Brevet FR2123145A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne I protection contre les défauts de fonctionnement d'une installation comportant au moins un organe en rotation et, plus partieulièrement, mais nQn exclusivement, la protection d'un moteur électrique. On sait déjà que l'on peut surveiller le bon fonctionnement d'un moteur électrique en détectant la température, mais, en cas de défaut, l'information ainsi recueillie présente, par rapport à l'appartion du défaut, un retard qui est parfois dangereux. L'invention a pour objet un ispositif simple qui permet de suivre constam ment de façon précise la bonne marche d'une installation comportant au moins un organe en rotation, tel que, par exemple, un moteur électrique, usa charge entraînée par un embrayage, en détectant toute baisse anormale de la vitesse de rotation, et cela à chaque tour de l'organe en rotatior. Ca dispositif qui comprend un émetteur placé sur organe en rotation et combiné avec un détecteur fixe devant normalement remettre un signal à chaque tour de organe en rotation, se caractérise en ce qu'au moins une bascule monostable est placée en aval du détecteur d manière à donner une information de défaut (état de repos de la basquel) si elle n'a reçu aucun signal ou si, ayant reçu un signal précédemment, elle n'en a Dlus reçu pendant la durée de son temps de basculement. On peut combiner ce dispositif avec une détection d'une température excessive de l'organe en rotation, si l'émetteur comporte un élément sensible à la tempera- ture, disposé da manière que la détecteur n'émette plus de signal en cas d'excès de température de l'organe en rotation. Une telle détection d'une température excessive a été décrite dans les demandes de brevets francais déposées par la Sociéte Demanderesse le 20 aout 1970 sous le no. 70 30 589 et le 2 octobre 1970 sous le no. 70 35 745. Il est préférable d'installer, immédiatement après le détecteur,une bascule monostable auxiliaire, de mise en forme des signaux reçus, à temps de basculement très court, inférieur à l'intervalle de temps minimal pouvant exister entre deux signaux successifs reçus par le détecteur dans tous les cas de fonctionnement normal, possibles. Cette bascule évite, en outre le risque d'une information erronée si organe en rotation se trouve au calage, avec l'émetteur situé en face du détecteur. Quand on a à détecter une baisse de vitesse excessive ou un calage à partir du fonctionnement en régime établi, il faut exclure de cette détection la période de démarrage. Pour cela, on dispose, en aval du détecteur, une première bascule monostable dont le temps de basculement correspond à la durée maximale allouée à un tour de l'organe en rotation en fonctionnement normal de régime, on installe une deuxième bascule monostable à temps de basculement correspondant au tcmps maximal alloué au démarrage de l'installation, mise en route à l'enclenchement de l'installation, et l'on combine les informations fournies à la sortie des première et deuxième bascules dan: un élément logique qui donne une information de défaut à la sortie si l'une et l'autre des deux informations reçues correspondeiit à l'état de repos des bascules On peut, dc plus, détecter les défauts pendant la période de démarrage en disposant en aval du détecteur, et er faisant alimenter par celui-ci en parallèle avec la uremicre bascule, une troisième bascule monastable à temps de basculement correspondant à la durée maximale allouée à un tour de l'organe en rotation pendant le démarrage, en mettant en route cette troisième bascule à l'énclenche- ment de l'installation et en ne combillont l'information fournie à la sortie de la deuxième bascule à celle de la première bascule qu'après passage dans ur élément logique qui reçoit aussi l'information on donnée à la sortie de la troisième bascule et qu délivre une information de défaut si l'une ou l'autre des deuxième e troisième bascules cst à l'état do repos. Dans le cas d'un moteur électrique, on peut, en outre, détecter un excès de température au stator, au moyen d'un dispositif malogique agissant sur un seuil et faire déclencher l'alimentation du moteur par l'action combinée de ce dispositif relatIf au stator et du dispositif décrit précdement applique au rutor du moteur. On peut ainsi obtenir de manière simple, une protection intégrale du meteur qui couvre le cas d'échauffement du stator et du rotor au-delà d'une température d6terminée, le cas du calage du moteur au démarrage et en fonctionnement de régime, le cas de surcharges amenant la vitesse du moteur au-dessous d'une certaine valeur et le cas de dépassement d'un temps de démarrage préréglé, et qui ne laisse en dehors de son action que les cas de court-circuit franc et de défaut à la terre. Il peut parfois être intéressant, dans le cas d'un moteur électrique, de régler le temps de basculement de la troisième bascule monostable en fonction de la température du stator du moteur, comme on le vorra plus loin. Dans le cas d'un moteur asynchrone à double cage, on peut faire agir, sur les deuxième et/ou troisième bascules monostable simultanément deux systèmes : émetteur sensible à la température et détecteur, l'un pour la cage intérieure, l'autre pnur la cage extérieure. En se référant aux figures schématiquns ci-jointes, on va décrire des exempler, donnés à titre non limitatif, de mise en oeuvre de l'invention La figure 1 montre un schéma simple d'application de l'invention. La figure 2 montre un schéma de protection en cas de baisses anormales de vitesse en marche de régime. La figure 3 montre un schéma de protection intégrale de moteur électrique. La figure 4 représente les diagrammes des bascules monostables de ce schéma. La figure 5 représente des diagramme montrant le réglage du temps de basculement d'une bascule monostable en fonction de la tempérdture du stator d'un moteur. La figure 6 montre ur schéma de protection intégrale d'un moteur asynchrone à double cage. Sur la figure 1, un détecteur fixe I ément, à chaque tour d'un organe en rotation 2, un signal provoqué pal le passage d'un émetteur 3 monté sur cet organe 2. Cet émetteur 3 ptet agir daus tous les cas de passage devant le détecteur cn au contraire son action peut être supprmée si l'organe 2 atteint une température excessive, par exemple par suite de la perte de la perméabilité magnétique d'un élément de l'émetteur 3. Le signal émis par le détecteur I est envoyé dens une bascule monostable 4 de mise en forme des signaux à temps de basculement très court, ct, de là, dans ur.e bascule monostable 5 à temps de basculement réglé d'après la durée maximale allouée à un tour de l'organe 2. L'état de repos de la bascule 5, provoque par l'absence rle signal reçu, ou un trop grand intervalle de temps entre deux signaux reçus. est détecté à la sortie de cette bascule et utilisé soit à une signalisation, soit a une commande de protection. Dans l'exemple de la figuie 2, le temps de basculement de la bascule 5, dite précédement première bascule, a été réglé d'après la vitesse minimale, admissible en marche de régime, de l'organe en retation, et l'on a installé un dispositif empêchant l'action d'une mise à l'état de repos de la bascule 5 pendant la durée du démarrage.Pour cela, une bascule monostable 7, diLe précédement deuxième bascule, à temps de basculement égal à celui alloué à la durée du démarrage5 est mise en marche lorsque l'installation est déclenchée, grâce au contact 8, et envoie son signal de sortie dans un élément logique "OU" 9 qui reçoit aussi le signal de la scrtie 6 et dont l'absence de signal à la sortie 10 seit à la signalisation d'un défaut ou, comme on l'a représenté ici, à la commande d'une protection. Le signal reçu en 10 passe dans un amplificateur 11 et alimente ensuite un relais de protection 12. Ce relais 12 est ,en position de travail en l'absence de défauts, ce qui permet dc S prémunir contre une éventuelle panne du système électronique.Lors de l'apparition d'un défaut, le relais 12 bascule en position de repos où il reste maintenu jusqu'à l'acquittement du défaut. Dans l'exemple de la figure 3 où l'on a conservé les références communes avec celles de la figure 2, on a appliqué l'invention à une protection intégrale de moteur électrique, et l'on a, tout d'abord, introduit une détection du calage ou d'une surcharge du moteur pendant le démarrage, au moyen d'une bascule monostable 13, dite précédement troisième bascule, dont le temps de basculement correspond 3 la durfe minimale allouée à un tour de l'organe en rotation pendant le démarrage. Cette bascule 13 est alimentée, en parallèle avec la bascule 5, par la bascule 4, et elle est mise en route dès l'enclenchement de l'installation, par le contact 8 et l'élément logique "OU" 14 dont les entrées sont respective ment reliées au détecteur 1 et au contact 8.Le sorties des bascules 7 et 13 sont reliées aux entrées d'un élément logique "ET" 15, dnt la sortie constitue une entrée de l'élément 9, l'autre entrée ae celui-ci étant, comme dans la figure 2, constituée par la sortie de 1 bascule 5. Or a également introduit un détecteur 16 de la tempéraeure du stator. Le signal analogique émis rar ce détecteur 16 est amj > lifié dans un amplificateur 17 et ervoyé dans un dispositif à seuil 18 d'où le signal obtenu est inversé dans un élément logique "PAS" 19 La sortie 20 de l'élément 19 est envoyée, ainsi que la sortie 10, sur un élément logique "ET" 21 dont la sortie agit sur le relais 12 par l'intermédiaire de l'amplificateur 11. Le détecteur 16 eut être constitué par un thermocouple ou une sonde à résistance à variation linéaire en fonction de la température. Le point de déclenche- ment du relais 12 est réglé par la combinaison dii seuil de l'élément 18 et du gain de l'amplificateur 17 On pourrait aussi utiliser comme détecteur 16 une résistance à coefticient de température positif, dont la courbe caractéristique présente un coude donnant directement un seuil. Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 ressort des diagrammes de la figure 4 où le temps a été porté suivant l'axe des abscisses et ou l'on trouve suivant celui des ordonnes, successivement en partant du haut de la figure les signaux émis par le détecteur I ; le signal d'enclenchement de l'inntallation donné par le contact 8 ; l'état de la bascule 4 ; l'état de la iiaseulo 13 ; l'état de la bascule 7 ; l'état de la bascule 5. La ligne hachurée au bas de la figure 4 délimite à gauche la phase de démarrage et à droite la marche en régime établi. L'état 1 d'une bascule correspond à l'état du fonctionnemant et l'état 0 correspond à l'état du repos. Le signal d'enclenchement, dont la génération est figurée par le contact 8, est fourni par l'enclenchement du contacteur d'alimentation du moteur ou par une impulsion de courant prélevée sur un transformateur d'intensité monté sur mentation du moteur. Ce signal met en route les bascules 7 et 4, et, par suite, 13 et 5. La bascule 7 reste à l'état 1 pendant tout le temps td alloué pour le démarrage, après quoi elle reprend définitivement l état 0. La bascule 4 mer en forme, en leur donnant une durée tm, le signal d'enclenchement donné par le contact 8 et les signaux donnés par le détenteur 1. Pendant la phase de démarrage, la bascule 5 prend l'état 1 pendant de intervalles de temps égaux à la durée tN, qui est la durée maximale allouée à un tour du rotor en marche de régime. Comme la durée d'un tour du moteur est alors supé- rieure à cette limite, la bascule 5 reprend à chaque tour l'état 0, et elle n'envoie pas constamment un signal sur l élément 9. Le relais 12 ne peut donc être maintenu en position de travail que si l'élément 9 reçoit constamment un signal 1 de l'élément 15, ce qui suppose que la bascule 13 donne constamment un signal 1. La bascule 13 prend l'état i à l'enclenchement et le conserve pendant le temps tc (indiqué n trait plein), qui est la duree maximale allouée à un tour du rotor pendant le démarrage. Si, au bout au temus sc, le détecteur 1 n'a pas envoyé un signal sur la bascule 13, celle-ci leprend l'état O Le qui entraîne le déclenchement du relais :2.Si, avant l'expiration du temps tc, le détecteur 1 a envoyé un signal sur la bascule 13, celle-ci garde l'état l pour une deuxième durée étale à tc (figurde en trait pointilLé), mais elle reprend l'état O et provoque le déclenchement du relais 12, si un nouveau signal n'est pas reçu du détecteur i avant l'expiration de cette deuxième durée.S'il n'y a pas eu de déclenchement au deuxième tour, la bascule 13 garde l'état 1 pour une troisième duré égale à tc, mais elle reprendrait l'état O et déclencherait le relais 12 au cas où la durée du troisième tour dépasserait tc, et ainsi de suite, les durées successives de maintien aUtOmatique à l'état 1 de la bascule 13 étant figurées alternativement en trait plein et en trait pointillé.Si le démarrage se passe ncl- malement, il y a reouvrement de ces durées successives, comme on l'a représente sur la figure, et la bascule !3 reste constamment à état l@ Après la phase d- démarrage, la bascule 7 ayant repris l'état 0, le relais 12 ne peut être maintenu en état de travail que si la bascule r est constamment à l'état 1, c'est-à-dire si la urée dc chaque tour du rotor est inférieure à la limite fixée tN. Si, au contraire, la durée d'un tour du rotor dépasse cette dimite (glisse ment exagéré d'un moteur asynchrone par exemple), des créneaux d'état 0 vont appa raître à la sortie de la bascule 5 et, à partir d'une certaine largeur de ces créneaux, a lieu le délcenehement du relais 12. On peuL- ainsi régler une limite inférieure de vitesse du moteur de telle sorte qu'il y ait déclenchement du relais 12 pour une certaine surcharge. Ce dispositif bermet donc de détecter un défaut beaucoup plus vite qu'au moyen des seuls détecteurs de température qui accusent toujours un certain retard en raison de leur constante de temps élevée. Bien entendu, on peut, en plus, détecter un échauffement exagére au rotor en disposant, dans l'émetteur combine au détecteur 1, un élément sensible à la température comme on l'a déjà indiqué. Il peut être intéressant de modifier la durée tc en fonction de la tempéra- ture du stator du moteur, pour diminuer cette durée tc allouée à un tour du moteur pendant le démarrage si le stator est chaud, tout en lui maintenant une valeur minimale. Pour cela, on agit, en fonction de la température du stator, sur le circuit RC, non représenté, associé à la bascule 13. cette action a été représentée sur la figure 3 par l'amplificateur 22, le dispositif limiteur 23 et la liaison 24.Elle peut notamment s'exercer sur la tension de la capacité de ce circuit RC, en donnant à cette capacité une tension de départ proportionnelle à la température du stator, avec une valeur maximale fixée par le dispositif limiteur 23, dont le rôle est- d'éviter que la durée tc r.e puisse être abaissée audessous d'une ceitaine valeur dia. La figure 5 pennet de comprendre l'action ainsi exercée sur la capacité. Le diagramme de gauche montre la courbe de charge de la capacité, la tension étant portée suivant l'axe des ordonnées et le temps suivant celui des abscisses. U1 est la tension de basculement qui provoque, à l'instant tl, le retour de la bascule à l'état 0. On voit que, si aucune tension initiale n'est appliquée, la durée de basculement est égale à dM. Si l'on applique au départ une tension u fonction de la température O du stator, par exemple une tension u proportionnelle O comme on l'a représenté sur le diagramme situé à droite et on haut de a figure, on réduit la durée tc à une valeur d et lorsque la température O devient très grande, la tension u ne peut pas dépasser la valeur uM, du fait de l'action du dispositif 23 et la durée tc ne peut pas descendre au-dessous de la valeur dm indiquée sur le diagramme de gauche. En portant les valeur de tc corresmondant aux diverses valeur de O sur une ordonnée dirigée vois le bas, nn obtient le diagramme situé en bas et à droite de la figure 5, qui représente la variation de te, entre ses deux limitas dM et dm, en fonction de O. Dans le cas d'un moteur asynchrone à double cage, on peut, comme or l'a représenté sur la figure 6, faire agir sur les bascules 5 et 13 imultanément deux systèmes : émetteur sensible à la température et détecteur, l'un 25 Feur la cage intérieure, l'autre 26 pour la cage extérieure cette combinaison étant réaliséc au moyen des éléments logiques "ET" 27 et 28. Dans ce schéma, la bascule 5 a été alimentée directement par les détecteurs sans l'intermédiaire de la bascule 4. Bien entendu, l'invc-ation n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'z té donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sorrir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer ctrtains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/- Dispositif de détection de défauts dans une installation qui cr:flporte au moins un organe en rotation. comprenant un metteur place sur L'organe en rotation et combiné avec un détecteur fixe devrai normalement émettre un signai à chaque tour de l'organe en rotation, et caractérisé n ce qu'au moins une bascule monostable st placée en aval du détecteur de manière à donner une information de défaut état de repos de la bascule) si elle n'a reçu aucun signal ou si, ayant reçu un signal précédemment, ellc n'en a plus reçu pendant la durée de son temps de basculement. 2/- dispositif de détection de défauts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur comporte un élément sensible à la température, dispose de manière que le détecteur n'émette plus de signal en cas d'excès de température de l'organe en rotation. 3/- Dispositif de détection de défauts suivant la revendication 1, ou la revne- cation 2, caractérisé en ce qu'il comporte, immédiatement après le détecteur, une bascule monostable auxiliaire, de mise en forme des signaux reçus, à temps de basculement tres court, inferieur à l'intervalle de temps minimal pouvant exister entre deux signaux successifs reçus par le détecteur dans tous les cs possibles de fonctionnement normal. 4/- Dispositif de détection de défauts suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une première bascale monostablr disposée en aval du détecteur, dont le temps de basculement correspond à la durée maximale allouée à un tour de organe en rotation en fonctionnement de régime, en ce qutune deuxième bascule monostable à temps de basculement correspondant au temps maximal alloué au démarrage de l'installation est mise en route à l'enclenchement de l'installation et en ce que les informations fournies à la sortie des première et deuxième bascules sont combinées dans un élément logique qui donne une information de défaut à la sortie si l'une et l'autre des deux informations reçues correspondent à l'état de repos des bascuies. 5/- Dispositif de détection de défauts suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, disposée en aval du détecteur et alimentée par celui-ci en parallèle avec la première bascule, une troisième bascule monostable à temps de basculement correspondant à la durée maximale allouée à un tour de l'organe en rotation pendant le démarrage, en ce que cette troisième bascule est mise en route à l'enclenchement de l'installation, et en ce que l'information fournie à la sortie de la deuxième bascule n'est combinee à celle de la première bascule qu'après passage dans un élément logique qui reçoit aussi l'information donnée à la sortie de la troisième bascule et qui délivre une information de de faut si l'une ou l'autre des deuxieme et troisIème bascules est à l'état da repos. 6/- Application du dispositif de détection de défauts, suivant la revendication 5, à un organe en rotation constitue par un rotor de moteur électrique, caractérisée en ce que le temps de basculement de la troisième bascule monostable est réglé cn fonction de la température d' stator du moteur. 7/- Application du dispositif de détection de défauts, suivant la revendication 4 ou la revendication 5, à un organc en rotation constitué par r rotor à double cage de moteur asynchrond, caracterisée en ce que l'on fait agir sur les première et/ou troisième bascules monostahles simultanément deux systèmes : émentteur sensi- ble à la température et drtecteur, l'un pour la cage intérieure, l'autre pour la cage extérieure. 8/- Application du dispositif de détection de défauts, suivant la revendication 4 ou la revendication 5. à un moteur électrique, caractérisée en ce que l'alimenta- tion du moteur est déclenchée par l'action combinée de ce dispositif et d'un dis position de décoction d'un excès de température au stator du moteur.