correspond à une fréquence de 10590 Hz On obtient d'une manière similaire les signaux de référence restants Lorsque le compteur 13 atteint le compte maximal de 4095, le signal A passe à l'état haut et le signal B passe à l'état bas, pour permettre de charger sur les entrées de données du compteur la valeur 51-56 qui correspond au nombre inférieur Lorsque le compteur 13 reçoit le signal d'horloge suivant, le signal A passe à l'état bas,

ce qui fait passer le signal B à l'état haut pour faire chan-

ger d'état la bascule 42, ce qui donne l'état haut pour Q et l'état bas pour Q Ceci change à nouveau le nombre Si-56 de façon à permettre à nouveau la génération du nombre élevé, pour le chargement dans le compteur 13 Lorsque le nombre inférieur est chargé dans le compteur 13, il faut une plus longue période pour atteindre le compte maximal de 4095, ce qui permet de produire un signal de référence d'état inactif de plus longue durée, qui apparaît à une fréquence de

10494 Hz.

On peut remplacer les points d'enclenchement/ déclenchement correspondant au fonctionnement normal par des points d'enclenchement et de déclenchement de test, pour

déterminer si le circuit de détection de survitesse fonc-

tionne correctement lorsqu'une turbine tourne au niveau du sol On réalise ceci en fermant l'interrupteur de test 49

pour mettre à la masse une extrémité de la résistance Rl.

Cette mise à la masse permet à la porte NON-OU 47 d'activer les circuits de sortie du groupe 60 avec le signal z et elle invalide la porte NON-OU 46 pour mettre à l'état inactif les circuits de sortie du groupe 50 La validation des circuits de sortie du groupe 60 a pour effet de transférer vers les sorties Si-56 l'information binaire présente -sur les entrées 7 à 12, pour changer les données que produit le générateur 24 Le nombre binaire Si-56 est chargé sur les entrées du compteur binaire à 12 bits 13 pour donner deux signaux de référence, sous la dépendance de l'état de la bascule 42 Le compteur est chargé avec des nombres correspondant à une fréquence d'enclenchement de 8824 Hz et une fréquence de

déclenchement de 8728 Hz, et on utilise des fréquences infé-

rieures du fait que le rotor fonctionne à des vitesses infé-

rieures.

Les signaux de vitesse et de référence des figures

2 A, 2 B sont appliqués à un comparateur de fréquence numéri-

que 18, comprenant une machine séquentielle asynchrone à états finis La machine comprend un groupe de circuits de logique combinatoire interconnectés électriquement comme le montre la figure 6, et elle est capable de traiter toutes les combinaisons possibles des signaux de référence et de

vitesse apparaissant de façon asynchrone, dans le but de pro-

duire les points d'enclenchement/déclenchement exigés Les machines séquentielles comprennent des circuits dont le signal de sortie ne dépend pas seulement des signaux d'entrée à un moment donné, mais également de la séquence antérieure

des signaux d'entrée, et elles suivent une séquence program-

mée qui est fonction du signal de sortie aussi bien que des

signaux d'entrée Le comparateur 18 accepte toutes les combi-

naisons possibles des signaux d'entrée de vitesse et de réfé-

rence, parmi lesquelles certaines sont représentées sur les figures 2 A-2 C, et ces combinaisons sont indiquées ci-dessous

dans une Matrice de Transitions Primitive.

AB 00 1011 11 10 Sortie a ( 7 2 O b 1 3 O O c 7 Q 4 O d 6 5 ( 1 e 9 4 1 f ( 9 2 1 g 1 O 8 O h 7 ( 2 O i 10 5 1 j 9 4 1 En commençant du côté gauche sur les figures 2 A-2 C, lorsque les signaux de référence A et de vitesse B sont tous deux à zéro, comme indiqué dans la colonne 00 de la Matrice, un état stable est défini et le signal de sortie est un zéro dans la ligne a et la figure 2 C Lorsque le signal A passe à l'état haut sous l'effet d'une transition d'une valeur négative à une valeur positive, tandis que B demeure à l'état bas, comme indiqué par la colonne 10, un état instable 2 est identifié du fait que, par définition, il ne peut y avoir qu'un seul état stable dans chaque ligne. L'état stable @ est établi dans une nouvelle ligne B avec un signal de sortie à l'état zéro L'événement suivant consiste dans le passage du signal de vitesse B à l'état haut tandis

que le signal de référence A est à l'état haut, ce qui provo-

que une transition vers la colonne 11 dans la Matrice Cette séquence est identifiée par un état 3 instable et par une nouvelle ligne c contenant l'état stable , et le signal de

sortie demeure à zéro.

L'événement suivant consiste dans le passage du signal de vitesse B à l'état bas tandis que le signal de

référence A demeure à l'état haut, ce qui provoque un trans-

fert de la colonne 11 vers la colonne 10 dans la matrice et crée un état instable 4 Le signal de sortie passe d'un état zéro à un état un et se conforme donc à la caractéristique définie précédemment pour la machine séquentielle, selon laquelle un signal à l'état logique un est produit si le signal de vitesse effectue une transition de l'état bas vers l'état haut suivie d'une transition de l'état haut vers l'état bas en une période pendant laquelle la référence est

continuellement à l'état haut, et un état D stable est éta-

bli à la ligne d A partir de l'état 0, il y a deux possibi-

lités: la référence peut passer à l'état bas ou la vitesse peut à nouveau passer à l'état haut Si la vitesse passe à nouveau à l'état haut, comme indiqué par un transfert de la colonne 10 vers la colonne 11, un nouvel état instable 5 est

créé et devient un état stable O dans une nouvelle ligne e.

Le signal de sortie ne change pas dans l'état n, du fait que la caractéristique définie précédemment pour la machine est toujours satisfaite Si la référence passe à l'état bas, avec un transfert correspondant de la colonne 10 vers la colonne 0, un état instable -6 est produit dans la ligne d et devient un état à la ligne f, avec un signal de sortie à

l'état un.

Il y a deux possibilités à partir de l'état stable @: la référence peut passer à l'état haut, ou la vitesse peut passer à l'état haut Si la référence monte avant la vitesse, par exemple par un transfert de la colonne 00 vers

la colonne 10, aucun nouvel état n'est affecté pour la possi-

bilité ci-dessus, du fait que la condition hachurée d'origine est répétée, et la séquence passe donc à l'état instable 2 et ensuite à l'état stable dans lequel le signal de sortie est zéro Si à partir de l'état stable , la vitesse subit une transition de l'état bas vers l'état haut, comme indiqué à

titre d'exemple par les hachures droites, sans que la réfé-

rence ne s'élève en premier à-partir de l'état zéro, comme par un transfert de la colonne 00 vers la colonne 01, le signal de sortie demeure à l'état un, comme sur les figures

2 A-2 C, et il apparaît un état instable 9 pour lequel on affec-

te une nouvelle ligne i correspondant à l'état stable @ L'état stable représente un état d'attente, du fait que la vitesse s'élève sans que la référence s'élève en premier, ce

qui fait qu'aucun test de fermeture positive n'est en cours.

A partir de l'état stable, il peut y avoir un retour vers l'état stable , ou bien'la vitesse peut retourner à l'état zéro, comme indiqué par un transfert de la colonne 01 vers la colonne 00 Le signal de sortie demeure à l'état logique un du fait qu'aucun test de fermeture n'est en cours, et il y a affectation d'un état instable 10 qui devient un état stable 0 dans une ligne j nouvellement créée Par conséquent, l'état stable ( comme l'état @ décrit une position d'attente du fait qu'aucun test n'est en cours, et les deux signaux de sortie sont à l'état logique un Les états stables O et @ pour lesquels de nouvelles lignes g et h ont été affectées

présentent une relation de parallélisme avec les états sta-

bles(Get, à l'exception du fait que les deux signaux de

sortie qui sont produits sont des états logiques zéro.

Divers tirets placés dans la Matrice indiquent une situation d'indifférence, et une transition de la colonne 00 vers la colonne 11, à partir des états stables < O, Qet O n'est pas viable, du fait qu'on n'envisage pas dans une

machine asynchrone la probabilité que la vitesse et la réfé-

rence accomplissent simultanément une transition positive.

La Matrice Primitive contient également des séquences pour définir la caractéristique indiquée par la référence d'état inactif hachurée en croix, en relation avec un signal de vitesse négatif pointillé, dans laquelle une condition de:

survitesse n'est plus présente Avec la vitesse et la réfé-

rence apparaissant de la manière représentée sur les figures 2 A, 2 B, les transitions de signal juste avant les signaux négatifs hachurés en croix et pointillés placent la machine dans l'état , avec la référence comme la vitesse à l'état haut La première transition à partir de l'état 6 D porte sur la vitesse qui retourne à l'état zéro, ce qui fait qu'il y a un transfert vers un état instable 4 à la ligne e, et ensuite

vers l'état stable 4 à la ligne d La séquence suivante con-

cerne la descente de la référence vers l'état zéro, et il y a une transition de la colonne 10 vers la colonne 00, en direction de l'état instable 6 à la ligne d, et ensuite vers l'état stable à la ligne f La transition suivante dans le test de fermeture se produit par un transfert de la colonne 00 vers la colonne 10, indiquant que la référence s'élève avant la vitesse, et il y a un transfert vers l'état instable 2 à la ligne f, et ensuite vers l'état t à la ligne b Le signal de sortie est un état logique zéro dans cette séquence

et la fréquence du signal de vitesse est inférieure à la fré-

quence de référence, pour déterminer le point de déclenche-

ment indiquant que la condition de survitesse est supprimée.

Lorsque le signal de vitesse s'élève après la montée du signal de référence, il y a une transition de la colonne 10 vers la colonne 11, en direction de l'état instable 3 à la ligne b, et ensuite vers la ligne c et l'état stable pour achever le test de fermeture négatif Toutes les transitions restantes dans la Matrice indiquent d'autres séquences de

signaux possibles qui peuvent apparaître dans le fonctionne-

ment du circuit de commutation des fréquences et que la machine séquentielle est capable de traiter Les diverses séquences des signaux de référence et de vitesse indiquent

que la machine doit conserver en mémoire sa séquence précé-

dente pour traiter la séquence suivante.

La machine basée sur les dix états stables de la Matrice est complexe, du fait qu'elle nécessite 24 = 16

états ou quatre boucles de réaction pour définir dix états.

Pour simplifier la conception et le fonctionnement, on fusionne les divers états stables en combinant deux lignes quelconques, indépendamment du signal de sortie, à condition

que les états dans une colonne soient identiques Un Diagram-

me de Fusion facilite la combinaison des diverses lignes,

chacune d'elles contenant un état stable de la Matrice Primi-

tive. a h d e g f Le Diagramme indique par une ligne droite que deux lignes de la Matrice Primitive peuvent être fusionnées, tandis que trois lignes à fusionner sont indiquées par un triangle Les sommets du triangle a-g-h indiquent une fusion des états , (,et et ceux du triangle e-i-j indiquent une fusion des états 8 J, et O On n'utilise pas la fusion des lignes a-b et e-d après la fusion de e-i-j et a-g-h, du fait qu'elle ne contribue pas à la réduction En fusionnant les états de la Matrice Primitive, on obtient une Matrice de Transitions Réduite dans laquelle deslettres majuscules affectées à la colonne de gauche désignent six états que la machine doit accepter, tandis que des identificateurs placés en haut de chaque colonne désignent diverses combinaisons des

signaux de référence et de vitesse.

AB 00 01 1 1 101

A _ -D _ 2

B _ 3 o C = 7 o 4 D 6 _ 5

E 00 _O_ 4

F D 9 = 2

La Matrice Réduite indique que les dix états de la Matrice Primitive ont été réduits à six états, grâce à quoi la machine peut traiter les séquences de la figure 2 avec trois

boucles de réaction ( 23 = 8).

Dans des machines asynchrones, une condition

d'oscillation ou d'indétermination due à un changement simul-

tané de deux variables n'est pas souhaitable Pour éviter une telle condition d'indétermination, un diagramme de contiguïté

détermine quelles lignes de la Matrice Réduite sont adjacen-

tes les unes aux autres, de façon qu'une affectation ultérieu-

re de variables aux états A à F ne produise qu'un seul change-

ment de variable à la fois lorsque la machine effectue une

transition entre deux états adjacents.

g B

E' F

C E D Le diagramme de contiguïté indique par une double flèche que l'état A est contigu à B et que B est contigu à A, en passant par l'état stable O de la Matrice Réduite qui donne lieu à une transition vers l'état stable( dans l'état B, par l'intermédiaire de l'état instable 2 De l'état B, un mouvement horizontal allant de l'état stable ; vers l'état instable 1 conduit à une transition verticale vers l'état stable O, dans l'état A L'état B est adjacent à l'état C

par un déplacement horizontal vers l'état instable 3 se ter-

minant dans l'état stable, dans l'état C, ce qui conduit à une flèche allant de B vers C Un déplacement horizontal

dans l'état C vers l'état instable 4 à partir de l'état sta-

ble I conduit à un mouvement vers l'état stable O dans D, et une flèche est tracée de C à D Dans l'état D, un déplacement horizontal de l'état stable G vers l'état instable 5 produit une transition verticale vers l'état stable Qdans l'état 2 et vers l'état stable dans l'état F, comme indiqué par les deux flèches partant de D L'état E est adjacent à D par un mouvement horizontal vers l'état instable 4 à partir de l'état stable @, et par une transition verticale résultante vers l'état stable, avec une flèche de E à D Un mouvement horizontal de l'état stable @vers l'état instable 2 et une

transition verticale vers l'état stable dans l'état B indi-

quent une contiguïté qui permet de tracer une flèche de l'état F vers l'état B Un mouvement horizontal de l'état

stable D vers l'état instable 7 dans l'état C, avec une tran-

sition verticale vers l'état stable(D dans l'état A est exigé, mais du fait qu'on ne peut pas avoir simultanément la contiguïté entre l'état A et l'état B, entre B et C et-entre C et A, on utilise un état quasi- stable A' pour rompre la chaîne. L'état A' est adjacent à la fois à A et C et on réalise donc une transition de l'état A vers l'état C en effectuant tout d'abord une transition vers A' On établit également un quasi-état E' du fait que l'état F ne peut pas être adjacent à B, D à F et F à E au même moment Les six états de la Matrice Réduite ont été augmentés jusqu'à huit par l'addition des deux quasi-états A' et E', ce qui est dans la limite de 8 imposée lorsqu'on utilise trois signaux de réaction, et les états ont été arrangés de façon qu'une seule variable d'état puisse changer à un instant donné,

comme l'exige un fonctionnement asynchrone On peut commodé-

ment réarranger le diagramme de contiguïté de la manière

ci-dessous.

E ' "_ F >B Au

E J 6-C Dû A

Le diagramme de contiguïté réarrangé permet d'effectuer une affectation de variables X, Y, Z sous forme binaire, par une Affectation d'Etats dans une table de

Karnaugh à 3 variables Les variables d'état X, Y, Z intro-

duisent une mémoire dans la machine par la définition de son état présent Les variables sont identifiées à chaque état dans l'Affectation d'Etats, de façon qu'il n'y ait qu'un seul changement de variable dans le transfert entre

des états adjacents, comme indiqué ci-dessous.

Xy z Y \

O O E' F B A

1 E D C A'

Du fait que la machine asynchrone utilise les signaux de vitesse et de référence en plus des variables d'état X, Y, Z,' une table de Karnaugh à 5 variables est nécessaire pour la conception de cette machine sous la forme d'une Matrice d'Excitation, comme indiqué ci-dessous. Z X A Y B 01 001 000 xxx 100 i 1 xxx xxx 111 100 110 xxx 01 11 il z

A Y

B O 1 001 xxx 101 100 l 1 001 OO 1 111 xxx xxx Les variables d'état X, Y, Z correspondant à celles de l'Affectation d Y Etats sont portées en haut de la Matrice, tandis que des séquences binaires des signaux de référence

A et de vitesse B sont portées le long des côtés et corres-

pondent aux séquences des colonnes dans la Matrice Réduite.

L'affectation d'étatsdes variables X, Y, Z pour l'état E est 001, comme dans l'Affectation d'Etats, et correspond à une première colonne de la Matrice d'Excitation de droite, ayant la même variable 001 pour les variables X, Y, Z Par conséquent, chacun des huit états qui est indiqué dans les Affectations d'Etats est identifié à une colonne de la xxx xxx xxx

Matrice d'Excitation qui englobe quatre cellules.

Une fois que l'état de la machine est défini dans la Matrice d'Excitation par les variables X, Y et Z et quatre cellules, on sélectionne l'une particulière des quatre, par l'une quelconque des quatre séquences de signaux de référence et de vitesse qui sont indiquées dans sa colonne gauche Le contenu de chaque cellule représente un état suivant de la machine, après que la séquence de signaux de vitesse et de référence a changé, et est identifié par des variables X 1, Y 1, Zl Pour indiquer le contenu de l'état E dans la première

colonne de la Matrice de droite, on se réfère aux Affecta-

tions d'Etats et à la Matrice Réduite Dans l'état E de la Matrice Réduite, figurent trois états stables D, 39 et(Det un état instable 4, qui devient stable dans l'état D L'état stable O se rapporte à la colonne 00 dans la Matrice Réduite et dans la première ligne de la Matrice d'excitation, et il correspond aux variables 001, d'après les Affectations d'Etats La représentation binaire de 001 ou XI, Y 1, Zl est contenue dans la première cellule de l'état E de la Matrice d'Excitation, et indique qu'elle est identique à celle de la variable d'état X, Y, Z représentée par les identificateurs externes 001 de la Matrice d'Excitation Si l'état courant de la machine est représenté par les variables X, Y, Z et si celles-ci sont égales aux variables X 1, Y 1, Zi, l'état suivant de la machine est stable et représente l'état stable Pour l'état stable dans l'état E, la séquence

de vitesse et de référence est 01, ce qui identifie la secon-

de ligne, première colonne de la Matrice d'Excitation Le contenu de la cellule demeure 001, du fait que la machine demeure inchangée lorsqu'elle effectue une transition de l'état stable vers l'état stable(-" Dans la troisième cellule de la Matrice d'Excitation, le contenu demeure 001

* du fait que la machine demeure inchangée au cours d'un trans-

fert entre l'état stable et l'état stable S En se référant

aux Affectations d'Etats, on note que le contenu de la qua-

trième cellule dans l'état E passe de 011 à 011, du fait que

dans le transfert de l'état stable ouvers l'état insta-

ble 4, la machine devient instable et les variables X, Y, Z ne correspondent pas à Xl, Y 1, Zl La machine devient stable dans l'état D, comme indiqué par la Matrice Réduite, et dans une cellule adjacente de la seconde colonne, quatrième ligne, o le contenu est également 011 La stabilité est indiquée dans l'état D de la Matrice d'Excitation par l'état courant de la machine, représenté par des identificateurs de colonne 011 (X, Y, Z) qui sont égaux au contenu 011 (X 1, Y 1, Zl) de la cellule On établit d'une manière similaire les

contenus des autres cellules.

La Matrice d'Excitation permet d'écrire les équa-

tions booléennes à partir desquelles on réalise le matériel pour la machine séquentielle asynchrone, et ces équations sont les suivantes

X 1 =XZ+AZ+ BX

Y 1 =AB+AXY+BXY

Z 1 =XY+BXY+AYZ+AXZ

SORTIE=X

La variable Xl qui est le premier bit du groupe de trois

bits dans une cellule est obtenue en recherchant une confi-

guration correspondant au plus grand groupe de cellules con-

tiguës dans les deux blocs d'Excitation, ayant la valeur un

dans la première position ou position X Dans le bloc de gau-

che, le plus grand groupe de uns dans la première position de bit est dans les deux colonnes de droite, o on trouve sept

uns Une cellule comporte un x ou une condition d'indiffé-

rence dans la première position de bit, ce qui indique que ce bit peut être un zéro ou un un, ce qui fait qu'un bloc de huit cellules contiguës comporte un un dans la première posi tion de bit Une équation booléenne minimale décrivant ce

bloc est XZ, du fait que X et Z sont les seuls identifica-

teurs communs de ce groupe Cette expression représente une porte logique ET, ce qui fait que lorsque X est un un binaire

et Z est un zéro binaire, la fonction Xl sera un un binaire.

On trouve un autre groupe de huit uns dans la première posi-

tion de bit du bloc d'Excitation de gauche, dans les lignes trois et quatre, dans lesquelles les x sont considérés comme des uns, et l'expression booléenne minimale s'écrit AZ, du fait que A et Z sont communs à ce groupe Dans le bloc d'Excitation de droite, un groupe de quatre cellules ayant

un un dans la première position de bit-se trouve à l'inter-

section des troisième et quatrième colonnes avec les seconde et troisième lignes On trouve un autre groupe similaire de uns dans la même position du bloc de gauche Du fait que la

table de Karnaugh comprend cinq variables, on peut superpo-

ser l'un sur l'autre les blocs de gauche et de droite et on

peut écrire une expression booléenne minimale BX La fonc-

tion Xl est équivalente à une fonction logique OU et elle est égale à un unbinaire si l'une quelconque des fonctions

ET XZ, AZ ou BX est égale à un On obtient de façon similai-

re les variables Y 1 et Zl.

On établit l'expression pour un signal de sortie correspondant au signal de sortie de la figure 2 C en notant dans-la Matrice de Transitions Primitive qu'on obtient un signal de sortie un pour les états stables ,, @, et 0, et ces états correspondent aux états D, E et F dans la Matrice Réduite On obtient un signal de sortie à l'état

zéro pour les états stables 0, , D, et qui corres-

pondent aux états A, B et C En considérant les Affectations d'Etats, on note que les états D, E et F apparaissent dans la partie gauche tandis que les états A, B et C apparaissent dans la partie droite En examinant les variables X, Y, Z, on voit que le signal de sortie devient un un pour X. La figure 6 représente une machine séquentielle asynchrone utilisant des circuits de portes pour mettre en

oeuvre les équations booléennes établies pour Xl, Y 1 et Zl.

Pour produire la variable Xl, on applique les termes logiques A, B, X et Z aux entrées de portes NON-ET 70, 71 et 72, de

type 54 LSOO, et les signaux de sortie respectifs de ces por-

tes deviennent des signaux d'entrée d'une porte NON-ET 73,

de type 54 L 510 représentée avec un autre symbolisme Une sor-

tie marquée d'un cercle (inversion) de la porte 70, connectée à une entrée marquée d'un cercle de la porte 73, annulent leurs effets et, par conséquent, si les deux variables de termes XZ, AZ ou BX sont à l'état haut, n'importe laquelle des portes 70, 71 ou 72 produit un signal de sortie à l'état bas qui est appliqué à la porte 73 Lorsque l'un quelconque des signaux d'entrée de la porte 73 est à l'état bas, son signal de sortie est à l'état haut Un signal Xl à l'état haut renvoyé vers des inverseurs 83 et 84 branchés en série

fait passer la variable X à l'état haut, et le signal de sor-

tie X à l'état bas, après passage par l'inverseur 83 Les termes logiques A, B, X, X et Y sont appliqués à des portes NON-ET 79, 80, 81, parmi lesquelles les portes 80, 81 sont du type 54 L 510, dont les signaux de sortie sont appliqués à une porte NON-ET 82 pour produire la variable Y 1 Les termes logiques A, B, X, X, Y, Y et Z sont appliqués à des portes NONET 74, 75, 76 et 77 dont les signaux de sortie sont appliqués aux entrées d'une porte NON-ET 78, du type 54 L 520,

pour produire la variable ZM Les variables Y 1, Zl sont ren-

voyéesen tant que signaux d'entrée vers des chaînes respecti-

ves comprenant des inverseurs 85, 86 et 87, 88 On utilise les chaînes d'inverseurs en circuits séparateurs de sortie et elles produisent des signaux de sortie X, X, Y, Y, Z et Z qui représentent l'état courant de la machine Les signaux Xl, Y 1 et Zl sont renvoyés avec un retard de propagation d'environ

quarante nanosecondes.

Les signaux de référence A et de vitesse B qui sont produits conformément au circuit des figures 3 et 4 sont respectivement appliqués aux chaînes d'inverseurs 89, 90 et 91, 92, et les signaux de sortie A, A, B et B sont appliqués en tant que signaux d'entrée aux portes NON-ET, pour produire

les variables Xl, Y 1 et ZM La machine séquentielle fonction-

ne de la manière qui a été définie dans la Matrice de Transi-

tions Primitive et conformément aux séquences de vitesse et de référence des figures 2 A-2 C.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour détecter une survitesse dans un organe tournant, caractérisé en ce que: (a) on produit un signal pratiquement symétrique (B) correspondant à la vitesse de l'organe tournant; (b) on produit un signal de référence asymétrique (A); et (c) on compare les signaux de vitesse et de différence pour indiquer une survitesse ou l'absence de survitesse.

2 Procédé de détection de survitesse dans un orga-

ne tournant, caractérisé en ce que: (a) on met en forme un

signal de vitesse (B) produit par l'organe tournant pour obte-

nir des périodes d'état actif et d'état inactif pratiquement égales; (b) on met en forme un signal de référence (A) pour obtenir des périodes d'état actif et d'état inactif inégales, avec la période d'état inactif de plus longue durée que la période d'état actif; et (c) on compare les périodes d'état

actif et d'état inactif des signaux de vitesse et de réfé-

rence, pour déterminer la présence d'une condition de survitesse par le fait que la période d'état actif du signal de référence englobe la période d'état actif du signal de

vitesse, et pour déterminer la fin d'une condition de survi-

tesse par le fait que la période d'état inactif du signal de

vitesse englobe la période d'état inactif du signal de réfé-

rence. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue l'opération de comparaison de façon asynchrone. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une opération qui consiste à produire

un signal d'unpr"emier niveau pour indiquer un point d'enclen-

chement lorsque la période d'état actif du-signal de réfé-

rence englobe la période d'état actif du signal de vitesse, et un signal d'un second niveau pour indiquer un point de déclenchement lorsque la période d'état inactif du signal de

vitesse englobe la période d'état inactif du signal de réfé-

rence. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une opération dans laquelle les signaux des premier et second niveauxde point d'enclenchement/décle-nche- ment sont appliqués à un dispositif de commande de carburant

d'une turbomachine pour réduire la condition de survitesse.

6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une opération dans laquelle on peut faire

varier indépendamment les points d'enclenchement/déclenche-

ment en réglant la durée des périodes d'état actif et d'état

inactif du signal de référence pour obtenir une hystérésis.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une opération dans laquelle on obtient un point d'enclenchement plus élevé en raccourcissant la durée de la période d'état actif du signal de référence, et o n obtient un point d'enclenchement plus bas en allongeant la

période d'état actif du signal de référence.

8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à déplacer les points d'enclenchement/déclenchement pour faire un test de

bon fonctionnement avant l'utilisation normale.

9 Procédé de détection de survitesse dans un

organe tournant, caractérisé en ce qu'il comprend les opéra-

tions suivantes: (a) on produit un signal symétrique (B) dont la fréquence est fonction de la vitesse de l'organe tournant, et qui comporte des périodes d'état actif et d'état inactif d'égale durée; (b) on produit des premier et second signaux de période de référence, prédéterminés et non symétriques; (c) on compare de façon asynchrone le signal de vitesse avec les premier et second signaux de période de référence; (d) on détermine un point d'enclenchement lorsque le premier signal de période de référence présente une transition positive avant une transition positive de la période d'état actif du signal de vitesse, et une transition négative après une transition négative de la période d'état actif du signal de vitesse; et (e) on détermine un point de déclenchement lorsque le signal de vitesse, dans sa période d'état inactif, présente une transition négative avant une transition négative du second signal de période de référence, et une transition positive après une transition positive du signal de période de référence, les points d'enclenchement et de déclenchement étant mutuellement séparés pour établir une hystérésis. 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on produit le signal de vitesse symétrique (B) en mettant en forme un signal sinusoïdal représentatif de la vitesse de rotation, pour le transformer en un signal carré

ayant pratiquement un rapport cyclique de 50 %.

11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on peut déterminer indépendamment les points de fréquence d'enclenchement et de déclenchement en mettant en

forme les premier et second signaux de période de référence.

12 Système de détection de survitesse pour un organe tournant, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens ( 20, 16) destinés à produire un signal de fréquence correspondant à une vitesse de l'organe tournant; (b) des moyens ( 12, 14, 24) destinés à produire des premier et second signaux de période de référence, avec la première

période plus courte que la seconde période; (c) un compara-

teur de fréquence asynchrone ( 18) destiné à recevoir à la fois les signaux de période de référence et le signal de fréquence de vitesse de rotation; et (d) le comparateur de fréquence produit un signal d'un premier niveau de sortie pour indiquer une survitesse en rotation lorsque le signal de vitesse est comparé au premier signal de période de référence, et il produit un signaldtun second niveau de sortie lorsque le signal de vitesse est comparé au second signal de période de

référence, pour indiquer une absence de la condition de sur-

vitesse.

13 Système de détection de survitesse selon la revendication 12, caractérisé en ce que le comparateur de

fréquence ( 18) consiste en une machine séquentielle asynchro-

ne à états finis.

14 Système de détection de survitesse selon la revendication 12, caractérisé en ce que les signaux des premnier et second niveauxde sortie sont appliqués à des moyens de correction et de régulation de la condition de survitesse

( 21).

15 Système de détection de survitesse selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'organe tournant

consiste en un rotor de turbomachine.

16 Système de détection de survitesse selon la revendication 15, caractérisé en ce que les signaux des premier

et second niveaux de sortie sont appliqués à un dis-

positif de commande d'alimentation en carburant ( 21) d'une

turbomachine, pour réduire la condition de survitesse.

17 Système de détection de survitesse selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens destinés à produire les signaux de période de référence comprennent

un compteur numérique ( 12).

18 Système de détection de survitesse selon la

revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un géné-

rateur ( 24) destiné à produire des premières et secondes données à charger dans le compteur ( 12) pour produire les

premier et second signaux de période de référence.

19 Système de détection de survitesse selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte une bascule ( 42) ayant des premier et second états qui est connectée au générateur de façon à modifier son signal de

sortie pour qu'il produise les première et seconde données.

Système de détection de survitesse selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 46-49) qui sont connectés au générateur ( 24) pour qu'il produise des troisième et quatrième signaux de période

2-537283

de référence qui sont respectivement plus longs que les pre-

mier et second signaux de période de référence, pour tester

le système.