FR3056301A1 - Systeme et procede de detection d'une decharge electrique dans un dispositif electrique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, comportant: -une chaîne d'acquisition (3) configurée pour acquérir des signaux électrique (S1) et acoustique (S2) créés par un phénomène de décharge électrique survenu dans un milieu relatif audit dispositif électrique (15), et -un processeur (9) configuré pour détecter en temps réel ledit phénomène de décharge électrique en appliquant sur lesdits signaux électrique et acoustique une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuls avec un support compact.
Description
Titulaire(s) : SAFRAN HELICOPTER ENGINES, SAFRAN ELECTRICAL & POWER Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : BREVALEX.
FR 3 056 301 - A1 (54) SYSTEME ET PROCEDE DE DETECTION D'UNE ELECTRIQUE.
©) L'invention concerne un procédé et un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, comportant:
-une chaîne d'acquisition (3) configurée pour acquérir des signaux électrique (S1 ) et acoustique (S2) créés par un phénomène de décharge électrique survenu dans un milieu relatif audit dispositif électrique (15), et
-un processeur (9) configuré pour détecter en temps réel ledit phénomène de décharge électrique en appliquant sur lesdits signaux électrique et acoustique une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact.
DECHARGE ELECTRIQUE DANS UN DISPOSITIF
SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE DÉTECTION D'UNE DÉCHARGE ÉLECTRIQUE DANS UN DISPOSITIF ÉLECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué et en particulier, pour la détection de défauts ou prémices de panne dans le dispositif électrique.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Actuellement, il existe une émergence accélérée d'utilisation de dispositifs électriques embarqués de fortes puissances électriques dans des véhicules et moyens de transports et en particulier dans des aéronefs. En effet, les dispositifs électriques embarqués permettent de réduire l'empreinte écologique et la consommation de carburant de ces moyens de transports.
En outre, les dispositifs électriques embarqués sont souvent dimensionnés de façon particulière pour qu'ils soient optimisés en termes de ratio puissance/poids afin de respecter des objectifs de masse très sévères. Pour atteindre des ratios optimaux, les dispositifs électriques embarqués ont la particularité d'avoir des vitesses de rotation élevées supérieures à 10000 tr/min pour les machines électriques et d'être alimentés par des tensions modulées ou alternatives supérieures à plusieurs centaines de volts.
Les contraintes élevées en vitesse et en tension accroissent le vieillissement des isolants des conducteurs électriques à l'intérieur des dispositifs électriques embarqués.
Plus particulièrement, ces dispositifs, étant généralement pilotés en amont par des convertisseurs de puissance, sont soumis à de forts gradients en tension avec des fréquences d'occurrences très élevées pouvant provoquer la création de décharges électriques au sein des dispositifs. Ces décharges électriques présentent un risque de dégradation des isolants.
De la même manière, sur des dispositifs électriques intégrant des composants électroniques de puissance, les tensions peuvent atteindre ou dépasser de façon transitoire des seuils limites et risquent à terme de dégrader ou claquer les composants électroniques.
D'une manière générale, un dispositif électrique comporte des moyens de protection conventionnels vis-à-vis de courts-circuits, de surintensités ou d'autres défaillances. Ces moyens de protection permettent d'éviter la dégradation totale du dispositif électrique et sont efficaces quand les défauts sont énergétiques comme les courts-circuits, continus et progressifs comme les surcharges, ponctuels mais avec de fortes variations en courant et en tension, ou répétitifs dans le temps.
Or, les moyens conventionnels ne sont pas très efficaces contre les défauts et leurs prémices de natures furtives, non stationnaires, et très peu énergétiques.
Toutefois, de par leur caractère difficilement détectable, ces défauts qui appartiennent à la famille des décharges électriques (par exemple, prémices de l'amorçage d'arc électrique, impulsion de trichel, aigrettes, etc.) peuvent endommager les isolants des conducteurs électriques à l'intérieur des dispositifs électriques embarqués.
Actuellement, il existe des techniques efficaces de détection de décharges électriques dans un réseau électrique comme par exemple dans la demande de brevet de la demanderesse FR1256146. Cette technique repose sur le couplage de l'analyse des signaux électriques créés par un défaut électrique avec l'analyse de signaux complémentaires de natures différentes créés par le même défaut électrique.
Toutefois, il y a une différence entre la détection dans un réseau électrique et celle dans un dispositif électrique. En effet, les trajets parcourus par des signaux électriques ou complémentaires dans un dispositif électrique sont très inférieurs à ceux parcourus à l'intérieur d'un réseau électrique. En outre, le dispositif électrique comporte en général un convertisseur de puissance présentant un fort gradient de tension qui perturbe la mesure de signaux électriques.
L'objet de la présente invention est par conséquent de proposer un système et un procédé permettant une détection rapide et avec une grande précision d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention est définie par un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, comportant:
-une chaîne d'acquisition configurée pour acquérir des signaux électrique et acoustique créés par un phénomène de décharge électrique survenu dans un milieu relatif audit dispositif électrique, et
-un processeur configuré pour détecter en temps réel ledit phénomène de décharge électrique en appliquant sur lesdits signaux électrique et acoustique une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact.
Ainsi, le système de détection selon l'invention met en œuvre de manière simple une détection non intrusive et en temps réel de phénomènes de décharges électriques dans le dispositif embarqué. L'analyse par transformation en ondelettes continues à moments nuis est très adaptée pour reconnaître de manière simple et précise la signature d'une décharge électrique dans un espace limité et même si les signaux sont perturbés.
Avantageusement, ledit processeur est configuré pour déterminer un retard d'acquisition entre le signal acoustique et le signal électrique permettant de localiser spatialement ledit phénomène de décharge électrique dans ledit milieu du dispositif électrique en fonction dudit retard d'acquisition.
Ceci permet une détection fiable et une localisation spatiale assez précise du défaut dans le dispositif embarqué ou son environnement.
Avantageusement, ladite chaîne d'acquisition est configurée pour avoir une bande passante supérieure ou égale à 1 MHz.
Ceci permet de déterminer le retard d'acquisition entre le signal acoustique et le signal électrique avec une très grande précision même si le retard est très faible.
Avantageusement, le processeur est configuré pour réaliser une analyse par transformation en ondelettes continues ayant un nombre maximal de valeurs de décomposition et ayant une décroissance rapide ou une valeur nulle en dehors d'un intervalle d'intérêt des ondelettes.
Ceci permet d'avoir une bonne résolution temps-fréquence permettant de différencier davantage entre des signaux normaux non-linéaires et des signaux de décharges électriques même si la distance parcourue par les signaux est très faible.
Avantageusement, ledit processeur est configuré pour enregistrer au préalable des signatures relatives à des signaux normaux pouvant être non linéaires et/ou transitoires.
Ceci permet de discriminer un événement de défaut réel par rapport à un événement provoqué par un signal normal enregistré préalablement et ayant une signature très proche de celle d'un défaut.
Selon un aspect de la présente invention, la chaîne d'acquisition comporte :
- au moins un capteur électrique disposé à des bornes du dispositif électrique et configuré pour détecter des signaux électriques, et
- au moins un capteur de vibration disposé au voisinage dudit au moins un capteur électrique et configuré pour détecter des signaux acoustiques.
Avantageusement, les capteurs électrique et de vibration sont configurés pour être autoalimentés par une tension existante aux bornes du dispositif.
Ainsi, il n'est pas nécessaire d'avoir une alimentation dédiée. On peut, par exemple, utiliser une alimentation par pont capacitif.
Selon différents modes de réalisations, le dispositif électrique embarqué est un équipement parmi les équipements suivants : une machine électrique, un dispositif d'amorçage d'une décharge au niveau d'une bougie d'allumage, un actionneur électrique, et un dispositif de stockage d'électricité.
L'invention vise aussi un dispositif embarqué dans un aéronef, comportant le système de détection selon les caractéristiques ci-dessus.
L'invention vise également un procédé de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, comportant les étapes suivantes:
- acquérir des signaux électrique et acoustique créés par un phénomène de décharge électrique survenu dans un milieu relatif audit dispositif électrique (15), et
- détecter en temps réel ledit phénomène de décharge électrique en appliquant sur lesdits signaux électrique et acoustique une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels de l'invention faits en référence aux figures jointes parmi lesquelles :
La Fig. 1 illustre de manière schématique un procédé et un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, selon l'invention ;
La Fig. 2 illustre de manière schématique un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
Les Figs. 3A-3C illustrent le traitement des signaux par le processeur de la Fig. 2 selon la technique de transformée en ondelette continue, selon l'invention ;
La Fig. 4 est un organigramme illustrant une analyse de l'évolution d'une décharge électrique, selon un mode de réalisation de l'invention ;
La Fig. 5 illustre de manière schématique une machine électrique embarquée comportant un système de détection, selon un premier exemple d'application de l'invention ;
La Fig. 6 illustre de manière schématique un dispositif d'amorçage embarqué comportant un système de détection, selon un deuxième exemple d'application de l'invention ;
Les Figs. 7A et 7B sont des graphiques illustrant des exemples de retard d'acquisition entre les signaux électrique et mécanique, en relation avec la Fig. 6 ; et
La Fig. 8 illustre de manière schématique un dispositif de stockage d'électricité embarqué, selon un troisième exemple d'application de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La Fig. 1 illustre de manière schématique un procédé et un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, selon l'invention.
Le système 1 de détection comporte une chaîne d'acquisition 3 et une unité de traitement 5 comprenant habituellement une unité d'entrée 7, un processeur 9, des unités de stockage 11, et une unité de sortie 13. En particulier, le processeur 9 peut être utilisé pour exécuter un programme d'ordinateur enregistré dans les unités de stockage 11 et comportant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé de détection selon l'invention.
La chaîne d'acquisition 3 est configurée pour acquérir de manière non intrusive, un signal électrique SI et un signal acoustique S2 créés par un phénomène E de décharge électrique survenu dans un milieu relatif au dispositif électrique 15. On notera que les vitesses de propagation des signaux électrique et acoustique sont connues.
Plus particulièrement, la chaîne d'acquisition 3 comporte au moins un capteur électrique 17 et au moins un capteur de vibration 19. Le capteur électrique 17 est disposé à des bornes 21 du dispositif électrique 15 et est configuré pour détecter des signaux électriques SI. Le capteur de vibration 19 est également disposé à des bornes 21 du dispositif électrique 15 au voisinage du capteur électrique 17 et est configuré pour détecter des signaux acoustiques. Ainsi, le capteur électrique 17 et le capteur de vibration 19 sont installés en un même endroit géographique du dispositif électrique 15.
L'unité de traitement 5 est configurée pour traiter et analyser le signal électrique SI et le signal acoustique S2 reçus via l'unité d'entrée 7 depuis la chaîne d'acquisition 3. Plus particulièrement, le processeur 9 est configuré pour détecter en temps réel le phénomène E de décharge électrique en appliquant sur les signaux électrique SI et acoustique S2 une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact.
En effet, de par la proximité entre une éventuelle décharge électrique E au sein du dispositif électrique 15 et les capteurs de détection 17, 19, le retard entre le signal acoustique S2 et le signal électrique SI sera très faible et nécessite une très bonne résolution temps-fréquence. Ceci est rendu possible par la présente invention, en sélectionnant une ondelette ψ continue ayant des moments nuis avec un support compact :
/t7 ip(t)dt = 0 avec j = 0,...., k pour une ondelette ψ possédant k + 1 moments nuis. On notera que plus l'ondelette oscille plus elle possède de moments nuis et plus la résolution temps-fréquence est augmentée. Ceci permet également de détecter un signal électrique avec une grande précision mêmes si ce signal a éventuellement été perturbé par un convertisseur de puissance associé au dispositif électrique 15.
En outre, l'analyse par transformation en ondelettes continues permet une localisation spatio-temporelle équilibrée tout en ne privilégiant pas un domaine de fréquence au détriment d'un autre, ceci par souci d'obtenir un équilibre et une grande précision entre la localisation temporelle et la localisation fréquentielle.
Le principe de base de cette méthode est le fait de comprimer ou d'étirer les ondelettes continues afin qu'elles s'adaptent automatiquement aux différentes composantes du signal selon une analyse dite de multi-résolution. Cette analyse utilise une fenêtre étroite pour détecter les composantes transitoires de hautes fréquences et une fenêtre large pour détecter les composantes de basses fréquences.
Sur la Fig. 2 est représenté un système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Le dispositif électrique 15 embarqué peut par exemple être une machine électrique, un dispositif d'amorçage d'une décharge au niveau d'une bougie d'allumage, un actionneur électrique, ou un pack de batterie. Le dispositif électrique peut être destiné à être embarqué dans un véhicule ou dans un aéronef.
Le système 1 de détection est connecté au dispositif électrique 15 embarqué et en particulier, le système 1 de détection peut même être compris dans le dispositif électrique 15 embarqué.
Selon un autre mode de réalisation, plusieurs dispositifs électriques embarqués peuvent être connectés à un même système 1 de détection.
Par ailleurs, comme dans l'exemple de la Fig. 1, le système 1 de détection comporte une chaîne d'acquisition 3 et une unité de traitement 5.
La chaîne d'acquisition 3 comporte des capteurs de détection 17a, 17b, 19 installés sur des bornes 21 du dispositif électrique 15 embarqué. On notera que selon la nature du dispositif électrique 15, les capteurs de détection peuvent être installés sur des bornes d'entrées ou de sorties du dispositif électrique (voir Figs. 4, 5 et 7).
Les capteurs de détection comportent un premier capteur de mesure de courant électrique 17a et/ou un deuxième capteur de mesure de tension électrique 17b ainsi qu'un troisième capteur de mesure de vibration 19 mécanique. Les premier et/ou deuxième capteurs 17a, 17b sont configurés pour détecter des signaux électriques représentatifs d'un phénomène E de décharge électrique par la mesure et l'analyse du courant et/ou de la tension électrique aux bornes 21 du dispositif électrique 15 embarqué. Le troisième capteur 19 peut comprendre des amplificateurs ainsi que des éléments de type microphonique, piézoélectrique, ou accélérométrique et est configuré pour détecter des signaux acoustiques S2 du même phénomène E de décharge électrique afin de pouvoir confirmer sa détection et la localiser. Les signaux acoustiques S2, qui sont de type sonores ou ultrasonores, ont une très bonne propagation dans les conducteurs électriques du dispositif électrique 15 et son environnement.
En effet, la création d'un arc électrique est source d'ondes acoustiques qui peuvent avoir des amplitudes très élevées. Un arc électrique ou une décharge étant un phénomène non linéaire à l'amorçage, la brusque variation de puissance provoquera la transmission de bruit d'amplitude sonore très brève et très élevée dans un conducteur électrique.
Avantageusement, la chaîne d'acquisition 3 de mesures électriques et acoustiques est configurée pour avoir une bande passante supérieure ou égale à 1 MHz permettant ainsi de mesurer tout retard d'acquisition entre le signal acoustique S2 et le signal électrique (Sla et/ou Slb) avec une très grande précision même si le retard est extrêmement faible.
On notera que pour des raisons de synchronismes dans l'analyse, l'acquisition des signaux électriques Sla, Slb et acoustique S2 est faite de préférence avec la même base de temps et donc avec une même fréquence d'échantillonnage.
Avantageusement, les capteurs électriques 17a, 17b et de vibration 19 sont configurés pour être autoalimentés par une tension existante aux bornes du dispositif électrique 15. A titre d'exemple, l'alimentation des capteurs de mesure 17a, 17b, 19 peut être réalisée par un pont capacitif relié au dispositif électrique 15. En outre, tous les composants du système 1 de détection peuvent également être autoalimentés par la tension existante aux bornes du dispositif électrique 15.
Par ailleurs, l'unité de traitement 5 comporte un processeur 9, des unités de stockage 11, une unité d'entrée 7 et une unité de sortie 13. L'unité d'entrée 7 est connectée à des convertisseurs analogiques/numériques « CAN » 23, 25 interfaçant les différents capteurs électriques 17a, 17b et de vibration 19. L'unité de sortie 13 est connectée à des périphériques de sortie 27 de type écrans, alarmes, disjoncteurs, et/ou imprimantes.
En outre, le capteur de mesure de vibration 19 est avantageusement isolé galvaniquement de l'unité de traitement 5 par des fibres optiques 29, opto-coupleurs, ou transformateurs d'isolement. En effet, la partie mesure de vibration peut avantageusement comporter un étage de transformation (par exemple entre la mesure brute et la mesure traitée) pour garantir une sécurité accrue des personnes et équipements.
Les Figs. 3A-3C illustrent le traitement des signaux par le processeur de la Fig. 2 selon la technique de transformée en ondelette continue, selon l'invention.
Le processeur 9 est configuré pour continuellement analyser par transformées en ondelettes continues les signaux électriques Sla, Slb et acoustiques S2 détectés dans le dispositif électrique 15 embarqué. Plus particulièrement, le processeur 9 est configuré pour réaliser une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact augmentant ainsi la résolution temps-fréquence. En outre, les ondelettes comportent un nombre maximal de valeurs de décomposition permettant de différencier avec précision entre des signaux non-linéaires normaux et les signaux de décharges partielles. Par ailleurs, les ondelettes présentent une décroissance rapide ou une valeur nulle en dehors d'un intervalle d'intérêt des ondelettes.
La première étape (Fig. 3A) consiste à choisir une ondelette ψ continue ayant les propriétés indiquées ci-dessus et à la comparer à une partie d'un signal f(t) (électrique ou acoustique) en commençant au même instant initial que le signal d'origine.
La transformation en ondelettes consiste à créer, à partir de l'ondelette mère ip, une famille d'ondelettes ψ(αχ + b) qui sont des fonctions affines où o et b sont des nombres réels. Le facteur o (appelé échelle de dilatation) sert à dilater (σ>1) ou à comprimer (σ<1) la fonction ψ et le terme b (appelé facteur de translation) sert à la translater.
Plus particulièrement, le signal f(t) est transformé en une fonction C(a,b) à deux variables appelée « coefficient d'ondelette » de la manière suivante :
+CO
C(a, b) = J f(t) x y/(at + b)dt
Plus ce coefficient est élevé, plus il y a ressemblance entre l'intervalle du signal et l'ondelette. Le coefficient d'ondelette peut être interprété comme un coefficient de corrélation si le signal et l'ondelette sont d'énergie unitaire. Ainsi, plus ce coefficient tend vers 1 plus la probabilité de détecter l'événement d'un défaut sera élevée.
La valeur du coefficient dépend de la forme et des propriétés de l'ondelette que l'on choisit (orthogonale, biorthogonale, oblique, non orthogonale, support de l'ondelette, oscillation de l'ondelette, etc.).
La troisième étape (Fig. 3B) consiste à translater l'ondelette ψ vers la droite (c'està-dire, dans le sens du temps) puis on répète les première et deuxième étapes jusqu'à ce qu'elles couvrent la totalité du signal.
La quatrième étape (Fig. 3C) consiste à dilater ou à contracter (selon l'algorithme utilisé) l'ondelette, puis on répète les étapes précédentes.
Finalement, la cinquième étape consiste à répéter les étapes précédentes pour chaque échelle de dilatation.
Ainsi, on obtient des coefficients d'ondelettes sur différentes échelles de fréquences sur les signaux électriques et acoustiques. Ces coefficients peuvent être représentés sur un graphique de type scalogramme. Selon l'algorithme de corrélation de la transformée en ondelette et en fonction du type d'ondelette, plus ce coefficient tendra vers 1, plus la probabilité de détecter l'occurrence d'un défaut sera élevée.
Les coefficients très élevés sur les signaux électriques de tension et/ou de courant serviront de référence temporelle de l'existence du défaut. Ceci définit ainsi une première référence temporelle tl représentative d'un instant de détection des signaux électriques
Sla, Slb émis lors d'un événement E de décharge électrique survenu dans le dispositif électrique 15 embarqué. On notera que l'événement E de décharge électrique est bien entendu détecté simultanément sur les graphiques relatifs au courant et à la tension.
De même, la présence de coefficients d'ondelette élevés sur un signal acoustique définira une seconde référence temporelle t2 représentative d'un instant de détection du signal acoustique émis lors du même événement E de décharge électrique sachant qu'un signal acoustique présente une propagation plus lente en direction des capteurs de mesure.
Grâce aux première et seconde références temporelles, le processeur 9 détermine un retard d'acquisition entre le signal acoustique et le signal électrique (ou les signaux électriques simultanés). En outre, le processeur 9 est configuré pour localiser spatialement le phénomène de décharge électrique dans le milieu du dispositif électrique 15 en fonction du retard d'acquisition.
En effet, le processeur 9 est configuré pour déterminer l'écart de temps At=t2-tl entre l'arrivée des signaux électriques Sla, Slb et le signal acoustique S2. Cette durée At est utilisée pour déterminer la localisation spatiale de la décharge électrique. La distance D de cette décharge par rapport aux capteurs de détection 17a, 17b, 19 peut être déterminée en fonction du retard At et des vitesses de propagation vl et v2 des ondes électrique et acoustique à l'aide de la relation suivante :
D=At(vlv2)/(vl-v2).
On notera que la vitesse de propagation v2 de l'onde acoustique dans le cuivre ou dans d'autres métaux conducteurs est très lente (typiquement 3570m/s dans le cuivre à 25°C) par rapport à la vitesse de propagation vl des ondes électriques (typiquement 273000000m/s dans le cuivre).
Une fois que l'événement E de décharge électrique est déterminé, le processeur 9 est configuré pour délivrer aux périphériques de sortie Yl via l'unité de sortie 13, les coordonnées temporelles, fréquentielles et spatiales de cet événement E.
Avantageusement, le processeur 9 est configuré pour enregistrer au préalable des signatures relatives à des signaux normaux pouvant être non linéaires et/ou transitoires.
En effet, certains dispositifs électriques 15 peuvent éventuellement générer des signaux pouvant avoir des signatures très proches des décharges électriques. On notera qu'une décharge électrique engendre des signaux furtifs, apériodiques et variables en termes d'énergie et de localisation couplés avec des phénomènes mécaniques caractéristiques. Ainsi, grâce au retard entre les signaux électriques Sla, Slb et acoustique S2 tout au long de la durée de fonctionnement du dispositif électrique 15 embarqué, le processeur 9 détermine des signatures associées à des signaux normaux répétitifs et non linéaires. Le fait d'enregistrer au préalable les signatures normales permet ainsi d'augmenter la finesse de précision du processeur 9 lui permettant de discriminer entre un événement E de décharge électrique réelle par rapport à un événement provoqué par un signal normal ayant une signature très proche de celle de la décharge électrique.
Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, le processeur 9 est configuré pour déterminer des valeurs relatives à des facteurs quantitatifs du défaut, de comparer ces valeurs à des seuils critiques, et de déclencher une alerte et éventuellement une coupure du dispositif électrique 15 lorsqu'une de ces valeurs dépasse le seuil critique.
En effet, la Fig. 4 est un organigramme illustrant une analyse de l'évolution d'une décharge électrique, selon un mode de réalisation de l'invention.
Ceci peut être réalisé en corrélant plusieurs facteurs relatifs à la décharge électrique. Ces facteurs sont par exemple la durée de présence de la décharge électrique, l'énergie dissipée et l'évolution spatiale dans le dispositif électrique 15 embarqué.
Plus particulièrement, après la détection d'un évènement E de décharge électrique à l'étape El, on passe aux tests des étapes E2 et E3.
A l'étape E2, on vérifie si la durée de l'évènement E de décharge électrique ou l'énergie dissipée dépasse un premier seuil prédéterminé. La durée de l'évènement et l'énergie dissipée peuvent être caractérisées par l'évolution de la densité des coefficients d'ondelettes élevés successifs. Si l'issue du test E2 est positif, on passe à l'étape E4 et sinon on passe à l'étape E3.
A l'étape E3, on vérifie l'évolution spatiale de l'évènement dans le dispositif électrique 15 embarqué en analysant la variation du retard entre la propagation des signaux électriques et la propagation du signal acoustique. Si l'issue du test E3 est positive, on passe à l'étape E4 et sinon on passe à l'étape E5.
On notera qu'on peut faire évoluer les premier et deuxième seuils prédéterminés en fonction des caractéristiques des dernières occurrences de l'évènement.
L'étape E4 indique que le seuil de dangerosité de l'évènement a été atteint et dans ce cas, le processeur 9 envoie une alerte.
Ainsi, selon cet algorithme si au moins une des deux conditions (définies dans les tests des étapes E2 et E3) est atteinte alors on considère que l'évènement a atteint un seuil de dangerosité (étape E4) entraînant la coupure immédiate du dispositif embarqué en défaut. Si aucune des conditions n'est atteinte, alors l'évènement E et ses caractéristiques seront gardés en mémoire (étape E5).
A l'étape E5, le processeur 9 enregistre l'ensemble des événements et leurs paramètres dans les unités de stockage 11. On pourra donc relever par la suite ces paramètres pour prévoir un programme de maintenance approprié avant la défaillance du dispositif électrique 15 embarqué.
La Fig. 5 illustre de manière schématique une machine électrique embarquée comportant un système de détection, selon un premier exemple d'application de l'invention.
La machine électrique 115 comporte des enroulements 31 par exemple triphasés alimentés par un convertisseur de puissance 33. Selon cet exemple, un capteur électrique 17 et un capteur de vibration 19 sont installés sur les bornes d'alimentation de chaque enroulement 31 (ou phase). Les différents capteurs 17, 19 sont connectés à l'unité de traitement 5 comportant le processeur 9 qui est configuré pour détecter tout événement E de décharge électrique et l'emplacement de ce dernier. En effet, en connaissant le couplage (étoile ou triangle) des enroulements 31, le processeur 9 est configuré pour déterminer la localisation de la phase 31 impactée par la présence de décharges électriques en analysant le retard de la propagation des signaux mesurés par les capteurs de détection 17, 19 installés aux bornes de chaque enroulement 31 selon la technique décrite précédemment. Le processeur 9 est configuré ensuite pour délivrer aux périphériques de sortie 27 via l'unité de sortie 13, un message indiquant l'enroulement impacté ainsi que les coordonnées temporelles et fréquentielles de l'événement E de décharge électrique.
La Fig. 6 illustre de manière schématique un dispositif d'amorçage embarqué comportant un système de détection, selon un deuxième exemple d'application de l'invention.
Le dispositif d'amorçage 215 est un boîtier haute énergie utilisé pour amorcer une décharge électrique au niveau d'une bougie d'allumage 41 d'une chambre de combustion appartenant par exemple à une turbine à gaz d'un aéronef.
Ce dispositif électrique 215 comporte un convertisseur de puissance 43 alimentant un transformateur 45 dont le secondaire 45a est couplé à un circuit comprenant une diode 47 et un condensateur 49. Un point commun entre une borne du condensateur 49 et la diode 47 est connecté à un éclateur 51 qui est relié à la bougie 41 via un câble 53. L'autre borne du condensateur 49 est connectée à la masse. L'éclateur 51 est configuré pour amorcer la décharge électrique aux bornes de la bougie 41.
Le convertisseur de puissance 43 convertit une petite tension de quelques dizaines de volts à quelques milliers de volts. Ainsi, la tension fournie par le convertisseur 43 peut atteindre plusieurs milliers de kilovolts. Cette tension élevée perturbe la mesure du courant et peut fatiguer les isolants des conducteurs et endommager éventuellement la bougie d'allumage 41 par un phénomène d'électroérosion. En conséquence de cet endommagement, l'existence de l'amorçage de la décharge électrique au niveau de la bougie d'allumage 41 n'est pas garantie. En effet, l'amorçage de la décharge peut se produire sur le câblage 53 connectant le dispositif d'amorçage 215 à la bougie 41, voire même à l'intérieur du dispositif électrique 215 à proximité de l'éclateur 51.
Conformément à l'invention, un capteur électrique 17 et un capteur de vibration 19 sont installés sur des bornes du dispositif d'amorçage 215. En particulier, les capteurs de mesures 17, 19 sont installés aux bornes de sortie du dispositif d'amorçage 215. Les capteurs de mesure sont connectés à l'unité de traitement 5 comportant le processeur 9 qui est configuré pour détecter la décharge électrique et la localisation de cette décharge grâce à la technique décrite précédemment qui est robuste vis-à-vis des perturbations engendrées par le convertisseur 43 et très précise malgré un éventuel petit délai d'acquisition.
Ainsi, en connaissant la longueur du câble 53 reliant l'éclateur 51 à la bougie 41, le processeur 9 est configuré pour vérifier si la décharge électrique a bien eu lieu sur la bougie 41.
Le processeur 9 est configuré ensuite pour délivrer aux périphériques de sortie 27 via l'unité de sortie 13, un message indiquant l'emplacement de la décharge et si elle a bien eu lieu sur la bougie 41.
En effet, les Figs. 7A et 7B sont des graphiques illustrant des exemples de retard d'acquisition entre les signaux électrique et mécanique, en relation avec la Fig. 6.
Chacun de ces graphiques montre l'évolution du signal électrique SI à la sortie du dispositif d'amorçage 215 ainsi que l'évolution du signal acoustique S2 provoqué par la décharge électrique.
La Fig. 7A montre que le retard d'acquisition RI du signal acoustique S2 par rapport au signal électrique SI correspond à une distance de 2 m qui est conforme à la longueur du câble 53 entre l'éclateur 51 et la bougie 41 permettant ainsi d'affirmer que la décharge a bien eu lieu sur cette dernière.
En revanche, la Fig. 7B montre que le retard d'acquisition R2 du signal acoustique S2 par rapport au signal électrique SI correspond à une distance de 0,5 m qui est plus petite que la longueur du câble 53 entre l'éclateur 51 et la bougie 41 permettant ainsi d'affirmer que la décharge n'a pas eu lieu sur la bougie 41 mais bien avant. Ainsi, on peut facilement diagnostiquer le bon ou mauvais fonctionnement du dispositif d'amorçage 215.
La Fig. 8 illustre de manière schématique un dispositif de stockage d'électricité embarqué, selon un troisième exemple d'application de l'invention.
Le dispositif de stockage 315 d'électricité (ou pack batterie) comporte des cellules 61 de stockage d'électricité, par exemple de type Lithium, ainsi qu'une unité de contrôle 63 configurée pour mesurer la température des cellules 61 afin de détecter et couper toute cellule 61 présentant un début de surchauffe. Ceci assure une excellente sécurité et fiabilité de fonctionnement du dispositif de stockage 315 d'électricité.
En outre, afin d'augmenter encore davantage la sécurité de fonctionnement et pour atteindre une fiabilité de 100%, le dispositif de stockage 315 d'électricité comporte un capteur électrique et un capteur de vibration installés sur des bornes 21 du dispositif de stockage 315.
Les différents capteurs 17,19 sont connectés à l'unité de traitement 5 comportant le processeur 9 qui est configuré pour détecter toute décharge partielle entre les cellules 61. En connaissant l'emplacement des différentes cellules 61, le processeur 9 est configuré pour déterminer la ou les cellules 61 impactées par la présence de décharges électriques en analysant le retard de la propagation des signaux électrique et acoustique mesurés par les capteurs de détection 17, 19 selon la technique décrite précédemment. Le processeur 9 est configuré ensuite pour délivrer aux périphériques de sortie 27 via l'unité de sortie 13, un message indiquant la ou les cellule(s) 61 impactée(s).
L'invention est applicable à tous les dispositifs électriques destinés à être embarqués dans des navires, des automobiles, des trains et plus particulièrement, dans des aéronefs.
On notera que le système de détection peut être intégré dans le dispositif électrique à surveiller ou dans un boîtier spécifique pouvant être connecté à plusieurs dispositifs électriques.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, caractérisé en ce qu'il comporte:-une chaîne d'acquisition (3) configurée pour acquérir des signaux électrique (SI) et acoustique (S2) créés par un phénomène de décharge électrique survenu dans un milieu relatif audit dispositif électrique (15), et-un processeur (9) configuré pour détecter en temps réel ledit phénomène de décharge électrique en appliquant sur lesdits signaux électrique et acoustique une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact.
- 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit processeur (9) est configuré pour déterminer un retard d'acquisition entre le signal acoustique (S2) et le signal électrique (SI) et pour localiser spatialement ledit phénomène de décharge électrique dans ledit milieu du dispositif électrique (15) en fonction dudit retard d'acquisition.
- 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite chaîne d'acquisition (3) est configurée pour avoir une bande passante supérieure ou égale à 1 MHz.
- 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur (9) est configuré pour réaliser une analyse par transformation en ondelettes continues ayant un nombre maximal de valeurs de décomposition et ayant une décroissance rapide ou une valeur nulle en dehors d'un intervalle d'intérêt des ondelettes.
- 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit processeur (9) est configuré pour enregistrer au préalable des signatures relatives à des signaux normaux pouvant être non linéaires et/ou transitoires.
- 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne d'acquisition comporte :- au moins un capteur électrique (17) disposé à des bornes du dispositif électrique et configuré pour détecter des signaux électriques, et- au moins un capteur de vibration (19) disposé au voisinage dudit au moins un capteur électrique et configuré pour détecter des signaux acoustiques.
- 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les capteurs électrique (17) et de vibration (19) sont configurés pour être autoalimentés par une tension existante aux bornes du dispositif.
- 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif électrique embarqué est un équipement parmi les équipements suivants : une machine électrique, un dispositif d'amorçage d'une décharge au niveau d'une bougie d'allumage, un actionneur électrique, et un dispositif de stockage d'électricité.
- 9. Dispositif embarqué dans un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte le système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 10. Procédé de détection d'une décharge électrique dans un dispositif électrique embarqué, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:- acquérir des signaux électrique (SI) et acoustique (S2) créés par un phénomène de décharge électrique survenu dans un milieu relatif audit dispositif électrique (15), et- détecter en temps réel ledit phénomène de décharge électrique en appliquant sur lesdits signaux électrique et acoustique une analyse par transformation en ondelettes continues comportant des moments nuis avec un support compact.1/8S.60235
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220065915A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | General Electric Company | Online and offline partial discharge detection for electrical drive systems |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2518521A2 (fr) * | 2011-04-29 | 2012-10-31 | General Electric Company | Système et dispositif pour détecter les défauts dans des câbles souterrains |
| US20130006560A1 (en) * | 2010-03-05 | 2013-01-03 | Ambient Corporation | Evaluating noise and excess current on a power line |
| US20150204935A1 (en) * | 2012-06-28 | 2015-07-23 | Labinal Power Systems | Device and method for monitoring an electrical network |
-
2016
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130006560A1 (en) * | 2010-03-05 | 2013-01-03 | Ambient Corporation | Evaluating noise and excess current on a power line |
| EP2518521A2 (fr) * | 2011-04-29 | 2012-10-31 | General Electric Company | Système et dispositif pour détecter les défauts dans des câbles souterrains |
| US20150204935A1 (en) * | 2012-06-28 | 2015-07-23 | Labinal Power Systems | Device and method for monitoring an electrical network |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "Wavelet analysis and transient signal processing applications for power systems", 12 April 2016, JOHN WILEY & SONS, INCORPORATED, ISBN: 978-1-118-97701-9, article ZHENGYOU HE: "The properties of basic wavelets; Frequently used properties of the mother wavelet in engineering signal analysis.", pages: 61 - 71, XP055379707 * |
| "Wavelet analysis and transient signal processing applications for power systems", 12 April 2016, JOHN WILEY & SONS, INCORPORATED, ISBN: 978-1-118-97701-9, article ZHENGYOU HE: "Wavelet Basis Selection for Transient Signal Analysis of Power Systems", pages: 92 - 109, XP055379796 * |
| CHEN ZAIYU ET AL: "The Selection Of Wavelet Function In Singular Signal Detection", PROCEEDINGS OF THE 2ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTER SCIENCE AND ELECTRONICS ENGINEERING (ICCSEE 2013), 1 January 2013 (2013-01-01), XP055379867, ISBN: 978-90-78-67761-1, DOI: 10.2991/iccsee.2013.382 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220065915A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | General Electric Company | Online and offline partial discharge detection for electrical drive systems |
| US11846665B2 (en) * | 2020-08-31 | 2023-12-19 | General Electric Company | Online and offline partial discharge detection for electrical drive systems |
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