Brevet FR2490037A1 — publié le 19820312

Cette invention est relative à un procédé pour réaliser des économies d'énergie électrique dans des machines équipées de moteurs électriques et notamment dans les presses. Selon cette invention on applique à de telles machines le couplage connu étoile-triangle, ce couplage étant réalisé avec des dispositifs classiques. L'originalité de la présente invention réside en ce que ces couplages étoile-triangle sont appliqués au cours du déroulement du cycle sans qu'il soit nécessaire de compliquer ce cycle ou d'ajouter des informations à celles existant déjà sur la machine pour donner des ordres aux couplages ; cette invention permettant en outre d'utiliser éventuellement des moteurs classiques asynchrones normalisés. En conséquence cette invention a pour objet un procédé pour économiser l'énergie électrique dans des machines, par exemple des presses, équipées d'un ou de plusieurs moteurs électriques, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on utilise pour le ou les moteurs électriques, un couplage étoile-triangle, le ou les moteurs fonctionnant en branchement étoile pendant les périodes de démarrage et de fonctionnement à vide et en branchement triangle pendant les périodes de travail effectif. Selon une caractéristique de cette invention, le passage du branchement étoile au branchement triangle s'effectue avant qu'intervienne la demande du couple maximal. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent un mode de réalisation donné à titre d'exemple dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins - la figure 1 est une vue très schématique en élévation laté rale d'une presse à laquelle est appliquée la présente in invention - la figure 2 est un diagramme illustrant le cycle de fonc tionnement de la presse représentée à la figure 1 - la figure 3 est un diagramme illustrant l'intensité absorbée par un moteur couplé en étoile pendant tout le cycle de fonc tionnement - la figure 4 est un diagramme illustrant l'intensité absor bee par le meme moteur mais couplé en étoile, et - la figure 5 est un diagramme des phases des tensions d'un moteur respectivement couple en triangle et en étoile, ce diagramme montrant les économies d'énergie réalisées par l'invention. On se réfère en premier lieu aux figures 1 et 2. La figure 1 représente une presse à laquelle est appliquée 19 invention et la figure 2 représente le cycle de fonctionnement de cette presse. Dans l'exemple non limitatif choisi, la presse doit emmancher une pièce 1 dans une pièce 2. La course totale du coulisseau est représentée par la hauteur AD qui dans cet exemple est de 200 mm. Le coulisseau doit venir au contact de la pièce 1 en vitesse réduite. A cet effet on prévoit un microcontact 4, placé sur le trajet de la course du coulisseau et qui commande le passage de la vitesse d'approche rapide à la vitesse lente de tra vaiI; La course de travail est utilisée sans effort de B à C, soit dans cet exemple sur une hauteur de 10 mm, puis de C à D avec l'effort nécessaire pour assurer l'emmanchement de la pièce 1 dans la pièce 2. Dans cet exemple la course sous couple maximal CD est de 20 mm. L'effort est maintenu grâce à un micro-contact 5 déclenchant la temporisation en bas de course (phase DE). Ensuite de E à G s'effectue la remontée sans travail du coulisseau de la presse, la phase EF étant une période de décompression. Si on examine le cycle représenté à la figure 2, on constate que les périodes AB, EG puis GA' (A' étant le point de départ d'un nouveau cycle de fonctionnement) n'exigent que la puissance minimale nécessaire pour actionner à vide, ou à faible charge, les composants électriques, mécaniques et hydrauliques de la presse. Seule la phase BE demande la puissance maximale, ce qui dans le cycle illustré par la figure 2, ne représente qu'environ le 1/3 de la durée du cycle. Le procédé selon l'invention consiste donc à faire fonctionner le moteur de la presse en branchement étoile pendant la phase AB du cycle (course d'approche du coulisseau) puis en branchement triangle pendant la phase BE, correspondant à la course de travail et enfin en branchement étoile de la fin de temporisation de travail (point E) du cycle suivant jusqu'au micro-contact 4 qui donne à nouveau l'ordre de couplage en triangle pour la phase suivante de travail BE. On notera que le passage de couplage étoile au couplage triangle s'effectue au point B avant qu'intervienne la demande du coupe maximal (point C). On a représenté sur les figures 3 et 4 les diagrammes des mesures des intensités apparentes absorbées par un moteur d'une presse selon la figure 1, respectivement couple en triangle et en étoile. Sur le diagramme de la figure 3 un moteur d'une puissance de 5,5 Kw branché sur le réseau triphasé 220 V est couplé en triangle. Pendant la période dite à vide (descente du coulisseau H et retour de ce dernier L) l'intensité absorbée I# est d'environ 13 A. L'intensité sous charge Ic, pendant les périodes de fonctionnement avec travail effectif (pendant le temps de maintien sous pression P, c'est-à-dire depuis la montée en pression K jusqu'au début de la course de retour du coulisseau L, cette période correspondant à la phase BE du diagramme de la figure 2), est égale à environ. 27 A. Le meme moteur, sur la meme presse et dans des conditions identiaues mais coulez en étoile (figure 4) présente une intensité absorbée de 4,6 A. Durant cet essai on a observé que la vitesse de rotation était maintenue du couplage, triangle au couplage toile. La puissance est effectivement suffisante pour compenser les pertes et travaux dans les périodes dites à vide, en branchant ce moteur en étoile. On se réfère maintenant à la figure 5 qui illustre la nature ces économies d'énergie électrique réalisées d'après les mesures illustrées par les figures 3 et 4. Ces économies d'énergie sont de deux types 1- en puissance active c 'est-à-dire en puissance traduite en watts 2- en puissance réactive, c'est-à-dire en puissance exprimée en volts ampères. Dans l'exemple illustré par la figure 3 le cos t réel du moteur à vide est cos t = 0,3. A. Couplage en triangle le moteur branché en triangle et tournant à vide , on obtient - Intensité apparente O B = 13 A - intensité active O A.a = O B . cos = 13 x 0,3 = 3,9 A - Intensité réactive O C.# = O B # sin # = 13 x 0,95 = 12,35 A r. Couplage en étoile le moteur branché en étoile et tournant à vide on a - Intensité apparente O.B.1 = 4,6 A. - intensité active O.A.+ = O BA . cos = 4,6 x 0,3 = 1,38 A - Intensité réactive O C\ = OB. sin t = 4,6 x 0,G5 = 4,37 A L'expressior. de la puissance en courant alternatif triphasé que le moteur soit branché en étoile ou en triangle est toujours P = U.I 6 cos f La puissance active en watts est donc a) pour le branchement en triangle P - 3,9 x 220 x V) x 0,3 # 445,8 W b) pour le branchement en étoile P = 1,38 x 220 x ï3 x 0,) # 157,70 W La puissance réactive en volts-ampères sera a) pour le branchement en triangle P' = 12,35 x 220 x 6 x 0,3 ~ 4411 V.A. b) pour le branchement en étoile P' = 4,37 x 220 x #3 x 0,3 # 499,5 V.A. On voit que l'économie réalisée aussi bien en puissance active qu'en puissance réactive représente environ les 2/3 de la consommation normale et celà, pendant environ les 2/3 du temps normal de fonctionnement de la presse en cycle, davantage si les cycles sont plus espacés dans le temps. L'utilisation systématique du procédé de l'invention apporte évidemment les avantages déjà recherchés dans -l'utilisation des démarrages étoile-triangle notamment la diminution des intensités de démarrage d'où une réduction des sections des conducteurs d'alimentation, en outre elle offre l'avantage, résultant de l'économie considérable qu'elle engendre, de permettre une application généralisée à des moteurs de faible puissance sur lesquels le seul matériel de démarrage étoile-triangle ne pouvait pas être amorti jusqu'à présent en raison du faible gain apporté lors de la seule période de mise en marche. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limi- tée à l'exemple de réalisation et d'application décrit et représenté ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes. En par ticulier le procédé selon i'invention peut s'appliquer à tout autre type de cycle que celui décrit ci-dessus, présentant des périodes de fonctionnement à vide et en charge. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour économiser l'énergie électrique dans des machines, notamment des presses, équipées d'un ou plusieurs moteurs électriques, caractérisé en ce que l'on utilise pour les moteurs un couplage étoile-triangle, le ou les moteurs fonctionnant en branchement étoile pendant les périodes de démarrage et de fonctionnement à vide et en branchement triangle pendant les périodes de travail effectif. 2.- Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que le passage du branchement étoile au branchement triangle s'effectue avant qu'intervienne la demande du couple maximal. 3.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couplage étoile-triangle est réalisé à l'aide de moyens classiques, un micro-contact (4) donnant l'ordre de couplage en triangle pour la phase correspondant aux périodes de travail effectif.