FR3052591A1

FR3052591A1 - VERY LOW VOLTAGE SINUSOIDAL CURRENT ELECTROAIMANT (TBT) POWERED BY BATTERY.

Info

Publication number: FR3052591A1
Application number: FR1670308A
Authority: FR
Inventors: Philippe Henninot
Original assignee: Action Ndt
Current assignee: Action Ndt
Priority date: 2016-06-11
Filing date: 2016-06-11
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2036-06-11
Also published as: FR3052591B1

Abstract

Electroaimant à courant sinusoïdal très basse tension (TBT) alimenté par batterie. L'invention consiste en une solution autonome et portable sans risque électrique pour son utilisateur. Constitué d'une électronique (1) intégrant un microcontrôleur pour générer des signaux carrés à variation de cycle, un circuit de puissance et un étage de filtrage. Le signal sinusoïdal issu du filtre est connecté au solénoïde (2) enroulé autour de l'âme métallique (3) constitutif de l'électroaimant. L'interrupteur (5) pilote le circuit de puissance par le biais d'une chaine de sécurité thermique et électronique. L'ensemble est intégré dans une poignée (4) et alimenté via le câble (6) par une batterie externe standard de type outillage électroportatif généralement portée à la ceinture de l'opérateur. L'électroaimant selon l'invention est particulièrement destiné aux contrôles non destructifs par magnétoscopie.Very low voltage sinusoidal current electromagnet (TBT) powered by battery. The invention consists of an autonomous and portable solution without electrical risk for its user. Consisting of an electronics (1) integrating a microcontroller for generating square wave signals with a cycle variation, a power circuit and a filtering stage. The sinusoidal signal from the filter is connected to the solenoid (2) wound around the metal core (3) constituting the electromagnet. The switch (5) drives the power circuit through a thermal and electronic safety chain. The assembly is integrated in a handle (4) and powered via the cable (6) by a standard external battery type power tool generally worn on the belt of the operator. The electromagnet according to the invention is particularly intended for non-destructive testing by magnetoscopy.

Description

L'invention porte sur l'amélioration d'un électroaimant de magnétisation à courant alternatif sinusoïdal utilisé dans le cadre des contrôles non destructifs suivant la technique de magnétoscopie. L'état de l'art actuel propose des électroaimants portables à courant alternatif alimenté par la tension sinusoïdale secteur de 110 à 230VAC de fréquence 50 ou 60Hz. Des électroaimants basse tension 42 - 48 VAC équipés d'une longue rallonge et alimentés à l'aide d'un lourd transformateur d'isolement lui-même branché sur une prise secteur standard sont disponibles pour réaliser, entre autres, les inspections dans des capacités métalliques et ainsi garantir la sécurité électrique de l'opérateur. L'ensemble de ces électroaimants possède ou non des pôles articulés ou des extensions adaptées à la géométrie de la pièce à inspecter. Par soucis de praticité les utilisateurs souhaitent fortement une version sur batterie car les zones à inspecter ne sont pas forcément équipées d'une source d'alimentation électrique. Des solutions sur batteries sont actuellement disponibles mais génèrent un champ magnétique continu qui n'est pas adapté à la détection de défauts surfaciques comme le demande les normes de contrôles en vigueur. Il existe aussi des versions sur batterie utilisant un convertisseur DC/AC qui génère une tension alternative AC 110 ou 220V. Ces solutions présentent un risque de choc électrique pour l'opérateur car ces dispositifs ne sont ni reliés à la terre ni équipés de disjoncteur différentiel. L'invention consiste en une solution sur batterie équipée d'un convertisseur courant continu vers courant alternatif (DC/AC) très basse tension (TBT) sans transformateur qui alimente l'électroaimant avec une tension alternative de fréquence comprise entre 40 et 70Hz et avec une tension inférieure à 48V. L'invention porte sur le développement d'un convertisseur DC/AC spécialement dédié à cette application ainsi que l'électroaimant équipé d'un bobinage adapté. Les électroaimants actuellement disponibles utilisent une bobine de type solénoïde alimentée par une tension alternative secteur ou via un transformateur. L'invention utilise une ou plusieurs bobines alimentées par une électronique de commutation de puissance en pont complet, communément appelé type H ou Push-pull piloté par des signaux carrés à modulation de largeur d'impulsion (MU ou PWM Puise Witdh Modulation). Les rapports cycliques sont paramétrés de façon à générer, après filtrage, un puissant champ magnétique sinusoïdal à la surface de la pièce à contrôler comme demandé par les normes de contrôles en vigueur (exemple : champ magnétique tangentiel efficace >2KA/m pour la norme NF EN ISO 9934-3). Outre la sécurité de l'opérateur, ce dispositif électromagnétique offre l'avantage d'optimiser la consommation électrique, de réduire le poids des éléments, d'augmenter l'autonomie de l'équipement et de réduire la tension batterie dans des plages standard d'équipements électroportatifs (12-48VDC). L'invention prévoit plusieurs modes de réalisation : > L'électronique de commutation peut être ou non intégrée dans la poignée de l'électro-aimant. > L'âme ferromagnétique de la pince peut servir de dissipateur thermique des composants de puissance. > L'interrupteur poussoir d'activation de l'électroaimant coupe soit la puissance soit l'électronique de commutation. > Un disjoncteur thermique peut-être ajouté au circuit de commande de la puissance pour désactiver l'utilisation de la puissance tant que l'équipement est trop chaud.The invention relates to the improvement of a sinusoidal ac magnetization electromagnet used in the context of non-destructive tests according to the magnetoscopy technique. The current state of the art offers portable ac electromagnets powered by the sinusoidal mains voltage of 110 to 230VAC frequency 50 or 60Hz. Low-voltage 42-48 VAC electromagnets with a long extension cord and powered by a heavy isolation transformer, which is connected to a standard power outlet, are available to perform, among other things, metal and thus guarantee the electrical safety of the operator. All of these electromagnets have or not articulated poles or extensions adapted to the geometry of the part to be inspected. For the sake of convenience users strongly want a battery version because the areas to be inspected are not necessarily equipped with a power source. Battery solutions are currently available but generate a continuous magnetic field that is not suitable for the detection of surface defects as required by current inspection standards. There are also battery versions using a DC / AC converter that generates AC 110 or 220V AC voltage. These solutions present a risk of electric shock for the operator because these devices are not connected to earth or equipped with a differential circuit breaker. The invention consists of a battery-operated solution equipped with a transformerless DC-AC direct current converter (DC / AC) which supplies the electromagnet with an alternating voltage of frequency between 40 and 70 Hz and with a voltage lower than 48V. The invention relates to the development of a DC / AC converter specially dedicated to this application as well as the electromagnet equipped with a suitable winding. Currently available electromagnets use a solenoid-type coil powered by AC mains voltage or via a transformer. The invention uses one or more coils fed by a full-bridge power switching electronics, commonly referred to as H-type or Push-pull driven by Pulse Width Modulated Square (PWE or PWM) signals. The cyclic ratios are parameterized so as to generate, after filtering, a strong sinusoidal magnetic field on the surface of the part to be controlled as required by the standards of controls in force (example: effective tangential magnetic field> 2KA / m for the NF standard EN ISO 9934-3). In addition to the safety of the operator, this electromagnetic device offers the advantage of optimizing power consumption, reducing the weight of the elements, increasing the autonomy of the equipment and reducing the battery voltage in standard ranges. power equipment (12-48VDC). The invention provides several embodiments:> The switching electronics may or may not be integrated into the handle of the electromagnet. > The ferromagnetic core of the clamp can serve as a heat sink for the power components. > The activation switch for the electromagnet cuts either the power or the switching electronics. > A thermal circuit breaker can be added to the power control circuit to disable the use of power as long as the equipment is too hot.

Les dessins annexés illustrent l'invention :The accompanying drawings illustrate the invention:

La figure 1 représente la vue d'ensemble de l'électroaimant qui extérieurement n'a rien de différentiant des électroaimants existant.Figure 1 shows the overall view of the electromagnet which externally has nothing to differentiate existing electromagnets.

La figure 2 représente un exemple d'organisation interne des éléments un demi-capotage démonté.FIG. 2 represents an example of internal organization of the elements a disassembled half-casing.

La figure 3 représente le schéma de principe de l'électronique.Figure 3 shows the schematic diagram of the electronics.

En référence à ces dessins l'électroaimant est constitué d'une âme métallique en U à pôles articulés (3) sur laquelle est bobiné un solénoïde (2) alimenté par un courant alternatif très basse tension par le biais de l'électronique (1). L'interrupteur (5) pilote le fonctionnement de l'électronique (1). L'électronique (1) est schématisée en trois sous-ensembles, un étage de pilotage (la), un étage de puissance (2b) et un étage de filtrage (3c). L'ensemble de ces éléments sont regroupés dans une poignée (4). Le câble d'alimentation (6) étant connecté à une batterie très basse tension standard non représentée qui est généralement portée à la ceinture de l'opérateur.With reference to these drawings, the electromagnet consists of a U-shaped metal core with articulated poles (3) on which is wound a solenoid (2) powered by a very low voltage alternating current by means of the electronics (1). . The switch (5) controls the operation of the electronics (1). The electronics (1) is schematized into three subassemblies, a control stage (1a), a power stage (2b) and a filter stage (3c). All of these elements are grouped in a handle (4). The power cable (6) is connected to a standard low voltage battery not shown which is generally worn on the operator's belt.

Dans la forme de réalisation de la figure 2 l'âme métallique en forme de U (3) est constituée de lames d'acier à transformateur phosphaté ou vernis pour limiter les pertes et les échauffements par courant de Foucault et assemblées par vissage ou rivetage. Cette âme métallique comporte des pôles articulés pour être parfaitement en contact de la surface à contrôler. Le solénoïde (2) est constitué d'un enroulement à spires jointives de fils de cuivre vernis. Le solénoïde (2) complété d'un filtre passe bas (2c) de type LC est connecté au pont de puissance constitué de 4 transistors de puissance (2b). Le pont de puissance (2b) fixé sur l'âme métallique (3) pour en dissiper réchauffement est alimenté directement par la tension batterie Lithium-Ion et par l'électronique de pilotage (la). L'électronique de pilotage (la) comprend un microcontrôleur qui génère quatre signaux numériques. Deux signaux carrés de fréquence 50Hz déphasés de 180° et deux signaux à modulation de cycle de fréquence 5000Hz comprenant 50 variations de cycles représentatifs chacun d'une demi-période sinusoïdale. Ces deux signaux sont également déphasés de 180°. Les quatre signaux sont ensuite conditionnés par un circuit spécialisé dans le pilotage de transistor de puissance monté en pont complet. Le microcontrôleur génère également un signal continu dès que celui-ci est stabilisé à sa mise en tension, ce signal est régulièrement mis à jour par surveillance interne de l'état du microcontrôleur. Ce signal est désactivé en cas de problème au niveau du microcontrôleur pour éviter que la puissance génère des signaux non adaptés qui pourraient endommager les transistors de puissance. Ce signal alimente une LED pour avertir l'opérateur en cas de problème. Ce signal alimente également l'interrupteur (5) d'activation de la puissance via un bilame fixé sur l'âme métallique (3). Le bilame s'ouvre à une température de sécurité ce qui inhibe l'utilisation de la puissance temps que la température de l'âme métallique est trop élevée. L'activation de la puissance est réalisée via les entrées sommeil des deux circuits de pilotage des transistors de puissance. L'ensemble de ces éléments constitue une chaine de sécurité permettant de garantir une grande pérennité de l'électronique tout en assurant une sécurité totale de l'utilisateur. L'électroaimant suivant l'invention est particulièrement destiné au contrôle non destructif suivant la technique de magnétoscopie.In the embodiment of FIG. 2, the U-shaped metal core (3) consists of phosphated or varnished transformer steel blades for limiting losses and eddy current heating and assembled by screwing or riveting. This metal core has articulated poles to be in perfect contact with the surface to be controlled. The solenoid (2) consists of a winding with contiguous turns of coated copper wires. The solenoid (2) completed with a LC-type low pass filter (2c) is connected to the power bridge consisting of 4 power transistors (2b). The power bridge (2b) fixed on the metal core (3) to dissipate warming is fed directly by the battery voltage Lithium-Ion and the control electronics (la). The control electronics (1a) comprises a microcontroller which generates four digital signals. Two square wave signals of frequency 50Hz phase shifted by 180 ° and two signals with 5000Hz frequency cycle modulation comprising 50 cycle variations each representing a half-sine period. These two signals are also out of phase by 180 °. The four signals are then conditioned by a dedicated circuit in the full bridge power transistor control. The microcontroller also generates a continuous signal as soon as it is stabilized at its power up, this signal is regularly updated by internal monitoring of the state of the microcontroller. This signal is disabled in the event of a problem in the microcontroller to prevent the power from generating unsuitable signals that could damage the power transistors. This signal supplies an LED to warn the operator if there is a problem. This signal also feeds the power activation switch (5) via a bimetallic strip fixed to the metal core (3). The bimetal opens at a safety temperature which inhibits the use of the time power that the temperature of the metal core is too high. The activation of the power is performed via the sleep inputs of the two control circuits of the power transistors. All these elements constitute a chain of security to ensure a long life of the electronics while ensuring total security of the user. The electromagnet according to the invention is particularly intended for non-destructive testing according to the magnetoscopy technique.

Claims

1) Portable electromagnet powered by an external battery for non-destructive testing by the method of magnetoscopy characterized in that it is equipped with a pulse width modulation switching electronics (1) which feeds the solenoid (2) with very low voltage sinusoidal current (TBT) ensuring both electrical safety of the operator and compliance with the applicable non-destructive testing standards. The electromagnet consists of a handle (4) fed via the cable (6) connected to a very low voltage external battery (TBT). The handle (4) incorporates a solenoid (2), the DC conversion electronics to AC power (1), and the switch (5) which controls the power. The articulated metal core (3) passes through the handle (4) forming a "U" to close the magnetic field through its two ends in contact with the part to be inspected.

2) A portable electromagnet according to claim 1 characterized in that the current from the switching electronics (1) is sinusoidal and frequency 40 to 70Hz.

3) A portable electromagnet according to claim 1 characterized in that the switching electronics (1) is integrated in the electromagnet.

4) A portable electromagnet according to claim 1 characterized in that the switching electronics (1) integrated in the electromagnet uses the metal core (3) and the body (4) as heat sink.

5) A portable electromagnet according to claim 1 characterized in that the switch (5) allows to activate the power only if the control electronics generates consistent and stable signals.

6) A portable electromagnet according to claim 1 characterized in that the switch (5) allows to activate the power only if the temperature of the electromagnet is in an acceptable range.