FR3057673A1 - Detection d'un defaut dans une unite de generateur - Google Patents

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Bernhard Schuff
Carina Dittmann
Helmut Suelzle
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Abstract

Procédé de détection d'un défaut dans une unité de générateur (100) comportant une machine électrique (105) avec un enroulement de rotor (110) et un enroulement de stator (120) ainsi qu'un redresseur (130) raccordé à un réseau (150). Pendant une durée au cours de la quelle l'unité de commutation (150) qui applique une tension d'excitation (UE) à l'enroulement de rotor (110), se trouve dans une position (S) on détermine une le chronogramme (V1, V2,) du courant d'excitation (IE) dans l'enroulement de rotor (110), et - on conclut à un défaut qui concerne au moins un défaut dans l'unité de générateur (100) si au moins l'un des chronogrammes obtenus (V1, V2) du courant d'excitation (IE) s'écarte selon au moins un critère prédéterminé d'une courbe de comparaison (V'1, V'2) du courant d'excitation (IE) pour la position correspondante de l'unité de commutation (150).

Description

Titulaire(s) : ROBERT BOSCH GMBH.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET HERRBURGER.
DETECTION D'UN DEFAUT DANS UNE UNITE DE GENERATEUR.
FR 3 057 673 - A1 (m) Procédé de détection d'un défaut dans une unité de générateur (100) comportant une machine électrique (105) avec un enroulement de rotor (110) et un enroulement de stator (120) ainsi qu'un redresseur (130) raccordé à un réseau (150).
Pendant une durée au cours de la quelle l'unité de commutation (150) qui applique une tension d'excitation (UE) à l'enroulement de rotor (110), se trouve dans une position (S) on détermine une le chronogramme (V-|, V2,) du courant d'excitation (lE) dans l'enroulement de rotor (110), et
- on conclut à un défaut qui concerne au moins un défaut dans l'unité de générateur (100) si au moins l'un des chronogrammes obtenus (V15 V2) du courant d'excitation (IE) s'écarte selon au moins un critère prédéterminé d'une courbe de comparaison (V'i, V'2) du courant d'excitation (lE) pour la position correspondante de l'unité de commutation (150).
t
i
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un procédé de détection d’un défaut dans une unité de générateur ainsi qu’à une unité de calcul et un programme d’ordinateur pour la mise en œuvre de ce procédé.
Etat de la technique
Les véhicules automobiles disposent d’un réseau embarqué alimenté par une machine électrique fonctionnant comme générateur, par exemple, une machine synchrone à excitation extérieure qui est alimentée en tension. Pour réguler la tension du réseau embarqué on peut commander ou régler le courant d’excitation de la machine électrique. La machine électrique est, en général raccordée au réseau embarqué par un redresseur, (avec des diodes ou des commutateurs semiconducteurs constituant des éléments redresseurs) et forme ainsi avec celle-ci, une unité de générateur.
Des défauts tels que des courts-circuits peuvent se produire dans de telles unités de générateurs qu’il faut détecter si possible.
Les défauts concernant la sous-tension d’une phase, l’arrêt du générateur, le court-circuit dans le circuit d’excitation ou la coupure du circuit d’excitation ou d’un transistor d’excitation ainsi que les surtensions aux branchements du réseau peuvent être détectés, par exemple en surveillant des valeurs seuil et en faisant des contrôles de plausibilité avec l’état de fonctionnement actuel. Mais il y a d’autres défauts que l’on ne peut déceler de cette manière.
Exposé et avantages de l’invention
La présente invention a pour objet un procédé de détection d’un défaut dans une unité de générateur comportant une machine électrique avec un enroulement de rotor et un enroulement de stator ainsi qu’un redresseur relié à celui-ci et par lequel la machine électrique est raccordée à un réseau d’énergie, pendant au moins une durée au cours de la quelle l’unité de commutation qui applique une tension d’excitation à l’enroulement de rotor, se trouve dans une position dans laquelle on détermine le chronogramme du courant d’excitation dans l’enroulement de rotor et on conclut à un défaut qui concerne au moins un incident dans l’unité de générateur si au moins l’un des chrono3057673 grammes obtenus du courant d’excitation s’écarte selon au moins un critère prédéterminé d’une courbe de comparaison du courant d’excitation pour la position correspondante de Tunité de commutation.
Le procédé selon l’invention permet de déceler un défaut dans une unité de générateur qui comprend une machine électrique avec un enroulement de rotor et un enroulement de stator auxquels est relié un redresseur qui raccorde la machine au réseau d’énergie. Le réseau d’énergie est notamment le réseau embarqué d’un véhicule. Seulement pendant la durée pendant laquelle une unité de commutation se trouve dans une position pour appliquer une tension d’excitation d’enroulement de rotor, on détermine respectivement le chronogramme du courant d’excitation dans l’enroulement de rotor. Comme unité de commutation on a par exemple des transistors encore appelés transistors d’excitation. L’unité de commutation peut faire partie de l’unité de générateur, mais elle peut aussi être un élément distinct, par exemple un régulateur de générateur externe installé sur l’unité de générateur.
Si au moins l’une des courbes obtenues du courant d’excitation diffère selon au moins un critère prédéfini par rapport à la courbe de comparaison du courant d’excitation pour la position correspondante de l’unité de commutation, on conclut à un défaut qui concerne au moins un incident dans l’unité de générateur. Pour déterminer au moins la courbe du courant d’excitation, le courant d’excitation peut, par exemple se trouver plusieurs fois pendant cette période dans la position (inchangée) définie par l’unité de commutation en particulier avec un taux de détection suffisamment élevé. L’expression ou la détection du défaut peut se faire notamment dans un générateur régulateur. Pour les courbes de comparaison il faut veiller à ce que les différents paramètres de fonctionnement de l’unité de générateur, notamment sa vitesse de rotation, correspondent aux courbes au moins d’une manière suffisamment précise.
Cela permet de manière simple de reconnaître différents types de défaut dans le redresseur et/ou dans la machine électrique. Cela est possible car de tels défauts se répercutent sur le courant d’excitation. Alors que, par exemple, une simple comparaison entre la tension de phase et la tension de batterie ou du réseau embarqué, par exemple, ne permettent de déceler aucune coupure d’une phase complète du redresseur, une telle coupure se répercute néanmoins sur le courant d’excitation. De même, les courts-circuits entre les phases se répercutent sur le courant d’excitation. La raison est que l’injection de courant et ainsi également les irrégularités et les courants non destinés à l’enroulement de stator se répercutent sur l’enroulement de rotor et ainsi sur le courant d’excitation.
De plus, la courbe du courant d’excitation se distingue en fonction de la position de l’unité de commutation. Pour une position de l’unité de commutation qui produit l’application de la tension d’excitation à l’enroulement de rotor (c’est-à-dire la position de branchement) le courant d’excitation augmente, par exemple, pendant que lorsque l’unité de commutation est dans une position n’appliquant pas de tension d’excitation à l’enroulement de rotor, le courant d’excitation diminue (c’est-à-dire la position arrêt) dans la mesure où il n’y a pas de perturbation ou de défaut. On a reconnu, qu’en présence d’un défaut dans l’unité de générateur, lié au couplage du courant de stator au courant d’excitation, la courbe pour les positions respectives de l’unité de commutation, en général, ne coïncide plus avec celle d’une unité de générateur non perturbée. En tenant compte de la position du commutateur et en comparant la courbe obtenue à une courbe de référence, c’est-à-dire, notamment un tracé sans défaut, on peut très simplement conclure avec certitude à un défaut.
Si un défaut a été reconnu on peut notamment l’enregistrer dans une mémoire de défauts. On peut également envisager un affichage acoustique et/ou visuel pour le conducteur du véhicule.
De façon préférentielle, au moins un critère distingue entre la tendance croissante et la tendance décroissante du courant d’excitation. Cela permet de manière très simple de savoir s’il y a un défaut. Comme indiqué, le courant d’excitation doit augmenter pour la position marche et doit chuter pour la position arrêt. Si, par exemple, la valeur moyenne du courant d’excitation pour la position arrêt augmente de façon continue ou chute de façon continue dans le cas de la position marche, il y a un défaut.
De manière avantageuse, au moins un critère comporte un nombre de segments croissants et/ou décroissants (ou encore des zones ou des composants de temps) du courant d’excitation. Pendant que, comme indiqué pour la position marche, le courant d’excitation devrait augmenter, le courant d’excitation en cas de défaut peut également augmenter pour une position inchangée de l’unité de commutation et décroître en particulier chaque fois plusieurs fois. L’alternance entre les segments croissants et décroissants dans une position de commutation indique qu’il y a un défaut.
Il faut une mesure suffisamment précise et une exploitation pour distinguer entre une tendance croissante et une tendance décroissante et plusieurs segments croissants ou décroissants.
De manière avantageuse, on conclut qu’un incident prévisible correspond à un défaut si pour au moins pour l’un des tracés obtenus du courant d’excitation, la pente est inférieure à un premier seuil prédéfini. Comme ce n’est pas seulement en cas d’un défaut, comme par exemple un court-circuit entre deux phases que l’on aura un écart reconnaissable, c’est-à-dire mesurable entre le tracé et le tracé de comparaison, mais déjà pour un début d’incident, c’est-à-dire, par exemple, pour une résistance décroissante à cause du détachement de l’isolation ou un effet analogue, on peut reconnaître de manière très précoce un défaut. Le premier seuil peut être choisi de manière appropriée, par exemple pour permettre de constater l’existence effective d’un défaut, par exemple un court-circuit.
De façon avantageuse, en cas d’incident produit on conclut à un défaut si, pour au moins Tune des courbes déterminées du courant d’excitation, la pente est supérieure à un second seuil prédéfini. Le second seuil peut alors être choisi également, de manière correspondante, par exemple, à l’aide de mesures de comparaison ou de test dans lesquels on simule un incident correspondant. Pour cela, le second seuil ne correspond pas nécessairement au premier seuil, en particulier, il peut être plus grand pour distinguer, de manière significative, entre les deux types de défaut. Toutefois, les deux seuils peuvent également être identiques.
De façon préférentielle, on considère comme un incident un court-circuit entre deux phases et/ou une interruption de phase et/ou une interruption de diode (ou de commutateur semi-conducteur) et/ou un court-circuit de diode (ou d’un commutateur semi-conducteur) et/ou une dégradation d’une liaison électrique (par exemple une extension) entre les phases et/ou les diodes c’est-à-dire les composants cités. De tels défauts correspondent à un effet sur la courbe du courant d’excitation en fonction de la position de l’unité de commutation. Dans cette mesure, ces défauts peuvent se déterminer d’une manière particulièrement simple par le procédé proposé.
Une unité de calcul selon l’invention, notamment un générateur-régulateur ou, par exemple, un appareil de commande d’un véhicule automobile est conçu, notamment sur le plan de la technique de programmation pour exécuter un procédé tel que décrit ci-dessus, selon l’invention.
L’implémentation du procédé sous la forme d’un programme d’ordinateur est une solution avantageuse car elle est particulièrement économique, notamment si l’appareil de commande qui l’applique est utilisé pour d’autres fonctions et existe de toutes façons. Un support de données approprié pour le programme d’ordinateur est en particulier une mémoire magnétique optique ou électrique et, par exemple, sous la forme d’un disque dur, d’une mémoire flash, d’une mémoire EEPROM, d’un DVD, etc. On peut également envisager de télécharger le programme par un réseau d’ordinateurs (Internet, Intranet, etc.).
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l’aide d’exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est un schéma d’une unité de générateur comportant une machine électrique, un redresseur et un régulateur de générateur appliquant le procédé de l’invention, la figure 2 montre des courbes de comparaison du courant d’excitation en fonction de la position de l’unité de commutation dans le cadre du procédé de Tinvention selon un mode de réalisation préférentiel, la figure 3 montre schématiquement les chronogrammes du courant d’excitation en fonction de la position de l’unité de commutation en cas de défaut dans le cadre du procédé de Tinvention correspondant à un mode de réalisation préférentiel, la figure 4 montre schématiquement un ordinogramme d’un mode de réalisation préférentiel du procédé.
Mode de réalisation de l’invention
La figure 1 est un schéma d’une unité de générateur 100 comportant une machine électrique 105 avec un redresseur 130 et une unité de calcul 140 constituant le régulateur de générateur pour l’application du procédé de Tinvention. La machine électrique 100 a un enroulement de rotor ou d’excitation 110 ainsi qu’un enroulement de stator 120 ; cette machine est utilisée comme générateur alimentant en tension le réseau embarqué d’un véhicule automobile sous la forme d’un réseau d’énergie 180.
La machine électrique 100 et son enroulement de stator 120 ont des phases U, V et W. Chacune des trois phases est reliée par une diode 131 correspondante (dont une seule porte la référence) du redresseur 130 au côté positif B+ du réseau de bord 180 et au côté négatif du réseau de bord 180, c’est-à-dire la masse. Le nombre de trois phases n’est donné qu’à titre d’exemple et le procédé selon Tinvention peut s’appliquer également à un nombre différent de phase, par exemple 5, 6, 7 ou plus. Il est également possible de remplacer les diodes par des commutateurs semi-conducteurs.
Le régulateur de générateur 140 alimente l’enroulement de rotor 110 par l’intermédiaire d’une unité de commutation 150, par exemple, un transistor ou autre commutateur semi-conducteur, un vecteur 140 est, par exemple, relié à un générateur de signal 170 ou à un appareil de commande. On peut également envisager que le générateur de signal fasse partie du régulateur de générateur. Le régulateur de générateur 140 comporte également des entrées pour saisir la tension du réseau embarqué avec la tension B+ comme tension de phase, ici la phase W.
La figure 2 montre schématiquement les chronogrammes de comparaison du courant d’excitation en fonction de la position de l’unité de commutation 150 dans le cadre du procédé de l’invention selon une forme de réalisation préférentielle. En plus de la tension d’excitation Ue est en volts V et de la position S correspondante de l’unité d’excitation, le courant d’excitation Ie est en ampères A, en fonction du temps t en secondes s.
La tension d’excitation Ue ou la position S indique que l’unité de commutation est tout d’abord coupée (0) puis passe à branchement (1), puis à l’état coupé (0) et revient de nouveau à l’état branchement (1) puis est à nouveau à l’état coupé (0). Cela se fait par une commande appropriée en utilisant, par exemple au générateur de signal comme celui de la figure 1.
On remarque d’indépendamment d’éventuelles perturbations à haute fréquence, le courant d’excitation Ie n’est pas constant. On a montré trois chronogrammes de comparaison V’i, V’2 et V’i qui se présentent pour les positions branchement, coupure et branchement. Les chronogrammes de comparaison se répètent.
Pour le mode de fonctionnement normal, représenté, sans défaut ni perturbation de l’unité de générateur, les chronogrammes de comparaison ont une tendance croissante, décroissante pour recroissante. On voit toutefois, que pour la position branchement, on a une tendance croissante, et pour la position coupure on a une tendance décroissante comme cela est prévisible du fait de l’inductance de l’enroulement de rotor.
La figure 3 ne montre que schématiquement des chronogrammes d’un courant d’excitation en fonction de la position de l’unité de commutation 150 en cas de défaut apparaissant dans le cadre du procédé de l’invention selon sa forme de réalisation préférentielle. A côté de la tension en volts V et de la position correspondante S de l’unité de commutation, le courant d’excitation est représenté en ampères A, en fonction du temps t en secondes s.
La tension d’excitation Ue ou la position S montrent que l’unité de commutation est d’abord sur branchement (1) puis passe à arrêt (0) puis revient à branchement (1) et ensuite à arrêt (0) et ensuite de nouveau à branchement (1). Cela correspond à la commande appropriée faite, par exemple, en utilisant le générateur de signal comme le montre la figure 1.
Dans le cas des positions branchement Ue de l’unité de commutation, il apparaît que la tension d’excitation Ue (par comparaison avec la figure 2) n’est pas constante ou du moins varie plus fortement. Cela, en soi, indique un défaut.
Sur le courant d’excitation Ie on reconnaît que, par comparaison avec la figure 2, le courant varie beaucoup plus fortement. En particulier, les trois chronogrammes V2, Vi, V2 correspondent aux positions coupure, branchement et coupure. Les tracés se répètent ensuite.
Au cours du premier tracé (chronogramme) V2, c’est-àdire pour la position coupure, on a une tendance décroissance comme pour le chronogramme de comparaison V’2 ; pour le second tracé V2, malgré qu’il corresponde à la position coupure, il n’y a pas de tendance décroissante, mais une tendance croissante. Ce tracé s’écarte donc du chronogramme de comparaison correspondant V’2 pour la même position S.
Pour le chronogramme Vi, on a une alternance de segments croissants et décroissants bien que l’unité de commutation soit en permanence en position branchement alors que le chronogramme de comparaison V’i présente uniquement un segment décroissant.
Dans le cas du défaut présenté ici, il s’agit, par exemple, d’un incident futur à savoir un court-circuit entre deux phases. La résistance entre les phases est ici de l’ordre de 0,1 Ω. Comme paramètre de fonctionnement, on a une vitesse de rotation de l’ordre de 1800 1 /min et une charge électrique d’environ 20 A. Pour les autres défauts mentionnés on a une image de défaut, c’est-à-dire le chronogramme du courant d’excitation se présente de façon analogue.
La figure 4 montre schématiquement le procédé commençant par l’étape 400. Ensuite, dans l’étape 410 on détermine la position actuelle de l’unité de commutation avant de déterminer le chronogramme correspondant du courant d’excitation dans l’étape 420.
Dans l’étape 430 on détermine la tendance du courant d’excitation dans le chronogramme, c’est-à-dire, par exemple, une ten3057673 dance croissante ou décroissante. Dans l’étape 440 on vérifie finalement si la position est la position branchement, et si le chronogramme a une tendance décroissance. Si cela est le cas, on constate un défaut dans l’étape 450.
Si, dans l’étape 440 on a constaté que la position n’était pas la position branchement, ou que la tendance n’était pas décroissante, alors on vérifie dans l’étape 445 si on était dans la position coupure et si la tendance est croissante. Si cela est le cas, on passe à l’étape 450. Dans le cas contraire on revient au départ, c’est-à-dire que îo l’on recommence le procédé à partir du début.
Si le procédé arrive jusqu’à l’étape 450, c’est-à-dire qu’un défaut a été reconnu, alors on peut, par exemple, enregistrer le défaut dans l’étape 460.
Il est clair qu’il y a également d’autres possibilités que celles mentionnées pour déceler et ne tenir compte, de filtres appropriés.
ίο
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX
100 Unité de générateur
105 Machine électrique
5 110 Enroulement de rotor ou d’excitation
120 Enroulement de stator
130 Redresseur
131 Diode
140 Unité de calcul / régulateur
10 150 Unité de commutation
170 Générateur de signal
180 Réseau d’alimentation en énergie
400-460 Etapes du procédé de détection d’un défaut
Ie Courant d’excitation
15 S Position de l’unité de commutation
Ue Tension d’excitation
U, V, W Phases

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1°) Procédé de détection d’un défaut dans une unité de générateur (100) comportant une machine électrique (105) avec un enroulement de rotor (110) et un enroulement de stator (120) ainsi qu’un redresseur (130) relié à celui-ci et par lequel la machine électrique (105) est raccordée à un réseau d’énergie (150), pendant au moins une durée au cours de la quelle l’unité de commutation (150) qui applique la tension d’excitation (Ue) à l’enroulement de rotor (110), se trouve dans une position (S) on détermine le chronogramme (Vi, V2,) du courant d’excitation (Ie) dans l’enroulement de rotor (110), et on conclut à un défaut qui concerne au moins un incident dans l’unité de générateur (100) si au moins l’un des chronogrammes obtenus (Vi, V2) du courant d’excitation (Ie) s’écarte, selon au moins un critère prédéterminé, d’une courbe de comparaison (V’i, V’2) du courant d’excitation (Ie) pour la position correspondante (S) de l’unité de commutation (150).
  2. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le critère consiste à distinguer entre la tendance croissante et la tendance décroissante du courant d’excitation (Ie).
  3. 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le critère correspond à un certain nombre de segments croissants et/ou décroissants du courant d’excitation (Ie).
  4. 4°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on conclut à un incident prévisible comme défaut si pour au moins l’une des courbes obtenues (Vi, V2) du courant d’excitation (Ie), la pente est inférieure à un premier seuil prédéfini.
  5. 5°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel pour un incident déjà produit, on conclut à un défaut si pour au moins l’une des courbes déterminées (Vi, V2) du courant d’excitation (Ie), la pente est supérieure à un second seuil prédéfini.
  6. 6°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel un incident est un court-circuit entre deux phases (U, V, W) et/ou une coupure de phase (U, V, W) et/ou une coupure d’une diode (131) et/ou un court-circuit d’une diode (131) et/ou une dégradait) tion des liaisons électriques entre les phases et/ou les diodes.
  7. 7°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel pour déterminer au moins une courbe (Vi, V2) du courant d’excitation (Ie) on saisit plusieurs fois le courant d’excitation (Ie) pen15 dant chaque fois au moins une position (S) de l’unité de commutation (150).
  8. 8°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le réseau d’énergie (180) est le réseau embarqué d’un véhi20 cule.
  9. 9°) Unité de calcul (140) pour appliquer le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
    25
  10. 10°) Programme d’ordinateur comportant une unité de calcul (140) pour exécuter le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque le procédé est appliqué par l’unité de calcul (140).
  11. 11°) Support de mémoire lisible par une machine comportant un pro30 gramme d’ordinateur enregistré selon la revendication 10.
    1/4
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