FR2751416A1 - Surveillance de l'usure de contacts electriques frottants et son application a la maintenance selon l'etat et/ou predictive d'un dispositif a contacts electriques frottants - Google Patents
Surveillance de l'usure de contacts electriques frottants et son application a la maintenance selon l'etat et/ou predictive d'un dispositif a contacts electriques frottants Download PDFInfo
- Publication number
- FR2751416A1 FR2751416A1 FR9608944A FR9608944A FR2751416A1 FR 2751416 A1 FR2751416 A1 FR 2751416A1 FR 9608944 A FR9608944 A FR 9608944A FR 9608944 A FR9608944 A FR 9608944A FR 2751416 A1 FR2751416 A1 FR 2751416A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- contact
- wear
- electrical
- rubbing
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
- H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
- G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
- G01R31/3275—Fault detection or status indication
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
Abstract
Le procédé de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant (11) d'un balai (10) contre une piste (8) mobile par rapport au balai comprend la mesure (12, 13) de la résistance électrique de ce contact (11), la délivrance d'un signal image de cette résistance, le suivi de ses variations, l'élaboration d'un signal de référence significatif d'une usure du contact (11), la comparaison du signal image au signal de référence et la déduction d'un signal d'usure du contact (11) résultant de cette comparaison. La résistance est mesurée par le rapport des variations de tension (13) aux bornes du contact (11) aux variations d'intensité (12) traversant ce contact. Application à la maintenance selon l'état et/ou prédictive de toute machine électrique à contacts frottants rotatifs ou linéaires, notamment des collecteurs tournants de rotors d'hélicoptères.
Description
"SURVEILLANCE DE L'USURE DE CONTACTS ELECTRIQUES FROTTANTS
ET SON APPLICATION A LA MAINTENANCE SELON L'ETAT ET/OU
PREDICTIVE D'UN DISPOSITIF A CONTACTS ELECTRIQUES FROTTANTS"
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant d'au moins un balai électriquement conducteur, contre au moins une piste électriquement conductrice qui est mobile par rapport au balai ou inversement, selon un mouvement relatif de rotation ou translation.
ET SON APPLICATION A LA MAINTENANCE SELON L'ETAT ET/OU
PREDICTIVE D'UN DISPOSITIF A CONTACTS ELECTRIQUES FROTTANTS"
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant d'au moins un balai électriquement conducteur, contre au moins une piste électriquement conductrice qui est mobile par rapport au balai ou inversement, selon un mouvement relatif de rotation ou translation.
L'invention concerne également une application du procédé de surveillance de l'usure d'un contact électrique frottant à la maintenance selon l'état et/ou prédictive d'un dispositif comportant au moins un tel contact entre au moins deux éléments électriquement conducteurs et mobiles l'un par rapport à l'autre.
On sait que de nombreux dispositifs et machines électriques comportent en général plusieurs contacts électriques frottants, du type général mentionné ci-dessus, constitués chacun par la coopération d'un balai, du type à charbon ou à cil(s) frotteur(s) et fixé sur un support porte-balai, avec une piste fixée sur un support porte-piste et présentant un revêtement électriquement conducteur, par exemple en or ou en argent, et contre lequel le balai frotte avec une vitesse et un sens déterminés de défilement relatif du balai contre la piste, du fait que les deux supports sont mobiles l'un par rapport à l'autre.
Il en est en particulier ainsi de nombreuses machines électriques tournantes, tels que moteurs électriques, alternateurs, générateurs, convertisseurs tournants et collecteurs tournants, sur lesquelles les contacts électriques frottants sont rotatifs et les pistes électriquement conductrices aménagées en bagues, dont le nombre ainsi que le nombre des balais sont choisis en fonction de la puissance électrique, ou du nombre de signaux de commande ou de mesure à transférer entre les deux supports porte-balais et porte-bagues, dont l'un, appelé rotor, est monté en rotation en général grâce à des roulements sur l'autre, appelé stator.
On sait que les deux éléments électriquement conducteurs et relativement mobiles qui forment un contact électrique frottant, à savoir un balai et une bague, peuvent se trouver indifféremment l'un sur le rotor et l'autre sur le stator.
Il existe également des dispositifs et machines électriques équipés de contacts électriques frottants pour lesquels les balais et les pistes sont animés de mouvements relatifs de translation rectilignes avec des vitesses, courses et fréquences de translation, notamment dans des collecteurs rectilignes, qui peuvent être constantes ou variables, selon les applications de tels collecteurs rectilignes.
De même, dans les machines électriques tournantes, notamment les collecteurs rotatifs, la vitesse et/ou le sens de rotation peuvent être constants ou variables.
On sait également que les dispositifs et machines électriques à contacts frottants tels que mentionnés cidessus équipent de nombreuses installations fixes ou mobiles, des engins, des véhicules terrestres, marins ou aériens, et notamment des avions et hélicoptères, sur lesquels ces dispositifs et machines font l'objet actuellement d'une maintenance préventive ou programmée qui, pour des raisons de sécurité, est particulièrement rigoureuse, contraignante et coûteuse.
A titre d'exemple, les hélicoptères actuels équipés de systèmes électriques de dégivrage ou d'anti-givrage par chauffage par effet Joule des pales de leurs rotors sont équipés de collecteurs électriques tournants sur le rotor principal comme sur le rotor arrière. La principale fonction d'un tel collecteur tournant est de transmettre un ou plusieurs signaux électriques entre le réseau électrique de bord, sur une partie fixe à savoir la structure de l'héli- coptére, via le stator du collecteur, vers une partie tournante à savoir les pales, via le rotor du collecteur.
Ces signaux électriques comprennent des signaux de puissance, pour l?alimentation électrique des résistances chauffan- tes des systèmes de dégivrage ou d'anti-givrage, et peuvent comprendre des signaux de commande d'actionneurs, de régulateurs et autres composants électriques montés sur les pales.
Une fonction accessoire d'un tel collecteur tournant peut être de transmettre un ou plusieurs signaux électriques de mesure entre la partie tournante, à savoir les pales, via le rotor du collecteur, vers la partie fixe, à savoir la structure de l'hélicoptère, via le stator de ce collecteur.
Du fait des frottements entre les éléments conducteurs fixe et mobile formant chaque contact frottant, ces collecteurs subissent une usure, et sont en conséquence soumis à des vérifications et actions de maintenance périodiques, dont les périodes sont variables en fonction notamment du courant débité et de la vitesse linéaire ou tangentielle du contact rectiligne ou rotatif, et de la technologie employée pour réaliser le revêtement conducteur des pistes ou bagues et assurer la coopération entre ces dernières et les balais, de façon à permettre un passage optimal du courant.
Typiquement, une maintenance programmée de tels collecteurs tournants peut comprendre une vérification, au moyen d'une valise de maintenance comportant les moyens de mesure nécessaires, de la continuité électrique des contacts frottants après un potentiel d'heures déterminé, par exemple toutes les 1.600 heures, pour le collecteur du rotor principal ou arrière, et complétée par un dépoussiérage des bagues et balais du collecteur tournant pour le rotor arrière (en raison de sa vitesse de rotation supérieure à celle du rotor principal) après épuisement d'un autre potentiel d'heures, par exemple toutes les 400 heures de fonctionnement.
I1 en résulte des coûts élevés d'exploitation et de maintenance, en raison de l'indisponibilité des hélicoptères due aux inspections périodiques des collecteurs, des déposes injustifiées des collecteurs pour vérification, après constat de leur bon état de fonctionnement, ce qui alourdit la gestion des stocks, et des moyens humains et matériels importants nécessaires, qui se traduisent par un nombre élevé d'heures de maintenance pour chaque heure de vol de l'hélicoptère.
Le problème à la base de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de surveillance de l'usure des contacts électriques frottants, notamment de tels collecteurs, pour réduire les coûts d'exploitation et de maintenance, en optimisant les aspects opérationnels et logistiques par la suppression des inspections périodiques, des déposes injustifiées après constat de bon état des contacts frottants, et en ne replaçant tout élément défaillant qu'à bon escient, tout en réduisant simultanément les moyens humains et matériels nécessaires à la maintenance, par la réduction en particulier du nombre d'heures de maintenance par heure de vol, et en améliorant ainsi doublement la disponibilité des hélicoptères, sans compromettre leur sécurité, voire même en contribuant à son amélioration.
Un but de l'invention est donc de s'affranchir de la maintenance préventive programmée, actuellement pratiquée, pour adopter une maintenance non programmée, par l'utilisation optimale des techniques de tests intégrés et de surveillance automatisée, sur hélicoptère et, plus généralement, sur tout engin, véhicule ou installation équipé de machine électrique à contact frottant, et/ou une maintenance prédictive, qui conduit l'utilisateur, chaque fois que cela est nécessaire, à anticiper la panne avant sa survenance par la détection et le traitement de signes avant-coureurs du défaut.
Après analyse, les principaux défauts des machines électriques à contacts frottants, telles que collecteurs, sont
- une perte d'isolement, souvent liée à la pénétration d'un fluide (eau, huile, carburant), due à l'absence d'étanchéité ou à l'usure des joints d'étanchéité entre des pièces en mouvement relatif, telles que le stator et le rotor,
- la rupture du circuit électrique, dont la détection, s'il s'agit d'une rupture non liée à l'usure, peut se faire par un contrôle de la tension et/ou courant sur une partie statique, en supposant que cette rupture implique un courant nul et donc une tension nulle,
- un défaut des roulements par lesquels le rotor est monté en rotation par rapport au stator, l'usure ou le défaut spécifique de ces roulements pouvant entraîner leur surchauffe, limitant ainsi la lubrification, ce qui accentue le phénomène de dégradation, ou une vibration anormale, habituellement détectée par les techniques usuelles d'analyse de signaux accélérométriques : dans le cas d'un collecteur rotatif pour rotor d'hélicoptère, ce collecteur n'est que très faiblement soumis aux charges axiales et radiales, en raison de ses fonctions, de sorte que ses phénomènes vibratoires internes sont peu sensibles et bien inférieurs au niveau vibratoire environnant, et que les techniques de traitement associées peuvent difficilement discriminer les symptômes vibratoires intrinsèques et extrinsèques au collecteur,
- l'usure des contacts frottants, qui dépend de la vitesse des déplacements relatifs des deux parties formant chaque contact, des intensités des courants qui les traversent, du nombre de balais en contact avec une même piste et de la technologie adoptée pour le revêtement conducteur des pistes et la géométrie des éléments formant le contact frottant : dans le cas d'une technologie argent, dans laquelle chaque balai de forme génerale parallélépipédique frotte à plat par une face latérale contre une piste plane ou une bague cylindrique à revêtement d'argent, on sait que le balai s'use avant la piste ou la bague, tandis que dans une technologie or, dans laquelle chaque balai en forme de cil cylindrique en appui élastique dans une gorge en V à parois revêtues d'or et ménagées dans la piste ou la bague, le revêtement conducteur de la piste ou de la bague s'use avant le balai, la dégradation du contact étant brutale en fin de vie.
- une perte d'isolement, souvent liée à la pénétration d'un fluide (eau, huile, carburant), due à l'absence d'étanchéité ou à l'usure des joints d'étanchéité entre des pièces en mouvement relatif, telles que le stator et le rotor,
- la rupture du circuit électrique, dont la détection, s'il s'agit d'une rupture non liée à l'usure, peut se faire par un contrôle de la tension et/ou courant sur une partie statique, en supposant que cette rupture implique un courant nul et donc une tension nulle,
- un défaut des roulements par lesquels le rotor est monté en rotation par rapport au stator, l'usure ou le défaut spécifique de ces roulements pouvant entraîner leur surchauffe, limitant ainsi la lubrification, ce qui accentue le phénomène de dégradation, ou une vibration anormale, habituellement détectée par les techniques usuelles d'analyse de signaux accélérométriques : dans le cas d'un collecteur rotatif pour rotor d'hélicoptère, ce collecteur n'est que très faiblement soumis aux charges axiales et radiales, en raison de ses fonctions, de sorte que ses phénomènes vibratoires internes sont peu sensibles et bien inférieurs au niveau vibratoire environnant, et que les techniques de traitement associées peuvent difficilement discriminer les symptômes vibratoires intrinsèques et extrinsèques au collecteur,
- l'usure des contacts frottants, qui dépend de la vitesse des déplacements relatifs des deux parties formant chaque contact, des intensités des courants qui les traversent, du nombre de balais en contact avec une même piste et de la technologie adoptée pour le revêtement conducteur des pistes et la géométrie des éléments formant le contact frottant : dans le cas d'une technologie argent, dans laquelle chaque balai de forme génerale parallélépipédique frotte à plat par une face latérale contre une piste plane ou une bague cylindrique à revêtement d'argent, on sait que le balai s'use avant la piste ou la bague, tandis que dans une technologie or, dans laquelle chaque balai en forme de cil cylindrique en appui élastique dans une gorge en V à parois revêtues d'or et ménagées dans la piste ou la bague, le revêtement conducteur de la piste ou de la bague s'use avant le balai, la dégradation du contact étant brutale en fin de vie.
L'idée à la base de l'invention est d'utiliser l'usure des contacts frottants comme paramètre particulièrement intéressant, reflétant l'état de la machine électrique, car ce paramètre constitue un unique symptôme représentant une synthèse des principales causes de défaut, qui sont non seulement la dégradation du frottement entre les parties fixe et mobile du contact électrique, mais également la rupture du circuit électrique et les défauts mécaniques comme les usures des roulements et les désalignements des parties fixes et mobiles, comme mentionné ci-dessus.
En outre, dans le temps, il apparait que l'usure des contacts frottants est le premier symptôme observable.
Afin d'appréhender cette usure avant qu'elle n'ait des conséquences graves, le principe à la base du procédé de l'invention consiste à effectuer une mesure instantanée de la résistance du contact électrique entre les deux pièces dont l'une est fixe et l'autre mobile, en rotation ou en translation, cette mesure faisant apparaitre des variations, appelées "bruit électrique", dont le niveau varie, comme déjà dit, selon la technologie employée pour le revêtement conducteur de la piste et la géométrie du balai et de la piste, la vitesse relative de frottement du balai contre la piste, l'intensité du courant débité ainsi que sa nature, continue ou alternative, et dans ce dernier cas sa fréquence, et le nombre de balais en contact sur une même piste.
A cet effet, le procédé selon l'invention pour la surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant du type précité, se caractérise en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer la résistance électrique dudit contact frottant, à délivrer au moins un signal image de la résistance mesurée, à suivre les variations dudit signal image, à élaborer au moins un signal de référence, significatif d'une usure dudit contact frottant, à comparer ledit signal image audit signal de référence, et à déduire au moins un signal d'usure dudit contact frottant de ladite comparaison dudit signal image audit signal de référence.
Avantageusement, l'étape de mesure de la résistance électrique du contact frottant comprend la mesure des variations de courant électrique traversant ledit contact frottant, la mesure des variations de tension aux bornes dudit contact frottant, et l'évaluation de la résistance électrique par le calcul du rapport de la tension au courant. Ainsi, toutes les techniques usuelles d'acquisition, de traitement et de restitution, qu'elles soient analogiques ou numériques, sont exploitables pour la mise en oeuvre de cette mesure.
Comme la valeur de cette résistance augmente sensiblement avec la durée cumulée de fonctionnement d'un contact électrique frottant, et que la courbe exprimant cette résistance en fonction du temps, sur la durée de vie du contact électrique, présente un coude plus ou moins prononcé selon que le signal électrique transitant par ce contact est du type signal de puissance ou petit signal de commande ou de mesure, on comprend que le choix judicieux d'un seuil de résistance ou de sa variation dans le temps, ou de "bruit électrique" admissible, permet d'anticiper la rupture brutale du contact frottant.
Les différentes étapes du procédé peuvent être mises en oeuvre de manière périodique, mais dans ce cas avec une fréquence telle que la dégradation rapide en fin de vie du contact frottant ne risque pas d'échapper à la surveillance.
Pour cette raison, et dans les applications où la sécurité est primordiale, il est avantageux que le procédé consiste à effectuer en continu les étapes consistant à mesurer la résistance électrique dudit contact frottant, à délivrer ledit signal image, à suivre ses variations et à effectuer sa comparaison audit signal de référence.
Comme mentionné ci-dessus, l'étape de comparaison peut comprendre au moins une comparaison de la valeur absolue dudit signal image à au moins un signal de référence, élaboré sous la forme d'un seuil de résistance, significatif d'un état d'usure dudit contact. Mais cette étape de comparaison peut également comprendre au moins une comparaison de variations, dans le temps, de la valeur du signal image à au moins un signal de référence élaboré sous la forme d'un seuil de pente de résistance, significatif de l'évolution de l'usure dudit contact. Bien entendu, l'étape de comparaison peut être double, et comprendre au moins une comparaison de la valeur absolue du signal image à au moins un seuil de résistance ainsi qu'au moins une comparaison de variations de valeur du signal image à au moins un seuil de pente de résistance, si l'on recherche une maintenance à la fois selon l'état et prédictive.
Pour affiner le suivi de l'évolution de l'usure d'un contact frottant en cours de service, il est également possible que l'étape de comparaison comprenne au moins une comparaison dudit signal image à au moins un signal de référence auquel on aura fait subir des techniques classiques de traitement du signal, par exemple élaboré par apprentissage sous la forme d'un enregistrement de signaux image antérieurs, dûment traités, notamment filtrés et moyennés.
Pour la mise en oeuvre du procédé présenté cidessus, l'invention propose également un dispositif de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant, qui se caractérise en ce qu'il comprend
- des moyens de mesure de l'intensité du courant traversant ledit contact frottant,
- des moyens de mesure de la tension aux bornes dudit contact frottant,
- des moyens de calcul de la résistance électrique dudit contact frottant et d'élaboration d'un signal image de ladite résistance,
- des moyens d'élaboraion d'au moins un signal de référence, significatif d'une usure dudit contact frottant,
- des moyens de comparaison dudit signal image audit signal de référence, et
- des moyens générant un signal d'usure dudit contact frottant.
- des moyens de mesure de l'intensité du courant traversant ledit contact frottant,
- des moyens de mesure de la tension aux bornes dudit contact frottant,
- des moyens de calcul de la résistance électrique dudit contact frottant et d'élaboration d'un signal image de ladite résistance,
- des moyens d'élaboraion d'au moins un signal de référence, significatif d'une usure dudit contact frottant,
- des moyens de comparaison dudit signal image audit signal de référence, et
- des moyens générant un signal d'usure dudit contact frottant.
L'invention concerne également l'application du procédé tel que défini ci-dessus à la maintenance selon l'état et/ou prédictive d'un dispositif comportant au moins un contact électrique frottant entre au moins deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, tel qu'un collecteur, et qui se caractérise en ce qu'elle consiste à délivrer au moins un signal sur l'état d'usure et/ou anticipant la rupture dudit contact, au franchissement d'au moins un seuil significatif d'usure dudit contact par ledit signal image de sa résistance électrique. Dans cette application, le procédé de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant peut être mis en oeuvre sur un contact dédié, monté sur une voie électrique dédiée à ladite surveillance, et/ou sur un contact monté sur une voie électrique de puissance, de commande ou de mesure dudit dispositif comportant ledit contact.
L'invention propose ainsi un procédé de surveillance de l'usure d'un contact électrique frottant qui peut etre mis en oeuvre quelque soit le type de balai, à charbon ou à cils, le nombre de balais et le nombre de pistes, la puissance électrique à transférer, le matériau utilisé dans la fabrication de l'une ou l'autre partie du contact, que ce dernier soit rectiligne ou rotatif, et pour tout type de machine électrique, notamment tournante, comprenant au moins un contact électrique frottant entre deux pièces en mouvement relatif, dont l'une est fixe et l'autre animée d'un mouvement de rotation ou translation.
De même, le procédé de l'invention peut etre mis en oeuvre quel(le) que soit la vitesse relative du balai et de la piste, le sens de rotation dans le cas d'une machine tournante, la course et la fréquence de translation, dans le cas d'un collecteur rectiligne, et l'utilisation du balai comme partie fixe ou mobile du contact électrique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention découleront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'exemples de réalisation décrits en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 représente schématiquement un système de dégivrage de pales d'hélicoptère à tapis chauffant alimenté par l'intermédiaire d'un collecteur tournant,
- les figures 2, 3 et 3a représentent schématiquement l'implantation électrique des contacts frottants du collecteur et des tapis chauffant du système de la figure 1 respectivement pour un rotor principal, pour un rotor arrière, et pour un rotor sur lequel un signal de mesure vient d'une pale équipée d'un tapis chauffant,
- la figure 4 représente schématiquement un ensemble bague-balais de technologie or utilisable pour réaliser les contacts frottants des figures 2, 3 et 3a,
- la figure 5 représente un schéma de principe de la mesure du "bruit électrique" d'un ensemble bague-balais selon la figure 4,
- la figure 6 représente deux courbes de "bruit électrique" en fonction du temps, l'une pour des signaux de puissance et l'autre pour des signaux de commande,
- la figure 7 est une vue partielle analogue à la figure 4 pour un ensemble bague-balais selon la technologie argent,
- la figure 8 est un schéma d'un circuit de détection de l'usure des contacts frottants du collecteur des figures 1 à 3,
- la figure 9 est un schéma d'un autre circuit de surveillance de l'usure des contacts frottants dans un collecteur tournant à plusieurs contacts frottants en paral lèle sur le retour, et
- les figures lOa à 18b représentent différents enregistrements du "bruit électrique" pour différentes technologies de revêtements conducteurs, différentes vitesses de déplacement du contact et pour des nombres différents de balais en contact avec une même bague.
- la figure 1 représente schématiquement un système de dégivrage de pales d'hélicoptère à tapis chauffant alimenté par l'intermédiaire d'un collecteur tournant,
- les figures 2, 3 et 3a représentent schématiquement l'implantation électrique des contacts frottants du collecteur et des tapis chauffant du système de la figure 1 respectivement pour un rotor principal, pour un rotor arrière, et pour un rotor sur lequel un signal de mesure vient d'une pale équipée d'un tapis chauffant,
- la figure 4 représente schématiquement un ensemble bague-balais de technologie or utilisable pour réaliser les contacts frottants des figures 2, 3 et 3a,
- la figure 5 représente un schéma de principe de la mesure du "bruit électrique" d'un ensemble bague-balais selon la figure 4,
- la figure 6 représente deux courbes de "bruit électrique" en fonction du temps, l'une pour des signaux de puissance et l'autre pour des signaux de commande,
- la figure 7 est une vue partielle analogue à la figure 4 pour un ensemble bague-balais selon la technologie argent,
- la figure 8 est un schéma d'un circuit de détection de l'usure des contacts frottants du collecteur des figures 1 à 3,
- la figure 9 est un schéma d'un autre circuit de surveillance de l'usure des contacts frottants dans un collecteur tournant à plusieurs contacts frottants en paral lèle sur le retour, et
- les figures lOa à 18b représentent différents enregistrements du "bruit électrique" pour différentes technologies de revêtements conducteurs, différentes vitesses de déplacement du contact et pour des nombres différents de balais en contact avec une même bague.
Le procédé et le dispositif de l'invention sont décrits en référence à une application particulière, consistant à surveiller l'usure des contacts électriques frottants d'un collecteur rotatif dans une installation de dégivrage électrique des pales d'un rotor d'hélicoptère, comme représenté sur les figures 1 à 3a, pour assurer une maintenance selon l'état et/ou prédictive de ces collecteurs tournants.
Sur la figure 1, 1 désigne une ligne électrique du réseau de bord de l'hélicoptère, en courant triphasé de 115
V de tension et à une fréquence de 400 Hz pour l'alimentation d'un boîtier de puissance 2 implanté sur la structure de l'hélicoptère. A partir de ce boîtier de puissance 2, des tapis chauffants 3, implantés chacun sur une pale d'un rotor de l'hélicoptère, sont alimentés en courant continu à 270 V par l'intermédiaire d'un collecteur tournant 4, de toute structure classique appropriée, comprenant un stator relié au boîtier 2 par un câble 5 à au moins deux conducteurs, et comprenant également un rotor monté en rotation sur le stator par des roulements et relié aux tapis chauffants 3 par des câbles électriques à au moins deux conducteurs 6.
V de tension et à une fréquence de 400 Hz pour l'alimentation d'un boîtier de puissance 2 implanté sur la structure de l'hélicoptère. A partir de ce boîtier de puissance 2, des tapis chauffants 3, implantés chacun sur une pale d'un rotor de l'hélicoptère, sont alimentés en courant continu à 270 V par l'intermédiaire d'un collecteur tournant 4, de toute structure classique appropriée, comprenant un stator relié au boîtier 2 par un câble 5 à au moins deux conducteurs, et comprenant également un rotor monté en rotation sur le stator par des roulements et relié aux tapis chauffants 3 par des câbles électriques à au moins deux conducteurs 6.
Dans le collecteur 4, le transfert du courant entre le stator et le rotor, pour l'alimentation d'un tapis 3 à partir du boîtier 2, ainsi qu'entre le rotor et le stator, pour le retour électrique, s'effectue dans chaque sens par un contact électrique frottant entre au moins un balai, porté par le stator ou le rotor, et une bague portée respectivement par le rotor ou le stator.
Sur le rotor principal (figure 2) chaque tapis chauffant 3 est alimenté cycliquement, par l'application de créneaux de tension d'amplitude sensiblement constante mais de rapport cyclique variable, c'est-à-dire que la durée des créneaux successifs est variable, deux créneaux successifs étant séparés d'un intervalle de temps sans alimentation.
Dans le collecteur 4 du rotor principal (figure 2), comme dans celui du rotor arrière (figure 3), les contacts électriques frottants sont schématiquement représentés en 7 et correspondent chacun à la coopération d'au moins un balai frottant contre au moins une bague conductrice. Pour le collecteur 4 du rotor principal (figure 2), un ensemble 7 de contacts frottants est prévu sur la voie d'alimentation électrique du tapis chauffant 3 de chaque pale, tandis que les contacts frottants 7 sur la voie de retour des tapis chauffants 3 vers le boîtier de puissance 2 sont communs à tous les tapis chauffants 3, et sont donc traversés par un courant pratiquement constant.
Par contre, dans le collecteur 4 du rotor arrière (figure 3), les tapis chauffants 3 sont alimentés en permanence, mais leur puissance d'alimentation varie en fonction des conditions de température extérieure. Par exemple, pour une température extérieure de - 30"C, la puissance peut être de 9 kW, le courant continu d'alimentation ayant une tension de 270 V et une intensité de 3,3 A, alors que pour une température extérieure de 0 C, la puissance peut être réduite à 0,2 kW, avec un courant continu d'alimentation d'une tension de 150 V et une intensité de 1,3 A.
Les ensembles à contacts frottants 7 des figures 2 et 3 peuvent, par exemple, être réalisés selon la technologie or (figure 4) ou la technologie argent (figure 7), ou toute autre technologie, en supposant, dans tous les cas, que chaque ensemble de contacts frottants 7 est constitué d'un ensemble, fixé sur le stator, à deux balais frottants contre une même bague conductrice fixée sur le rotor du collecteur 4.
Sur la figure 4, l'ensemble 7 de contacts frottants comprend une bague 8 rotative avec le rotor, revêtue d'un revêtement externe en or et reliée par soudure à l'un des fils électriques d'entrée ou de sortie du conducteur 6, tandis que l'un des fils électriques respectivement de sortie ou d'entrée du conducteur 5 est soudé au porte-balai 9, fixé au stator, et supportant deux balais 10 du type cil conducteur, dont chacun est constitué d'une fine baguette cylindrique électriquement conductrice, en appui élastique, par sa flexibilité naturelle, contre le revêtement conducteur de la bague 8, et plus précisément contre les parois d'une gorge en V ménagée dans la face externe de cette bague 8. Chaque cil-balai 10 forme ainsi un contact électrique frottant 11 contre la bague 8.
En technologie argent (figure 7), on retrouve une bague rotative 8', qui est cylindrique à revêtement conducteur d'argent sur sa face externe, contre laquelle frottent à plat deux balais 10', constitués chacun d'un charbon de forme sensiblement parallélépipédique à l'extrémité de l'une respectivement de deux lames métalliques inclinées en V, supportées par un porte-balai 9', et appliquant élastiquement les balais 10' contre la bague 8' pour former deux contacts électriques frottants 11'.
Dans les deux technologies, deux balais 10 ou 10' aux extrémités des branches d'un V sont en contact frottant contre une même bague conductrice 8 ou 8'.
Du fait des frottements entre les parties fixes et mobile, il se produit une usure qui, dans la technologie argent (figure 7), se manifeste d'abord par une usure des balais 10' puis par celle du revêtement conducteur de la bague 8', tandis que dans la technologie or (figure 4), la couche conductrice en or de la bague 8 s'use avant les balais en cils frotteurs 10.
Dans les deux cas, la dégradation des contacts électriques frottants li et 11' est brutale en fin de vie, et peut conduire à une rupture d'un balai 10 ou 10'. En général, cette rupture intervient après l'usure, mais cependant, on ne peut écarter un phénomène anormal lié, par exemple, à un défaut d'utilisation (court-circuit).
Pour appréhender cette usure avant qu'elle n'ait des conséquences graves (défaillance du collecteur 4), on mesure la valeur instantanée de la résistance des contacts électriques frottants 11 ou 11' entre la bague 8 ou 8' et les balais 10 ou 10', à l'aide du circuit de principe de la figure 5, représenté appliqué à un ensemble bague-balais de technologie or (figure 4).
A l'aide d'un ampèremètre 12 sur le fil électrique 5 relié au porte-balai 9, on mesure les variations de l'intensité du courant traversant les contacts électriques 11 entre bague 8 et balais 10, et à l'aide du voltmètre 13 branché entre les fils électriques 5 et 6, on mesure les variations de tension aux bornes de ces contacts frottants 11, ce qui permet d'évaluer la résistance r comme étant égale au rapport des variations d'intensité di aux variations de tension dV, soit r = dV/di.
Cette mesure fait apparaître des variations de la résistance, appelées "bruit électrique", et la figure 6 représente deux courbes montrant que la valeur de cette résistance augmente avec la durée cumulée de fonctionnement des collecteurs 4. La courbe 14 représente l'évolution, en fonction du temps (t), de la résistance électrique (r) des contacts frottants transmettant des signaux de puissance, tandis que la courbe 15 est une courbe analogue pour des signaux de commande. On constate que les deux courbes 14 et 15 présentent, à partir du début de la durée de vie des contacts, une augmentation sensiblement continue de la résistance avec une faible pente, chaque courbe présentant ensuite un coude, à concavité tournée vers le haut, traduisant une dégradation importante et rapide vers la fin de la durée de vie des contacts, le coude étant plus prononcé et la pente d'augmentation de la résistance plus importante pour des signaux de puissance (courbe 14).
En comparant la valeur absolue d'un signal image de la résistance r des contacts frottants à un seuil S, qui peut être différent selon le type de signal (puissance ou mesure) ou de technologie (or ou argent), comme schématisé sur la figure 6, on obtient un signal sur l'état d'usure de ces contacts au dépassement du seuil S qui, dans cet exemple, est un seuil de résistance constant, utilisé comme signal de référence auquel on compare en continu le signal image qui suit les variations de la résistance mesurée. Si l'on veut obtenir un signal reflétant l'évolution, c'est-àdire la dégradation de l'usure des contacts frottants, on peut comparer des variations de la valeur de la résistance à un seuil de pente P, qui, éventuellement, peut être un seuil Pw différent pour des signaux de puissance du seuil Pc pour des signaux de commande. Le dépassement en valeur absolue du seuil de résistance S indique un état d'usure critique, rendant nécessaire une intervention de maintenance sur les contacts frottants, et permettant donc d'assurer une maintenance selon l'état, tandis que l'évolution de la résistance avec une pente supérieure au seuil de pente Pw ou
Pc donne un signal d'évolution d'usure des contacts qui correspond à une dégradation critique permettant d'assurer une maintenance prédictive par l'anticipation de la rupture des contacts électriques.
Pc donne un signal d'évolution d'usure des contacts qui correspond à une dégradation critique permettant d'assurer une maintenance prédictive par l'anticipation de la rupture des contacts électriques.
En outre, la variation de la résistance électrique (r), et donc de son signal image, reflète non seulement l'usure des contacts frottants proprement dits, mais également toutes les variations liées aux vibrations, dues par exemple à la dégradation de roulements, et à l'état de surface des bagues 8 et 8'.
Cette résistance est constante pour une vitesse de rotation donnée, c'est-à-dire que le niveau moyen de la mesure reste constant. De plus, les variations du "bruit électrique" en fonction de la vitesse restent très faibles tant que les balais et bagues sont en bon état, même pour des vitesses variant d'environ 1 m/s à 2 m/s, qui correspondent aux vitesses de rotation de l'ordre de 300 tr/mn et de 1500 tr/mn pour respectivement des rotors principaux et des rotors arrières d'hélicoptères.
Par contre, la résistance du contact augmente avec la vitesse de façon quasi exponentielle avec des bagues ou balais usés.
Le "bruit électrique" est également proportionnel au courant, en technologie or, et quasiment proportionnel au courant en technologie argent, mais diminue avec le nombre de balais en contact avec une même piste.
Dans une technologie or ou argent selon la figure 4, la quantité de courant transférée conditionne la surface de contact de chaque balai 10 et le nombre de balais 10 utilisés sur une même voie, contre une même bague 8. Il en résulte que l'observation du "bruit électrique" est plus facile lorsque le nombre des balais 10 est faible, par exemple une paire de balais 10 agencée en V comme sur la figure 4, ou deux paires identiques selon cet agencement en
V. Pour un nombre supérieur de paires de balais, les variations de la résistance sont moins détectables. En effet, les résistances élémentaires, au niveau de chaque contact électrique frottant 11, sont mises en parallèle et comme chaque balai 10 réagit différemment des autres, le résultat de la résistance d'ensemble devient constant et faible lorsque le nombre des contacts 11 augmente.
V. Pour un nombre supérieur de paires de balais, les variations de la résistance sont moins détectables. En effet, les résistances élémentaires, au niveau de chaque contact électrique frottant 11, sont mises en parallèle et comme chaque balai 10 réagit différemment des autres, le résultat de la résistance d'ensemble devient constant et faible lorsque le nombre des contacts 11 augmente.
Ceci signifie que la détection d'un défaut ou d'une usure pendant le transfert d'un courant de puissance peut ne pas apparaître immédiatement lorsque le nombre des contacts électriques 11 est important.
Si l'on suppose dix paires de balais 10 en V en contact avec une meme bague 8, et si l'un des vingt balais 10 se rompt, l'augmentation de la résistance est de 1/19, soit environ 5 %, c'est-à-dire dans une limite non détectable si l'on admet que la variation du "bruit électrique" est de 100 % par rapport à une valeur moyenne, cette augmentation de "bruit électrique" étant due à l'augmentation du courant passant dans l'ensemble des autres balais 10.
Cependant, la perte du contact frottant 11 au niveau d'un balai 10 est plus souvent causée par une usure du revêtement en or de la bague collectrice 8 plutôt que par la rupture du balai 10, sous l'effet des vibrations, des contraintes subies ou d'un défaut de structure.
L'augmentation de la résistance du contact 11 au niveau de chaque balai 10 améliore, de ce fait, la lisibilité du défaut. Cependant, et toujours dans le cas du transfert d'un signal électrique de puissance, il s'écoule un intervalle de temps relativement bref entre cette détection d'usure et un non-fonctionnement total, c'est-àdire une défaillance du collecteur 4, puisque tout courant ne passant plus, ou moins bien, par un contact 11 doit passer par les autres. Donc, au-delà d'une puissance élémentaire admissible, il se produit une fusion et donc une destruction de chaque balai 10. L'intervalle de temps entre la détection d'un défaut des contacts 11 et la destruction des balais 10 et/ou de la bague 8 est donc inversement proportionnel au nombre des contacts 11.
Afin de quantifier les valeurs, il existe un rapport variable selon l'ampérage et la technologie employée, par exemple 10, entre les caractéristiques initiales de la résistance électrique des contacts 11 et un seuil critique de résistance, les causes de dépassement de ce seuil pouvant être non seulement une usure mais également une pollution.
Par contre, la dégradation des contacts électriques 11, lors du transfert de signaux électriques de commande ou mesure, est plus facilement détectable lorsqu'on utilise une ou deux paires de balais 10 en V contre une même bague 8.
L'implantation électrique des contacts frottants 7 du collecteur 4 peut etre celle de la figure 3a : le tapis chauffant 3 est alimenté en courant de puissance I au travers d'un contact 7, le retour électrique s'effectuant par deux contacts 7 en parallèle, dont l'un transmet un signal de mesure par une ligne 5a. La différence de tension AV prise en compte pour détecter l'usure du contact de mesure 7 est mesurée entre la ligne de mesure 5a et la ligne de sortie de l'autre contact de retour 7.
Ces différences qualitatives et quantitatives de comportement sont bien traduites par les allures des courbes 14 et 15 de la figure 6.
En technologie argent (figure 7), la résistance de contact est quasi constante en fonction de la vitesse, et augmente sensiblement proportionnellement au courant. Dans ce cas, il faut noter que le "bruit électrique" est plutôt moins favorable à une bonne détection de l'usure lorsque le courant est faible. En particulier, à intensité constante, certaines lectures du suivi des variations de la résistance de contact s'expriment en chute de tension. Dans ce cas, la sensibilité de la mesure étant liée au courant débité, de bons résultats de détection peuvent être obtenus au transfert de courants forts, alors que ces résultats sont médiocres pour de faibles courants.
Dans cette technologie, la résistance d'un couple bague 8'-balai plat 10' est proportionnelle au courant, et il y a traditionnellement deux balais 10' frottant contre une meme bague 8', comme représenté sur la figure 7.
Cependant, il est possible de doubler ou tripler le nombre de balais 10' pour améliorer la résistance électrique de contact, ou encore augmenter le courant, pour tenir compte de l'encombrement limité de la bague 8'. Le contact du revêtement en argent de la bague 8' contre un balai 10' carbo-argent est plus sensible aux agents extérieurs tels que pollution, présence d'huile ou de soufre, que le contact électrique 11 d'une technologie or (voir figure 4).
Dans la technologie argent (figure 7), le contact 11' entre chaque balai plat 10' et la bague 8' se dégrade le plus fréquemment parce que le balai 10' est en limite d'usure, car ce balai s'use avant la bague 8', ou à cause d'une pollution. Le "bruit électrique" augmente toujours de façon importante lorsqu'il y a dégradation, dans un rapport qui peut être supérieur à 10 entre les valeurs initiales de la résistance et ces valeurs critiques, de sorte que l'augmentation du "bruit électrique" est au moins aussi rapide dans une technologie argent que dans une technologie or, ces deux types de contacts étant sensiblement les plus appropriés au principe de détection.
Ce principe de détection, selon lequel l'observation du "bruit électrique", le suivi de son évolution et sa comparaison continue à au moins un seuil critique, en valeur absolue ou en pente, permettant de définir le moment de déclencher une maintenance à partir du dépassement du seuil, peut être appliqué, lorsqu 'on utilise une technologie argent, avec des niveaux de détection plus faibles que ceux appropriés lors d'une utilisation d'une technologie or.
Les figures 10a à 18b représentent des oscillogrammes de mesures du "bruit électrique" relevés dans quelques configurations représentatives des contacts frottants, pour différentes valeurs de la vitesse (1 m/s pour les figures l0a à 12b et 2 m/s pour les figures 13a à 18b), du nombre de contacts ou plutôt de paires de contacts en V selon les figures 4 et 7 (une paire de contacts 11 selon la figure 4 pour les figures lova, lOb, 13a, 13b, deux paires selon la figure 4 pour les figures îîa, llb, 14a, 14b et dix paires selon la figure 4 pour les figures 12a, 12b, 15a et 15b) et également pour les deux technologies or et argent (les figures l0a à 15b pour la technologie or, les figures 16a à 18b pour la technologie argent, avec une vitesse de 2 m/s, les figures 16a et 16b pour une paire de balais plats 10' selon la figure 7, les figures 17a et 17b pour deux paires de balais 10' et les figures 18a et 18b pour dix paires de balais 10' selon la figure 7).
Les mesures sur bague argent 8' correspondent à de petits balais plats 10' ayant une section de 5 mm x 2 mm.
Les valeurs de résistance mesurées à l'aide de ces oscillogrammes reflètent les variations quantitatives et qualitatives de la résistance lorsqu'on fait varier la vitesse de rotation des contacts frottants, le nombre de ces contacts et leur technologie.
Ainsi, toutes les figures 10 à 18 suivies de la lettre a correspondent à des oscillogrammes de contacts en bon état, tandis que toutes les figures 10 à 18 suivies de la lettre b donnent les mesures (à des échelles différentes) des contacts respectivement correspondants dans un état d'usure avancé.
En technologie or, pour une vitesse constante de 1 m/s, et pour des contacts en bon état, la résistance mesurée passe de 5 mR pour 1 paire de contacts (figure 10a) à 2 mD pour 2 paires de contacts (figure Ila) et 1,5 milliohm pour 10 paires de contacts (figure 12a). Si la vitesse est de 2 m/s, et pour respectivement les mêmes nombres de paires de contacts, on mesure une résistance de 5 mR, 2 mfl et 1,5 mD (voir figures 13a, 14a et 15a). Lorsque la ou les mêmes paires de contacts est ou sont dans un état d'usure avancée, la résistance respectivement mesurée passe de 60 mQ pour une paire de contacts (figure lOb), à 25 mfl pour 2 paires de contacts (figure llb) et à 10 mn pour 10 paires de contacts (figure 12b) toujours à la même vitesse de 1 m/s. A 2 m/s, la résistance mesurée de contacts dégradés passe de 200 mfl (figure 13b) pour 1 paire de contacts à 75 mD (figure 14b) pour 2 paires de contacts et à 15 mfl (figure 15b) pour 10 paires de contacts.
En technologie argent (figure 7) et pour une vitesse de 2 m/s, la résistance mesurée pour des contacts en bon état passe de 5 mQ (figure 16a) pour 1 paire de contacts à 3 mfl (figure 17a) pour 2 paires de contacts et à 2 mO (figure 18a) pour 10 paires de contacts, tandis que pour des contacts en mauvais état, cette résistance mesurée passe, à cette même vitesse de 2 m/s et pour les nombres correspondant de paires de contacts, de 300 mfl (figure 16b) à 200 mD (figure 17b) et à 15 mQ (figure 18b).
Ces oscillogrammes permettent de constater que les relevés des valeurs dans les deux technologies or et argent sont analogues et également utilisables pour la détection recherchée.
Sur hélicoptère, comme dans toute autre application, ces détections peuvent être assurées à l'aide d'un circuit selon la figure 8.
Dans ce circuit, on retrouve le boîtier d'alimentation 2, le collecteur 4 et un tapis chauffant 3 de la figure 1, ainsi que les ensembles de contacts frottants 7 dans le collecteur 4, sur la voie d'alimentation du tapis chauffant 3 à partir du boîtier 2 d'alimentation et sur la voie de retour du tapis 3 vers le boîtier 2.
Le boîtier d'alimentation 2 génère une tension U (entre les deux fils conducteurs d'aller et de retour du câble 5) et débite un courant d'intensité I vers le tapis chauffant 3 par les voies aller et retour du collecteur 4 transitant par les ensembles de contacts frottants 7. La composante continue de la tension U est filtrée par des capacités 16 et 17, en amont des deux entrées d'un amplificateur 18, afin de ne garder que les variations de tension, qui sont amplifiées par l'amplificateur 18 puis filtrées par le filtre 19 et appliquées à une entrée 20 d'un multiplicateur 21.
On obtient donc à l'entrée 20 une tension image des variations instantanées u de tension, que l'on multiplie par une tension image de l'inverse du courant 1/I, qui est appliquée à la seconde entrée 22 du multiplicateur 21. On créé ainsi, sur la sortie 23 du bloc multiplicateur 21, une tension image de la résistance r = u/I, et ce signal image de la résistance est appliqué à une entrée 24 d'un comparateur à seuil 25 dont une seconde entrée 26 est reliée de manière réglable à un potentiomètre 27 pour la détermination d'un seuil ajustable. En sortie du comparateur 25, le résultat de cette comparaison entre le signal image de la résistance mesurée et le seuil de résistance ajustable est transmis en 28 à la sortie d'une porte logique 29 selon l'état d'un signal d'échantillon E en créneaux, appliqué à la seconde entrée de la porte logique 29, dont la première entrée reçoit la sortie du comparateur 25.
Le spectre du "bruit électrique" se situe dans la bande de O à 10 kHz, au-delà de laquelle le niveau de bruit est très faible. Une très bonne image du "bruit électrique" peut être obtenue en filtrant à 1 ou 2 kHz par le filtre 19.
Dans ce circuit de détection, la puissance est fonction de l'échantillon E et de la tension U. En pratique, dans le cas du collecteur 4 pour le rotor arrière de la figure 3, la quantité de courant en fonctionnement varie dans le rapport des tensions (270 V/150 V) lorsque la tension est commutée.
Plutôt que de comparer la valeur absolue ou des variations, en fonction du temps, de valeurs du signal image de la résistance à un seuil d'usure ou à un seuil de pente indicatif de la dégradation de contacts, une autre solution consiste à enregistrer et à faire la moyenne, éventuellement pondérée, de signaux image observés de mesures antérieures de la résistance électrique, de sorte à élaborer par apprentissage un signal de référence. On prend alors en compte l'évolution de l'usure des contacts en cours de vol, par rapport à l'évolution de l'usure des contacts au cours de leur vie. Cette façon de procéder permet de connaître les caractéristiques opérationnelles des contacts et d'affiner la courbe du modèle d'usure effective, sur hélicoptère, en fonction du temps qui passe.
Le circuit de la figure 8 permet d'appliquer le procédé de surveillance de l'usure des contacts électriques frottants 7 à la maintenance selon l'état et/ou prédictive du collecteur 4 par une mise en oeuvre de ce procédé sur des contacts électriques frottants montés sur des voies électriques de puissance ou de commande ou de mesure de l'installation, par exemple de dégivrage, comportant le collecteur 4 muni de ces contacts frottants 7.
Le montage de la figure 9 permet au contraire de mettre en oeuvre ce procédé de surveillance d'usure sur des contacts électriques dédiés montés sur une voie électrique dédiée à cette surveillance.
Dans ce montage, on retrouve un boîtier d'alimentation 2', générateur d'un courant d'intensité constante de par exemple 100 mA. Ce courant est transmis à un premier ensemble de contacts frottants 7, appartenant à un collecteur tournant 4', et monté en court-circuit avec deux autres ensembles de contacts frottants 7 comprenant des bagues montées en parallèle sur le retour vers le générateur 2'. Le courant passe ainsi du stator au rotor par une seule bague et revient du rotor au stator par les deux autres bagues montées en parallèle. En faisant transiter un courant d'intensité constante à travers le ou les contacts frottants associés à la bague d'entrée, les variations de tension U sont proportionnelles aux variations de résistance r. On obtient donc ainsi directement une image de r, puisque r = kU, avec k = 1/I = constante.
A l'aide d'un oscilloscope 30 associé à des moyens d'enregistrement des oscillogrammes, et au travers d'un amplificateur 31 aux entrées duquel on applique les variations de tension U, on peut directement lire et enregistrer les variations de la résistance électrique des contacts frottants associés à la seule bague d'entrée. Mais, même si la mesure est faite simultanément pour deux bagues, dont une pour le courant d'entrée et une pour le courant de sortie, le résultat est utilisable, la seule réserve étant que l'on ne sait pas si le "bruit électrique" détecté provient davantage de l'une ou de l'autre des deux bagues. En effet, le signal du "bruit électrique" est pseudo-aléatoire et n'apparaît pas forcément en même temps sur les deux bagues du collecteur.
Les oscillogrammes précités font apparaître des fréquences apparentes différentes du "bruit électrique" selon la technologie des contacts. En effet, cette fréquence apparente est liée à la vitesse des contacts tournants, puisque tous les phénomènes associés aux vibrations des balais se reproduisent à chaque tour. La fréquence apparente est également liée au nombre de contacts et à leur position autour de chaque bague. En référence à la figure 4, ce phénomène physique correspond au passage du fil conducteur 6 soudé sur la bague 8 en regard de l'extrémité de contact de chaque balai 10. En dehors du phénomène de "bruit électrique" de chaque contact 11, il se produit un phénomène de variation de résistance. La résistance bague 8/balai 10 correspond en fait à la résistance entre le fil électrique 6 soudé sur la bague collectrice 8 et le balai 10 lui-même.
La longueur du conducteur électrique formé par ce contact varie durant une rotation de la bague 8, en fonction de la position du fil 6 soudé par rapport à la position des balais 10. De ce fait, la résistance étant directement liée à la longueur du conducteur constitué par le fil électrique soudé 6 et les balais 10, cette résistance est minimale lorsque, pendant la rotation de la bague 8, le fil 6 passe en regard des points de contact 11, au plus près des balais 10, alors que la résistance est maximale lorsque le fil 6 passe au point le plus éloigné des balais 10, c'est-à-dire au milieu du grand arc formé sur la bague 8 entre les deux contacts 11, pratiquement dans la position de la figure 4, et enfin cette résistance est intermédiaire lorsque le fil électrique 6 passe au point milieu du petit arc délimité sur la bague 8 entre les deux contacts 11.
Le procédé et le dispositif selon l'invention, pour la détection de l'usure des contacts frottants, permettent ainsi d'anticiper la rupture des contacts par la surveillance de leur usure, grâce au suivi du signal image de la résistance électrique des contacts, l'aspect de ce signal, par comparaison avec un ou plusieurs seuils de référence, permettant d'établir l'état d'usure de ces contacts et la prévision de leur date de rupture, ce qui autorise une maintenance selon l'état et/ou prédictive, assurée à l'aide des systèmes embarqués de diagnostic, surveillance et gestion du vol dont sont de plus en plus souvent équipés les aéronefs et hélicoptères modernes.
Claims (10)
1. Procédé de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant (11, 11') d'au moins un balai électriquement conducteur (10, 10'), contre au moins une piste électriquement conductrice (8, 8'), qui est mobile par rapport au balai (10, 10'), selon un mouvement relatif de rotation ou translation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer (21, 30) la résistance électrique (r) dudit contact frottant (11, 11'), à délivrer au moins un signal image (23, 31) de la résistance mesurée, à suivre les variations dudit signal image, à élaborer au moins un signal de référence (27), significatif d'une usure dudit contact frottant (11, 11'), à comparer ledit signal image (23, 31) audit signal de référence (27), et à déduire au moins un signal d'usure (28) dudit contact frottant (11, 11') de ladite comparaison dudit signal image audit signal de référence.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mesure de la résistance électrique (r) dudit contact frottant (11, 11') comprend la mesure (12) des variations de courant électrique (dI) traversant ledit contact frottant (11, 11'), la mesure (13) des variations de tension (dV) aux bornes dudit contact frottant (11, 11'), et l'évaluation de la résistance électrique (r) par le calcul du rapport (dV/dI).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer en continu les étapes consistant à mesurer (21, 30) la résistance électrique (r) dudit contact frottant (11, 11'), à délivrer ledit signal image (23), à suivre ses variations et à effectuer sa comparaison (25) audit signal de référence (27).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de comparaison (25) comprend au moins une comparaison de la valeur absolue dudit signal image (23) à au moins un signal de référence (27), élaboré sous la forme d'un seuil de résistance (S), significatif d'un état d'usure dudit contact.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de comparaison (25) comprend au moins une comparaison de variations, dans le temps, de la valeur du signal image (23) à au moins un signal de référence (27) élaboré sous la forme d'un seuil de pente de résistance (Pw, Pc), significatif de l'évolution de l'usure dudit contact (11, 11').
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de comparaison (25) comprend au moins une comparaison dudit signal image (23) à au moins un signal de référence, élaboré par apprentissage sous la forme d'un enregistrement de signaux image antérieurs dûment traités.
7. Dispositif de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant (11, 11'), pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend
- des moyens (12) de mesure de l'intensité (I) du courant traversant ledit contact frottant (11, 11'),
- des moyens (13, 18) de mesure de la tension (V) aux bornes dudit contact frottant (11, 11'),
- des moyens de calcul (21) de la résistance électrique (r) dudit contact frottant (11, 11') et d'élaboration d'un signal image (23) de ladite résistance,
- des moyens (27) d'élaboraion d'au moins un signal de référence (S), significatif d'une usure dudit contact frottant (11, 11'),
- des moyens (25) de comparaison dudit signal image (23) audit signal de référence (S), et
- des moyens (29) générant un signal d'usure (28) dudit contact frottant (11, 11').
8. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à la maintenance selon l'état et/ou prédictive d'un dispositif (4) comportant au moins un contact électrique frottant (11, il' )entre au moins deux éléments mobiles (10, 10' - 8, 8') l'un par rapport à l'autre, tel qu'un collecteur, caractérisée en ce qu'elle consiste à délivrer au moins un signal (28) sur l'état d'usure et/ou anticipant la rupture dudit contact (11, 11'), au franchissement d'au moins un seuil (S, Pw, Pc) significatif d'usure dudit contact (11, 11') par ledit signal (23) image de sa résistance électrique (r).
9. Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que le procédé de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant (11, 11') est mis en oeuvre sur un contact dédié, monté sur une voie électrique dédiée à ladite surveillance.
10. Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que le procédé de surveillance de l'usure d'au moins un contact électrique frottant (11, 11') est mis en oeuvre sur un contact monté sur une voie électrique de puissance (2, 5, 6), de commande ou de mesure dudit dispositif (4) comportant ledit contact (11, 11').
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9608944A FR2751416B1 (fr) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | Surveillance de l'usure de contacts electriques frottants et son application a la maintenance selon l'etat et/ou predictive d'un dispositif a contacts electriques frottants |
| US08/892,106 US6034531A (en) | 1996-07-17 | 1997-07-14 | Monitoring of the wear of sliding electrical contacts and its application to the state-dependent and/or predictive maintenance of a device having sliding electrical contacts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9608944A FR2751416B1 (fr) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | Surveillance de l'usure de contacts electriques frottants et son application a la maintenance selon l'etat et/ou predictive d'un dispositif a contacts electriques frottants |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2751416A1 true FR2751416A1 (fr) | 1998-01-23 |
| FR2751416B1 FR2751416B1 (fr) | 1998-09-25 |
Family
ID=9494145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9608944A Expired - Fee Related FR2751416B1 (fr) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | Surveillance de l'usure de contacts electriques frottants et son application a la maintenance selon l'etat et/ou predictive d'un dispositif a contacts electriques frottants |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6034531A (fr) |
| FR (1) | FR2751416B1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012010763A1 (fr) | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Peugeot Citroën Automobiles SA | Procede et dispositif de surveillance de l'usure de contacts electriques frottants d'un collecteur de courant rotatif pour vehicule automobile |
| WO2014207357A1 (fr) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Université de Picardie Jules Verne | Surveillance de la qualite d'un canal de communication supporte par un contact glissant |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO312925B1 (no) * | 2001-05-08 | 2002-07-15 | Sintef Energiforskning As | Kontaktkontroll |
| DE50104610D1 (de) * | 2001-06-28 | 2004-12-30 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Überwachung eines Schleifkontaktelements einer elektrischen Rotationsmaschine |
| DE10257621A1 (de) * | 2002-12-09 | 2004-07-15 | Schleifring Und Apparatebau Gmbh | Justagevorrichtung für Schleifringbürsten |
| DE10257623B4 (de) * | 2002-12-09 | 2008-07-24 | Schleifring Und Apparatebau Gmbh | Vorrichtung zur Ermittlung der Länge von Bürsten in Schleifbahnanordnungen bzw. Kollektoren |
| US7010959B2 (en) * | 2003-03-28 | 2006-03-14 | Schleifring Und Apparatebau Gmbh | Device and method for measuring mechanical path lengths by means of pneumatic pressure, in particular for sliding carbon contacts |
| US7023217B1 (en) | 2004-12-16 | 2006-04-04 | Honeywell International Inc. | Method and apparatus for determining wear of resistive and conductive elements |
| FI118059B (fi) * | 2005-01-28 | 2007-06-15 | Valtion Teknillinen | Asennontunnistin ja menetelmä asennontunnistimen diagnosoimiseksi |
| US7705744B2 (en) * | 2007-05-24 | 2010-04-27 | Cutsforth Products, Inc. | Monitoring systems and methods for monitoring the condition of one or more components of an electrical device |
| US8618943B2 (en) | 2007-05-24 | 2013-12-31 | Cutsforth, Inc. | Brush holder assembly monitoring apparatus, assembly, system and method |
| US20110006717A1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-01-13 | Christos Kyrtsos | Method for Monitoring the Condition of a Commutator of an Electric Motor |
| US8571830B2 (en) * | 2010-06-28 | 2013-10-29 | General Electric Company | Method and system for detection of collector flashover |
| JP5621452B2 (ja) * | 2010-09-17 | 2014-11-12 | 富士ゼロックス株式会社 | 画像形成装置 |
| EP2651016B1 (fr) * | 2010-12-10 | 2019-01-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Machine électrique tournante |
| ITTO20120323A1 (it) * | 2012-04-13 | 2013-10-14 | Skf Ab | Metodo ed apparecchiatura per la misura della rumorosità e delle vibrazioni di un cuscinetto di rotolamento, in particolare di una unità mozzo ruota |
| JP6116159B2 (ja) | 2012-08-27 | 2017-04-19 | キヤノン株式会社 | スリップリング、スリップリング電気システム、及びロボット |
| EP2838166B1 (fr) * | 2013-08-16 | 2019-09-25 | Schleifring GmbH | Ensemble de bague collectrice et composants associés |
| EP2843778B1 (fr) | 2013-09-02 | 2018-06-27 | LTN Servotechnik GmbH | Unité de bague collectrice et procédé de surveillance de l'état d'une unité de bague collectrice |
| CA2985094C (fr) | 2015-06-01 | 2022-03-22 | Cutsforth, Inc. | Surveillance de l'usure et des vibrations d'un balai |
| AU2017206696A1 (en) | 2016-01-11 | 2018-07-05 | Cutsforth, Inc. | Monitoring system for grounding apparatus |
| RU2626196C1 (ru) * | 2016-05-25 | 2017-07-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Способ проверки отсутствия перерывов контактирования между щетками и кольцами в коллекторном токоподводе и устройство для его реализации |
| WO2020072806A2 (fr) | 2018-10-04 | 2020-04-09 | Cutsforth, Inc. | Système et procédé de surveillance de l'état d'un ou de plusieurs composants d'une machine électrique |
| EP3861605A1 (fr) | 2018-10-04 | 2021-08-11 | Cutsforth, Inc. | Système et procédé pour surveiller l'état d'un ou plusieurs composant(s) d'une machine électrique |
| CN112595438B (zh) * | 2020-12-03 | 2023-08-18 | 国创移动能源创新中心(江苏)有限公司 | 连接器故障检测方法和装置、功率分配器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2055477A1 (de) * | 1970-10-27 | 1972-05-04 | Siemens Ag | Verfahren zum Überwachen von Hoch spannungsleitern |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2123750A1 (de) * | 1971-05-13 | 1972-11-30 | Bosch Gmbh Robert | Einrichtung zur Messung der Belagstärke von Reibteilen, insbesondere von Bremsbelägen |
| US4694686A (en) * | 1984-06-18 | 1987-09-22 | Borg-Warner Corporation | Cutting tool wear monitor |
-
1996
- 1996-07-17 FR FR9608944A patent/FR2751416B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-14 US US08/892,106 patent/US6034531A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2055477A1 (de) * | 1970-10-27 | 1972-05-04 | Siemens Ag | Verfahren zum Überwachen von Hoch spannungsleitern |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012010763A1 (fr) | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Peugeot Citroën Automobiles SA | Procede et dispositif de surveillance de l'usure de contacts electriques frottants d'un collecteur de courant rotatif pour vehicule automobile |
| FR2963178A1 (fr) * | 2010-07-22 | 2012-01-27 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede et dispositif de surveillance de l'usure de contacts electriques frottants d'un collecteur de courant rotatif pour vehicule automobile |
| RU2551113C2 (ru) * | 2010-07-22 | 2015-05-20 | Пежо Ситроен Отомобиль Са | Способ и устройство мониторинга износа скользящих электрических контактов вращающегося коллектора тока для автотранспортного средства |
| WO2014207357A1 (fr) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Université de Picardie Jules Verne | Surveillance de la qualite d'un canal de communication supporte par un contact glissant |
| FR3007912A1 (fr) * | 2013-06-27 | 2015-01-02 | Univ Picardie | Surveillance de la qualite d'un canal de communication supporte par un contact glissant |
| US9917664B2 (en) | 2013-06-27 | 2018-03-13 | Université de Picardie Jules Verne | Monitoring the quality of a communication channel supported by a sliding contact |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6034531A (en) | 2000-03-07 |
| FR2751416B1 (fr) | 1998-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2751416A1 (fr) | Surveillance de l'usure de contacts electriques frottants et son application a la maintenance selon l'etat et/ou predictive d'un dispositif a contacts electriques frottants | |
| FR2583875A1 (fr) | Procede pour determiner la duree de vie utile residuelle des composants d'une turbine | |
| JP4773156B2 (ja) | 回転軸を備えた機器でのかすめ又はコンタクトを検出する方法及び装置 | |
| WO2017001800A1 (fr) | Surveillance de l'etat d'un premier element mobile par rapport a un deuxieme element et frottant contre ce deuxieme element | |
| EP3317137A1 (fr) | Surveillance de l'état d'une bande de transmission de courant destinée a frotter contre un fil de caténaire | |
| FR2984629A1 (fr) | Machine electrique de vehicule automobile | |
| EP2705343A1 (fr) | Ensemble et procede de surveillance pour detecter des defauts structurels pouvant apparaitre dans une nacelle d'aeronef en service | |
| FR2988854A1 (fr) | Circuit et procede de surveillance d'une separation des potentiels | |
| FR2852132A1 (fr) | Systeme de detection d'incendie ou de surchauffe | |
| EP2596578B1 (fr) | Procede et dispositif de surveillance de l'usure de contacts electriques frottants d'un collecteur de courant rotatif pour vehicule automobile | |
| FR3065526B1 (fr) | Systeme de detection d'un etat ou d'un dysfonctionnement par analyse vibratoire | |
| EP1771741B1 (fr) | Dispositif et procede de test d'au moins un joint conducteur formant une liaison electrique d'un composant electrique avec un circuit imprime | |
| FR3056785B1 (fr) | Procede de suivi de l'evolution de l'etat d'usure d'un balai d'essuie-glace | |
| EP3014779B1 (fr) | Surveillance de la qualite d'un canal de communication supporte par un contact glissant | |
| FR3025306A1 (fr) | Procede non-destructif de mesure de l'epaisseur de barriere thermique et/ou de mur en superalliage d'aube creuse de turbomachine | |
| EP2180155B1 (fr) | Filtre à particules comportant une structure céramique et un dispositif pour surveiller l'intégrité de ladite structure céramique | |
| EP4092435B1 (fr) | Méthode de surveillance de l'évolution des courants vagabonds d'une infrastructure ferroviaire et infrastructure ferroviaire surveillée par une telle méthode | |
| EP0353147A1 (fr) | Procédé et dispositif de détermination de la vitesse de corrosion d'une structure métallique continue enterrée ou immergée | |
| FR3114926A1 (fr) | Machine électrique et procédé d'assemblage d'une telle machine | |
| FR3016041A1 (fr) | Surveillance de l'etat d'un dispositif de roulement | |
| WO2021115992A1 (fr) | Procédé de détermination d'un signal sonde, procédé de vérification et de détection d'un défaut dans un système électrochimique faisant usage d'un tel signal | |
| FR3129484A1 (fr) | Procede de detection d’un defaut dans une preforme comprenant des fibres conductrices | |
| EP1953538A1 (fr) | Dispositif et procédé permettant de déterminer la dilution en liquide de refroidissement d'une huile de moteur thermique | |
| FR2961903A1 (fr) | Dispositif de determination de l'etat d'usure d'un mecanisme d'essuie-vitre | |
| FR3094485A1 (fr) | Procédé de prévision d’une panne d’un composant électromécanique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20110331 |