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WO2008074952A1 - Procede et dispositif de detection de la defaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphase - Google Patents

Procede et dispositif de detection de la defaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphase Download PDF

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Publication number
WO2008074952A1
WO2008074952A1 PCT/FR2007/052403 FR2007052403W WO2008074952A1 WO 2008074952 A1 WO2008074952 A1 WO 2008074952A1 FR 2007052403 W FR2007052403 W FR 2007052403W WO 2008074952 A1 WO2008074952 A1 WO 2008074952A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
excitation circuit
alternator
failure
excitation
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.)
Ceased
Application number
PCT/FR2007/052403
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Marie Pierret
Philippe Masson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Priority to EP07858741A priority patent/EP2102670A1/fr
Publication of WO2008074952A1 publication Critical patent/WO2008074952A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/54—Testing for continuity

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator.
  • the invention also relates to the polyphase alternator comprising this detection device.
  • the on-board generator generally consisting of an alternator whose phase voltages are rectified, is one of these important equipments, and any driver knows the location of the red light called "charge" on the dashboard. his car.
  • the electronic voltage regulator described in the patent FR2642580 comprises defect detection means which analyze the concordance between different accessible parameters.
  • defect detection means which analyze the concordance between different accessible parameters.
  • particular analysis is made of the match between: the voltage at the output of the alternator and the voltage at the terminals of the inductor;
  • the second case allows indirect detection of the following defects:
  • an open excitation circuit (open inductor winding, broom jammed in its housing, etc.).
  • UB the output voltage of the alternator (or the battery that is connected to the alternator).
  • A a regulation setpoint.
  • Up the amplitude of the phase signals.
  • n predetermined phase voltage threshold below which it is considered that the alternator can not charge the onboard network: Vs2 ⁇ UB state of the charge indicator (lamp, LED, LCD ...), taking the value 0 if n There is no fault detected (LED off), or the value 1 if a fault is detected (LED lit).
  • a load defect is detected when the voltage UB delivered by the alternator is lower than the regulation setpoint Un when loads are applied, and the amplitude Up of the phase voltage is lower than the threshold Vs2 despite a set-up full-field condition of the alternator, that is, that we have the relation:
  • phase signals can reach large amplitudes at high rotational speeds. It is even possible to charge the alternator without excitation current, which remains acceptable if the flow rate remains low enough to be absorbed by the permanent loads present in the vehicle. However, the energy produced by the magnets alone is not sufficient to maintain the voltage on the on-board network when feeding large loads. In case of breakage of the inductor winding, the amplitude decrease of the phase signals does not exist beyond a certain speed of rotation with the magnet rotors.
  • the present invention therefore aims to overcome the disadvantage of this lack of detection. It relates specifically to a method of detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator controlled by a regulator, the method comprising steps of:
  • step a) continuously taking electrical information from the excitation circuit; - b) continuously compare the electrical information taken in step a) to a predetermined threshold value;
  • step c) if the logic state determined in step c) persists for a duration at least equal to a predetermined time delay, report a lack of electrical continuity of the excitation circuit.
  • the electrical continuity fault signaling is made only if it is detected, as an additional condition, a command in the regulator for supplying a maximum current to the excitation circuit.
  • the electrical information taken is an excitation current and the threshold value is a predetermined reference current.
  • the electrical information taken is a waste voltage of a switching transistor of the excitation circuit and the threshold value is a predetermined reference voltage.
  • the invention also relates to a device for detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator suitable for implementing the method described above.
  • the device according to the invention applies to an excitation circuit comprising a first switching transistor connected in series with an inductor of the alternator at the terminals of a supply voltage source. . - AT -
  • the device is notable in that it preferably comprises a second transistor connected in series with a reference current source across the supply voltage source.
  • This second transistor operates as a current mirror of the first switching transistor, and delivers a measuring current proportional to the excitation current present in the first transistor.
  • the device further comprises a resistor and a first clipping diode connected in series across the inductor, a second clipping diode connected in parallel across the reference current source, and a circuit for producing said logic state as a function of first and second logic levels respectively present at the terminals of the first and second clipping diodes.
  • the device according to the invention applies to an excitation circuit also comprising a switching transistor connected in series with an inductor of the alternator at the terminals of a supply voltage source. .
  • the device is remarkable in that it preferably comprises a voltage comparator, a first input of this comparator being connected to a first terminal common to the inductor and to the switching transistor, a second input of the comparator being connected by the intermediate of a reference voltage source to a second terminal common to this switching transistor and to the supply voltage, and the output of the comparator being connected to a circuit for producing said logic state.
  • the circuit for producing said logic state comprises a timer circuit.
  • the invention also relates to a polyphase alternator and an alternator-starter comprising a device for detecting the failure of the excitation circuit as described above.
  • Figure 1 is the block diagram of the first embodiment of the device for detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator according to the invention.
  • Figure 2 is the block diagram of the second embodiment of the device for detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator according to the invention.
  • Figure 3 shows a time diagram of the normal mode excitation current and the detection signal in the absence of excitation circuit failure.
  • Figure 4 shows a time diagram of the excitation current in full field mode and the detection signal in the absence of failure of the excitation circuit.
  • Figure 5 shows a timing diagram of the excitation current as a result of a "full field” control and the detection signal in case of failure of the excitation circuit.
  • Figure 6 shows a timing diagram of the excitation current as a result of a "full field” control and of the detection signal at the time of the failure of the excitation circuit.
  • the solution to this problem is to notice that in case of breakage of the excitation circuit, the output voltage of the alternator decreases when charges are applied.
  • the regulator then switches to the full-field state in order to provide a predetermined maximum excitation current Imax, for example 5 A. Under these conditions, it is sufficient to measure the value of the excitation current or the waste voltage of the transistor supplying the inductor, and to compare them with predetermined threshold values: a) If the excitation current is large, or if the waste voltage is high, the inductor winding is not cut. b) If the excitation current is zero, or if the waste voltage is low, the inductive winding is cut off.
  • This fault detection mode is added to the modes already implemented in an existing controller, such as that described in document FR2642580, and does not replace them.
  • the method according to the invention is based on the addition of a logic relation which involves the level of the excitation current or the voltage of the power transistor supplying the inductor and the level of the output voltage UB by relative to the setpoint voltage One.
  • the new logical relation has the following arguments:
  • UB rectified output voltage of the alternator (or voltage of the battery which is connected to the alternator); A: control voltage regulation, lexc: excitation current; Iref: predetermined reference current, that is to say a predetermined excitation current threshold below which it is considered that the excitation circuit is open when UB ⁇ Un;
  • LT logical state of a detection signal of the failure of the excitation circuit, or state of the charge indicator (lamp, LED, LCD %), taking the values:
  • the regulator does not have means for measuring the excitation current lexc, the same result is obtained by measuring the voltage of the excitation transistor.
  • Von drop voltage of the excitation transistor in the full field state.
  • Vref predetermined threshold Von below which it is considered that the excitation circuit is open when UB ⁇ Un.
  • the logic state LT of the detection signal is then determined by the relation:
  • the delay present in the fault detection circuits of an existing regulator such as that described in the document FR2642580, naturally achieves this detection (of the order of 300 ms). This delay only detects confirmed faults of greater duration than the duration of this delay and for which the cutting of the excitation has disappeared. In the event of a fault, the controller remains in a determined stable state, which is the case when the inductor is switched off (full field status).
  • FIG. 1 represents a first embodiment of a device for detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator according to FIG. the invention, implementing the method of measuring the excitation current lexc (Table 1).
  • the induction coil 1 of the alternator is supplied from the battery voltage UB by a power electronics comprising a first switching transistor 2 and a free-wheeling diode 3.
  • a charge indicator 4 one terminal of which is connected to the battery voltage UB, and the other terminal of which is switched to ground by a transistor 5 controlled by the output signal of a timer circuit 6.
  • the timer circuit 6, which preferably provides a delay of 300 ms, is triggered by the output signal of a first NOR circuit 7, the inputs of which receive logic levels F1, F2 representative of the various faults of the alternator. , and associated power electronics.
  • a resistor 8 in series with a first Zener diode 9 is connected in series across the winding of the inductor 1. This first clipping diode 9 limits the excitation signal to logic levels (for example: 5 V).
  • a second transistor 10 is also added. It operates in mirror with the first switching transistor 2 delivering a low lexc / n current, but proportional to the excitation current lexc.
  • the current Iref / n delivered by the second transistor 10 is equal to 50 mA, which corresponds to a full-field state with a good inductor. If the winding of the inductor 1 is cut off, the value of lexc / n falls to a value equal to zero, or close to zero.
  • Iref / n 25 mA
  • a detection signal LT of the failure of the inductor 1 is produced from a first logic level present on the anode of the first Zener diode 9, and a second logic level present on the anode of the second Zener diode 12.
  • the first logic level is applied to the input of an inverter circuit 13 whose output is connected to an input of a second NOR circuit 14; the second logic level is applied to another input of this second NOR circuit 14.
  • the output of the second NOR circuit 14 is connected to an input of the first NOR circuit 7.
  • first NOR circuit 7 remains at level 1 or passes successively through logic levels 0 and 1.
  • the timer circuit 6 is permanently reset, and there is no fault detection.
  • the regulator seeks to set full field, the input of the inverter circuit 13 goes to level 1 and its output goes to level 0. On the other hand, the voltage across the terminals of the reference current source 1 1 falls to the ground potential (level 0). The output of the second NOR circuit 14 therefore goes to logic level 1, and the output of the first NOR circuit 7 therefore passes to level 0.
  • the output of the first NOR circuit 7 is maintained at the level 0, as well as the resetting input R of the timer circuit 6. As a result, the timer circuit 6 is triggered , and its output goes to level 1 after 300 ms.
  • FIG. 2 A second embodiment of a device for detecting the failure of the excitation circuit of a polyphase alternator according to the invention is shown in FIG. 2. This second embodiment alternately implements the method consisting in measuring the waste voltage of the switching transistor 2 of the excitation circuit (Table 2).
  • NOR circuit 7 taking into account all the faults F1, F2 detected by the specific means internal to the regulator.
  • a voltage comparator 15 makes it possible to compare the voltage drop Von of the switching transistor 2 with a reference voltage Vref of a reference voltage source 16.
  • Vref a reference voltage of a reference voltage source 16.
  • the regulation loop tends to control the supply of a maximum excitation current Imax. Since this maximum excitation current Imax can not be established, the waste voltage Von remains zero or close to zero.
  • Vref a value of Vref between these two values, for example of 50 mV, to detect a break in the winding of the inductor 1.
  • An advantage of this second embodiment in the first embodiment is that the combination of the switching transistor 2 and the voltage comparator 15 makes it possible to directly detect the breaking of the winding of the inductor 1 without the need for another NO circuit. OR.
  • the switching transistor 2 In normal regulation, the switching transistor 2 is cut out so that Von is alternately lower and higher than the reference voltage Vref; therefore, the outputs of the voltage comparator 15 and the NOR circuit 7 pass successively through logic levels 0 and 1.
  • the timer circuit 6 is permanently reset, and there is no fault detection.
  • the output voltage UB of the alternator drops, the switching transistor 2 is full field, but the waste voltage Von is less than 50 mV and the output of the voltage comparator 15 is at logic level 1.
  • the fault is detected after the delay of 300 ms imposed by the timer circuit 6.
  • FIGS. 3, 4, 5 and 6 show the logic state of the detection signal LT, or of the charge indicator, as a function of the lexc excitation current in different modes. operating the alternator.
  • FIG. 3 shows, in normal operating mode of the alternator, the waveform 17 of the excitation current lexc, whose amplitude and the duty cycle are determined by the control loop. In this mode, the duty cycle is less than 1, and the intensity of the excitation current lexc remains lower than the maximum intensity Imax.
  • the detection signal LT of a failure of the inductor remains at logic level 0.
  • FIG. 4 represents the case where the excitation current lexc is continuous and of maximum intensity Imax, that is to say the case where the regulator has received a "full field" command.
  • the detection signal LT remains at logic level 0, that is to say that the excitation circuit is in good condition, and that the alternator is indeed in full field mode.
  • FIG. 5 shows the case of a break in the winding of the inductor 1.
  • the regulator has received a "full field” command, but the excitation current lexc is zero.
  • the detection signal LT of a failure of the inductor is at logic level 1. As shown in FIG. 6, the timer circuit 6 causes a delay of 300 ms between the moment 18 of the breakage of the winding of the inductor 1 and the moment 19 when the detection signal LT passes to the logic level 1.

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Abstract

Le procédé de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé contrôlé par un régulateur comprend les étapes de : a) prélever en continu une information électrique (lexc) dans le circuit d'excitation (1); b) comparer en continu l'information électrique prélevée à l'étape a) à une valeur de seuil prédéterminée (lref); c) déterminer en continu un état logique (LT) en fonction du résultat de la comparaison effectuée à l'étape b); d) si l'état logique (LT) déterminé à l'étape c) persiste pendant une durée au moins égale à une durée de temporisation prédéterminée (6), signaler un défaut de continuité électrique dudit circuit d'excitation. Ce procédé est particulièrement adapté pour des machines ayant un rotor équipé d'aimants permanents ou présentant une forte rémanence du circuit magnétique du rotor.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE LA DEFAILLANCE DU CIRCUIT D'EXCITATION D'UN ALTERNATEUR POLYPHASE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.
5 La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé. L'invention concerne aussi l'alternateur polyphasé comportant ce dispositif de détection.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. io Pour des raisons de sécurité évidentes, les équipements importants d'un véhicule automobile sont munis de dispositifs de détection et de signalisation de toute anomalie de fonctionnement.
La génératrice de bord, constituée généralement d'un alternateur dont les tensions de phases sont redressées, est l'un de ces équipements importants, et 15 tout conducteur connaît l'emplacement du voyant rouge dit « de charge » sur le tableau de bord de sa voiture.
La généralisation de l'utilisation de l'électronique à bord des véhicules, souvent en remplacement des éléments électromécaniques, permet une détection toujours plus fine des défauts de fonctionnement et des circonstances des 20 pannes, à des fins de diagnostic ou de signalisation.
Par exemple, le régulateur de tension électronique décrit dans le brevet FR2642580 comporte des moyens de détection des défauts qui analysent la concordance entre différents paramètres accessibles. Dans cette demande de brevet, on analyse notamment la concordance entre : 25 - la tension en sortie de l'alternateur et la tension aux bornes de l'inducteur ;
- la tension en sortie de l'alternateur et la tension aux bornes des entrées phases.
Le second cas permet de détecter indirectement les défauts suivants :
- l'absence de rotation de l'alternateur (courroie cassée) ;
- un circuit d'excitation ouvert (bobinage inducteur ouvert, balai coincé dans son 30 logement, etc.).
Selon l'enseignement du document FR2642580, on appelle :
UB : la tension en sortie de l'alternateur (ou de la batterie qui est reliée à l'alternateur). Un : une consigne de régulation. Up : l'amplitude des signaux phases. n seuil de tension phase prédéterminé en dessous duquel on considère que l'alternateur ne peut charger le réseau de bord : Vs2< UB tat du témoin dé charge (lampe, LED, LCD...), prenant la valeurs 0 s'il n'y a pas de défaut détecté (voyant éteint), ou la valeur 1 en cas de détection d'un défaut (voyant allumé).
Un défaut de charge est détecté quand la tension UB délivrée par l'alternateur est inférieure à la consigne de régulation Un quand des charges sont appliquées, et que l'amplitude Up de la tension phase est inférieure au seuil Vs2 malgré une mise à l'état plein champ de l'alternateur, C'est-à-dire, que l'on a la relation :
Si UB < Un et Up < Vs2, alors LT= 1 (témoin allumé)
Le procédé de détection indirecte de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé décrit dans le document FR2642580 n'est toutefois pas totalement satisfaisant. En effet, de nouveaux alternateurs comportent souvent des aimants permanents fixés sur le circuit magnétique de l'inducteur (rotor). Ces aimants augmentent fortement le flux magnétique rémanent dans l'alternateur.
En absence de courant d'excitation, les signaux phases peuvent atteindre des amplitudes importantes aux vitesses de rotation élevées. On peut même faire débiter l'alternateur sans courant d'excitation, ce qui reste acceptable si ce débit reste suffisamment faible pour pouvoir être absorbé par les charges permanentes présentes dans le véhicule. Cependant, l'énergie produite par les seuls aimants ne suffit pas pour maintenir la tension sur le réseau de bord quand on alimente des charges importantes. En cas de rupture de l'enroulement inducteur, la diminution d'amplitude des signaux phases n'existe donc pas au delà d'une certaine vitesse de rotation avec les rotors à aimant.
En conséquence: la diminution d'amplitude des signaux phases ne peut pas être utilisée pour détecter un défaut de continuité dans le circuit d'excitation (enroulement inducteur coupé, balais coincé dans son logement et ne portant plus sur la piste...), car l'enseignement du document FR2642580 conduit toujours à la relation :
Si UB < Un et Up > Vs2, alors LT= 0 (lampe éteinte, pas de détection de défaut de charge). DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.
La présente invention vise donc à pallier l'inconvénient de cette absence de détection. Elle concerne précisément un procédé de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé contrôlé par un régulateur, le procédé comprenant des étapes de :
- a) prélever en continu une information électrique dans le circuit d'excitation ; - b) comparer en continu l'information électrique prélevée à l'étape a) à une valeur de seuil prédéterminée ;
- c) déterminer en continu un état logique en fonction du résultat de la comparaison effectuée à l'étape b) ; et
- d) si l'état logique déterminé à l'étape c) persiste pendant une durée au moins égale à une durée de temporisation prédéterminée, signaler un défaut de continuité électrique du circuit d'excitation.
Selon une autre caractéristique particulière, le signalement de défaut de continuité électrique n'est effectué que s'il est détecté, comme condition supplémentaire, une commande dans le régulateur pour la fourniture d'un courant maximal au circuit d'excitation.
Selon un mode de réalisation particulier, l'information électrique prélevée est un courant d'excitation et la valeur de seuil est un courant de référence prédéterminé.
Selon un autre mode de réalisation particulier, l'information électrique prélevée est une tension de déchet d'un transistor de commutation du circuit d'excitation et la valeur de seuil est une tension de référence prédéterminée.
L'invention concerne aussi un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé adapté à la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus. Dans une première forme de réalisation particulière, le dispositif selon l'invention s'applique à un circuit d'excitation comportant un premier transistor de commutation monté en série avec un inducteur de l'alternateur aux bornes d'une source de tension d'alimentation. - A -
Le dispositif est remarquable en ce qu'il comprend de préférence un second transistor monté en série avec une source de courant de référence aux bornes de la source de tension d'alimentation. Ce second transistor fonctionne en miroir de courant du premier transistor de commutation, et délivre un courant de mesure proportionnel au courant d'excitation présent dans le premier transistor.
Fort avantageusement, le dispositif comprend de plus une résistance et une première diode d'écrêtage en série montées en dérivation aux bornes de l'inducteur, une seconde diode d'écrêtage montée en dérivation aux bornes de la source de courant de référence, et un circuit d'élaboration dudit état logique en fonction de premier et second niveaux logiques présents respectivement aux bornes des première et seconde diodes d'écrêtage.
Dans une seconde forme de réalisation particulière, le dispositif selon l'invention s'applique à un circuit d'excitation comportant également un transistor de commutation monté en série avec un inducteur de l'alternateur aux bornes d'une source de tension d'alimentation.
Le dispositif est remarquable en ce qu'il comprend de préférence un comparateur de tension, une première entrée de ce comparateur étant connectée à une première borne commune à l'inducteur et au transistor de commutation, une seconde entrée du comparateur étant connectée par l'intermédiaire d'une source de tension de référence à une seconde borne commune à ce transistor de commutation et à la tension d'alimentation, et la sortie du comparateur étant connectée à un circuit d'élaboration dudit état logique.
Dans l'une et l'autre formes de réalisation particulières de l'invention, on tire bénéfice du fait que le circuit d'élaboration dudit état logique comprend un circuit temporisateur.
L'invention a également pour objet un alternateur polyphasé et un alterno- démarreur comportant un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation tel que décrit précédemment.
Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. La Figure 1 est le schéma de principe du premier mode de réalisation du dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon l'invention.
La Figure 2 est le schéma de principe du second mode de réalisation du dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon l'invention.
La Figure 3 représente un diagramme de temps du courant d'excitation en mode normal et du signal de détection en l'absence de défaillance du circuit d'excitation.
La Figure 4 représente un diagramme de temps du courant d'excitation en mode plein champ et du signal de détection en l'absence de défaillance du circuit d'excitation.
La Figure 5 représente un diagramme de temps du courant d'excitation comme suite à une commande « plein champ » et du signal de détection en cas de défaillance du circuit d'excitation. La Figure 6 représente un diagramme de temps du courant d'excitation comme suite à une commande « plein champ » et du signal de détection au moment de la défaillance du circuit d'excitation.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION. Dans le cas où le circuit magnétique d'un alternateur comporte des aimants permanents, ou bien présente une forte rémanence, il n'est donc pas possible de détecter indirectement une défaillance du circuit d'excitation par l'absence des signaux de phases.
La solution à ce problème consiste à remarquer qu'en cas de rupture du circuit d'excitation, la tension de sortie de l'alternateur diminue quand des charges sont appliquées. Le régulateur passe alors à l'état plein champ dans le but de fournir un courant d'excitation maximal Imax prédéterminé, par exemple de 5 A. Dans ces conditions, il suffit de mesurer la valeur du courant d'excitation ou la tension de déchet du transistor alimentant l'inducteur, et de les comparer à des valeurs de seuil prédéterminées: a) Si le courant d'excitation est important, ou si la tension de déchet est élevée, l'enroulement inducteur n'est pas coupé. b) Si le courant d'excitation est nul, ou si la tension de déchet est faible, l'enroulement inducteur est coupé.
Ce mode de détection de défauts s'ajoute aux modes déjà mis en œuvre dans un régulateur existant, tel que celui décrit dans le document FR2642580, et ne les remplace pas.
Le procédé selon l'invention est basé sur l'ajout d'une relation logique qui fait intervenir le niveau du courant d'excitation ou la tension de déchet du transistor de puissance alimentant l'inducteur et le niveau de la tension de sortie UB par rapport à la tension de consigne Un. De préférence, la nouvelle relation logique a pour arguments:
UB : tension de sortie redressée de l'alternateur (ou tension de la batterie qui est reliée à l'alternateur) ; Un : tension de consigne de la régulation, lexc : courant d'excitation ; Iref : courant de référence prédéterminé, c'est-à-dire un seuil de courant d'excitation prédéterminé en dessous duquel on considère que le circuit d'excitation est ouvert quand UB < Un ;
LT : état logique d'un signal de détection de la défaillance du circuit d'excitation, ou état du témoin de charge (lampe, LED, LCD...), prenant les valeurs :
LT=O s'il n'y pas de défaut détecté (le témoin est éteint); LT= 1 si un défaut est détecté (le témoin est allumé). La condition de détection d'un circuit d'excitation ouvert est réalisée dans ce cas par un simple OU logique : Tableau 1
Figure imgf000009_0001
Alternativement, si le régulateur ne comporte pas de moyens pour mesurer le courant d'excitation lexc, on obtient le même résultat par la mesure de la tension de déchet du transistor d'excitation.
Soit :
Von : tension de déchet du transistor d'excitation à l'état plein champ. Vref : seuil de Von prédéterminé en dessous duquel on considère que le circuit d'excitation est ouvert quand UB < Un.
Dans ce cas, l'état logique LT du signal de détection est alors déterminé par la relation:
UB
UB < Un UB > Un
Von
Tableau 2
Von < Vref LT = 1 LT = 0
Von > Vref LT = 0 LT = 0
La détection de la diminution de la tension batterie (C'est-à-dire quand UB < Un) est assurée par la mise à l'état plein champ de l'inducteur.
La temporisation présente dans les circuits de détection des défauts d'un régulateur existant, tel que celui décrit dans le document FR2642580, réalise naturellement cette détection (de l'ordre de 300 ms). Cette temporisation ne détecte que les défauts confirmés de durée supérieure à la durée de cette temporisation et pour lesquels le découpage de l'excitation a disparu. En cas de défaut, le régulateur reste dans un état stable déterminé, ce qui est le cas lorsque l'inducteur est coupé (état plein champ).
La Figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon l'invention, mettant en œuvre le procédé consistant à mesurer le courant d'excitation lexc (Tableau 1 ).
De façon connue en soi, le bobinage inducteur 1 de l'alternateur est alimenté à partir de la tension de batterie UB par une électronique de puissance comprenant un premier transistor de commutation 2 et une diode de roue libre 3.
De façon également connue, les défauts autres que la défaillance du circuit d'excitation sont signalés par un témoin de charge 4 dont une borne est connectée à la tension de batterie UB, et dont l'autre borne est commutée à la masse par un transistor 5 commandé par le signal de sortie d'un circuit temporisateur 6.
Le circuit temporisateur 6, qui apporte de préférence un retard de 300 ms, est déclenché par le signal de sortie d'un premier circuit NON-OU 7, dont les entrées reçoivent des niveaux logiques F1 , F2 représentatifs des divers défauts de l'alternateur, et de l'électronique de puissance associée. En plus de ces éléments connus, sont montées en dérivation aux bornes du bobinage de l'inducteur 1 une résistance 8 en série avec une première diode Zener 9. Cette première diode d'écrêtage 9 limite le signal d'excitation à des niveaux logiques (par exemple: 5 V).
Un second transistor 10 est aussi ajouté. Il fonctionne en miroir avec le premier transistor de commutation 2 en délivrant un courant lexc/n faible, mais proportionnel au courant d'excitation lexc.
Si lexc = 5 A et que n = 100, le courant Iref/n délivré par le second transistor 10 est égal à 50 mA, ce qui correspond à un état plein champ avec un inducteur en bon état. Si l'enroulement de l'inducteur 1 est coupé, la valeur de lexc/n tombe à une valeur égale à zéro, ou voisine de zéro.
La détection de coupure de l'enroulement de l'inducteur 1 se fait par la comparaison du courant lexc/n à une source de courant de référence 1 1 fixée à une valeur intermédiaire (par exemple: Iref/n = 25 mA). Une seconde diode Zener
12 fixe l'amplitude de la tension aux bornes de la source de courant de référence 1 1 pour qu'elle soit compatible avec des niveaux logiques (par exemple: 5 V).
Un signal de détection LT de la défaillance de l'inducteur 1 est élaboré à partir d'un premier niveau logique présent sur l'anode de la première diode Zener 9, et d'un second niveau logique présent sur l'anode de la seconde diode Zener 12. Le premier niveau logique est appliqué à l'entrée d'un circuit inverseur 13 dont la sortie est reliée à une entrée d'un second circuit NON-OU 14 ; le second niveau logique est appliqué à une autre entrée de ce second circuit NON-OU 14.
La sortie du second circuit NON-OU 14 est connectée à une entrée du premier circuit NON-OU 7.
En régulation normale, le découpage du premier transistor de commutation
2 est tel que l'entrée du circuit inverseur 13 passe par les niveaux logiques 0 et 1 , lexc/n est inférieur ou passe de part et d'autre de la valeur de référence Iref/n, et les niveaux des entrées du second circuit NON-OU 14 produisent un niveau 0 en sortie (ou une succession de niveaux 0 et 1 ).
En conséquence, la sortie de premier circuit NON-OU 7 reste au niveau 1 ou passe successivement par les niveaux logiques 0 et 1. Le circuit temporisateur 6 est réinitialisé en permanence, et il n'y a pas de détection de défaut.
Lorsque la tension UB chute en sortie de l'alternateur et que le bobinage de l'inducteur 1 n'est pas coupé, le premier transistor de commutation 2 est plein champ, mais lexc/n est toujours supérieur à la valeur de référence Iref/n, le second niveau logique et l'entrée correspondante du second circuit NON-OU 14 sont toujours au niveau 1 , de sorte que sa sortie reste au niveau 0.
En l'absence d'autres défauts détectés sur les niveaux logiques F1 et F2, l'entrée correspondante du premier circuit NON-OU 7 reste au niveau 1 , et le circuit temporisateur 6 est inhibé: il n'y a pas de détection de défaut.
En cas de coupure du bobinage de l'inducteur 1 , le régulateur cherche à mettre plein champ, l'entrée du circuit inverseur 13 passe au niveau 1 et sa sortie passe au niveau 0. D'autre part, la tension aux bornes de la source de courant de référence 1 1 tombe au potentiel de masse (niveau 0). La sortie du second circuit NON-OU 14 passe donc au niveau logique 1 , et la sortie du premier circuit NON- OU 7 passe par conséquent au niveau 0.
Si la coupure du bobinage de l'inducteur 1 est confirmée, la sortie du premier circuit NON-OU 7 est maintenue au niveau 0, ainsi que l'entrée de réarmement R du circuit temporisateur 6. En conséquence, le circuit temporisateur 6 est déclenché, et sa sortie passe au niveau 1 après 300 ms.
Le transistor 5 de commande du témoin de charge 4 est alors rendu passant, ce qui a pour effet de signaler la défaillance de l'inducteur 1. Un second mode de réalisation d'un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon l'invention est représenté sur la Figure 2. Ce second mode de réalisation met alternativement en œuvre le procédé consistant à mesurer la tension de déchet du transistor de commutation 2 du circuit d'excitation (tableau 2).
On retrouve les éléments connus déjà utilisés dans le premier mode de réalisation, c'est-à-dire :
- un bobinage inducteur 1 ;
- un transistor de commutation 2 ; - une diode de roue libre 3 ;
- un témoin de charge 4 ;
- un transistor 5 qui commute ce témoin de charge par rapport à un potentiel fixe (masse);
- un circuit NON-OU 7 prenant en compte tous les défauts F1 ,F2 détectés par les moyens spécifiques internes au régulateur.
- un circuit temporisateur 6.
En plus de ces éléments, le montage d'un comparateur de tension 15 permet de comparer la tension de déchet Von du transistor de commutation 2 à une tension de référence Vref d'une source de tension de référence 16. Quand le régulateur est plein champ, et que le courant d'excitation est maximal, la tension de déchet Von est importante (par exemple: 200 mV).
En cas de coupure du bobinage de l'inducteur, la boucle de régulation tend à commander la fourniture d'un courant d'excitation maximal Imax. Ce courant d'excitation maximal Imax ne pouvant s'établir, la tension de déchet Von reste nulle ou voisine de zéro.
Il suffit de choisir une valeur de Vref comprise entre ces deux valeurs, par exemple de 50 mV, pour détecter une coupure du bobinage de l'inducteur 1.
Un avantage de ce deuxième mode de réalisation sur le premier mode de réalisation, est que la combinaison du transistor de commutation 2 et du comparateur de tension 15 permet de détecter directement la coupure du bobinage de l'inducteur 1 sans nécessiter un autre circuit NON-OU.
En régulation normale, le découpage du transistor de commutation 2 est tel que Von est alternativement inférieur et supérieur à la tension de référence Vref ; par conséquent, les sorties du comparateur de tension 15 et du circuit NON-OU 7 passent successivement par les niveaux logiques 0 et 1. Le circuit temporisateur 6 est réinitialisée en permanence, et il n'y a pas de détection de défaut.
Lorsque la tension de sortie UB de l'alternateur chute, et que le bobinage de l'inducteur 1 n'est pas coupé, le transistor de commutation 2 est plein champ, la tension de déchet Von est supérieure à 50 mV, la sortie du comparateur de tension 15 est au niveau logique 0, la sortie du circuit NON-OU 7 est au niveau 1 , et le circuit temporisateur inhibé: il n'y a pas de détection de défaut.
En cas de coupure du bobinage de l'inducteur, la tension de sortie UB de l'alternateur chute, le transistor de commutation 2 est plein champ, mais la tension de déchet Von est inférieure à 50 mV et la sortie du comparateur de tension 15 est au niveau logique 1. Le défaut est détecté après le délai de 300 ms imposé par le circuit temporisateur 6.
Afin d'illustrer le fonctionnement des dispositifs décrits ci-dessus, les figures 3, 4, 5 et 6 représentent l'état logique du signal de détection LT, ou du témoin de charge, en fonction du courant d'excitation lexc dans différents modes de fonctionnement de l'alternateur.
La figure 3 montre, en mode de fonctionnement normal de l'alternateur, la forme d'onde 17 du courant d'excitation lexc, dont l'amplitude et le rapport cyclique sont déterminés par la boucle de régulation. Dans ce mode, le rapport cyclique est inférieur à 1 , et l'intensité du courant d'excitation lexc reste inférieure à l'intensité maximale Imax.
Le signal de détection LT d'une défaillance de l'inducteur reste au niveau logique 0.
La figure 4 représente le cas où le courant d'excitation lexc est continu et d'intensité maximale Imax, c'est-à-dire le cas où le régulateur à reçu une commande «plein champ». Le signal de détection LT reste au niveau logique 0, c'est-à-dire que le circuit d'excitation est en bon état, et que l'alternateur est effectivement en mode plein champ.
Sur la figure 5 est représenté le cas d'une coupure du bobinage de l'inducteur 1. Le régulateur a reçu une commande « plein champ », mais le courant d'excitation lexc est nul.
Le signal de détection LT d'une défaillance de l'inducteur est au niveau logique 1. Comme le montre bien la Figure 6, le circuit temporisateur 6 provoque un retard de 300 ms entre le moment 18 de la rupture du bobinage de l'inducteur 1 et le moment 19 où le signal de détection LT passe au niveau logique 1.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus.
Notamment, les valeurs particulières des intensités, des tensions et du retard spécifiées ci-dessus ne sont données qu'à titre d'exemples.
Il en est de même des types particuliers des éléments discrets, des circuits analogiques ou logiques cités: ils pourraient, en variante, être remplacés par d'autres composants électroniques réalisant les mêmes fonctions.
L'invention embrasse donc au contraire toutes les variantes possibles de réalisation qui resteraient dans le cadre défini par les revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Procédé de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé contrôlé par un régulateur, ledit procédé comprenant des étapes de : - a) prélever en continu une information électrique (lexc ; Von) dans ledit circuit d'excitation ;
- b) comparer en continu l'information électrique prélevée à l'étape a) à une valeur de seuil prédéterminée (Iref, Vref) ;
- c) déterminer en continu un état logique (LT) en fonction du résultat de la comparaison effectuée à l'étape b) ;
- d) si l'état logique (LT) déterminé à l'étape c) persiste pendant une durée au moins égale à une durée de temporisation prédéterminée (6), signaler un défaut de continuité électrique dudit circuit d'excitation.
2) Procédé de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon la revendication 1 , apte à une mise en œuvre dans un alternateur comportant un rotor à aimants permanents ou un rotor à forte rémanence du circuit magnétique, caractérisé en ce que ledit signalement de défaut de continuité électrique n'est effectué que s'il est détecté, comme condition supplémentaire, une commande dans ledit régulateur pour la fourniture d'un courant maximal (Imax) audit circuit d'excitation.
3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en que ladite information électrique prélevée est un courant d'excitation (lexc) et ladite valeur de seuil est un courant de référence (Iref) prédéterminé.
4) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en que ladite information électrique prélevée est une tension de déchet (Von) d'un transistor de commutation (2) dudit circuit d'excitation et ladite valeur de seuil est une tension de référence (Vref) prédéterminée. 5) Dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé adapté à la mise en œuvre du procédé selon la revendication 3, ledit circuit d'excitation comportant un premier transistor de commutation (2) monté en série avec un inducteur (1 ) dudit alternateur aux bornes d'une source de tension d'alimentation (UB), caractérisé en ce qu'il comprend un second transistor (10) monté en série avec une source de courant de référence (11 ) aux bornes de ladite source de tension d'alimentation (UB), ledit second transistor (10) fonctionnant en miroir de courant dudit premier transistor de commutation (2), et délivrant un courant de mesure (lexc/n) proportionnel audit courant d'excitation (lexc) présent dans ledit premier transistor.
6) Dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une résistance (8) et une première diode d'écrêtage (9) en série montées en dérivation aux bornes dudit inducteur (1 ), une seconde diode d'écrêtage (12) montée en dérivation aux bornes de ladite source de courant de référence (1 1 ), et un circuit d'élaboration (6,7,13,14) dudit état logique (LT) en fonction de premier et second niveaux logiques présents respectivement aux bornes des première et seconde diodes d'écrêtage (9,12).
7) Dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé adapté à la mise en œuvre du procédé selon la revendication 4, ledit circuit d'excitation comportant un transistor de commutation (2) monté en série avec un inducteur (1 ) dudit alternateur aux bornes d'une source de tension d'alimentation (UB), caractérisé en qu'il comprend un comparateur de tension (15), une première entrée dudit comparateur de tension (15) étant connectée à une première borne commune audit inducteur (1 ) et audit transistor de commutation (2), une seconde entrée dudit comparateur de tension (15) étant connectée par l'intermédiaire d'une source de tension de référence (16) à une seconde borne commune audit transistor de commutation (2) et à ladite tension d'alimentation (UB), et la sortie dudit comparateur de tension (15) étant connectée à un circuit d'élaboration (6,7) dudit état logique (LT).
8) Dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation d'un alternateur polyphasé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ledit circuit d'élaboration (6,7,13,14) dudit état logique comprend un circuit temporisateur (6).
9) Alternateur polyphasé comportant un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.
10) Alterno-démarreur comportant un dispositif de détection de la défaillance du circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.
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