Brevet FR2519208A1 — publié le 19830701

- "Procédé pour optimaliser l'absorption de puissance d'une pluralité de moteurs à hystérésis branchés en parallèle". L'installation concerne un procédé pour opti- maliser l'absorption de puissance d'une pluralité de mo- teurs à hystérésis branchés en parallèle, procédé dans le- quel: a) les moteurs à hystérésis sont alimentés en commun à partir d'une source de tension avec une tension tripha- sée dont le niveau est susceptible d'être réglé dans des limites prédéterminées par l'intermédiaire d'une tension de commande, b) sur chacun des moteurs à hystérésis branchés en série, on mesure en fonctionnement; c sée par rapport au courant moteur et on en tire le facteur de charge ) on mesure la valeur réelle du courant moteur et on détermine sa fraction efficace, c) pour chacun des moteurs à hystérésis, la valeur limite de la fraction efficace du courant moteur, que le moteur absorbe lors du passage de la marche synchrone à la mar- che asynchrone est mesurée et mise en mémoire une fois pour toutes avant le début du fonctionnement synchrone durable. Dans les installations d'enrichissement de l'uranium, les centrifugeuses sont entra nées par des 2.- moteurs à hystérésis dont l'alimentation s'effectue avec une tension triphasée à moyenne fréquence, par exemple à partir d'un convertisseur de fréquence statique Le niveau de la tension triphasée est alors mesuré de façon telle que le couple maximal susceptible d'être délivré par le moteur (couple de pointe) se situe en marche synchrone à un net intervalle de sécurité au-dessus du couple exigé par le procédé Le rapport du couple de pointe au couple en charge normal est habituellement pour la moyenne de tous les moteurs 1,5 et dans un cas extrême 2 Cette ré- serve de sécurité est nécessaire car plusieurs centaines de moteurs de centrifugeuses sont alimentés par un conver- tisseur de fréquence unique et malgré la dispersion résul- tant de la fabrication, un fonctionnement synchrone de tou- tes les centrifugeuses doit être assuré D'autre part, il peut se produire, lors du fonctionnement de l'installation, du fait de perturbations, des accroissements transitoires de la charge, lors desquels les centrifugeuses doivent autant que possible rester en synchronisme En outre, après des défaillances du réseau au cours desquelles les centri- fugeuses ralentissent à cause de l'absence d'énergie d'en- traînement, un rétablissement automatique du synchronisme est nécessaire pour obtenir une interruption de fonction- nement aussi courte que possible. A partir du document DE-OS 24 02 423 et du do- cument DE-OS 2 't 28 053 il est connu de surveiller par l'in- termédiaire d'un èystème d'informations la marche synchrone de chacun des moteurs à hystirésis d'une pluralité de mo- teurs branchés en parallèle. On utilise aors l'effet selon lequel le déca- lage de phases entre le courant moteur et la tension mo- teur varie en fonction de la charge Le décalage de phases est déterminé par détection et exploitation des passages par zéro du courant et de la tension pour chaque moteur in- dividuel et il est comparé avec une valeur de référence 3.- qui correspond au cas ou le fonctionnement est perturbé. A cet effet, les signaux analogiques de courant en prove- nance des convertisseurs de courant sont tout d'abord transformés en signaux rectangulaires de même durée, qui sont ensuite appliqués par l'intermédiaire de multiplexeurs numériques à une logique d'exploitation centrale Dans le cas d'une perturbation, un signal avec indication de l'adresse du moteur perturbé est envoyé au poste central de surveillance. Toutefois, ce procédé implique que la tension de sortie du réseau d'alimentation, qui est obtenue à par- tir d'un convertisseur statique de fréquence, soit mainte- nue constante à l'intérieur de tolérances très étroites. Mais si en vue d'économiser l'énergie, la tension de sor- tie du convertisseur de fréquence doit être adaptée à l'état de charge momentané des moteurs, ce procédé est dé- faillant car aussi bien dans le fonctionnement normal que dans le fonctionnement perturbé il se présente les mêmes décalages de phases entre le courant et la tension, si bien que la logique d'exploitation n'est plus en mesure de faire la différenciation entre ces états de fait, L'invention a pour but, dans une installation d'enrichissement de l'uranium comportant une pluralité de centrifugeuses, de réduire à une valeur optimale l'absorp- tion de puissance des moteurs à hystérésis entra nant les centrifugeuses sans que la puissance efficace de l'instal- lation d'enrichissement ou bien sa sécurité de fonctionne- ment soit diminuée. Ce but est atteint grâce à un procédé du type initialement mentionné caractérisé en ce que: d) la tension triphasée, en partant de la tension nominale appliquée au moteur à hystérésis au point de fonctionne- ment, est abaissée dans une mesure telle que tout en maintenant la vitesse de rotation synchrone, un point de fonctionnement optimal C se situant au voisinage du 4.- passage de la zone de vitesse de rotation synchrone dans la zone de vitesse de rotation asynchrone, est presque atteint, point auquel l'absorption de puissan- ce efficace et l'absorption de puissance réactive sont abaissées à une valeur minimale, e) pour chacun des moteurs à hystérésis d'une pluralité de moteurs branchés en parallèle, la valeur réelle du cou- rant efficace est comparée avec la valeur limite, mise en mémoire, de la fraction efficace du courant moteur et on constate s c non perturbée au voisinage du point de fonctionne- ment optimal C, ô) dans le cas de courant efficace dépassant le cou- rant limite ou bien égaux à celui-ci: un fonction- nement perturbé avec une marche asynchrone au point de fonctionnement D 1 cependant que s f) la tension de commande est composée d'une tension de valeur théorique prédéterminée et d'une tension de ré- gulation qui est dérivée de la valeur du courant effi- cace mesurée et de la valeur limite, g) au moyen de la tension de commande la tension triphasée est: o) dans le cas d'un fonctionnement non perturbé, abais- sée à une valeur prédéterminée au voisinage du point de fonctionnement optimal C, P dans le cas d'une perturbation, relevée à sa valeur nominale de sorte que chacun des moteurs fournit son couple nominal et par l'intermédiaire du point de fonctionnement A atteint à nouveau le point de fonc- tionnement B. Les avantages obtenus grâce au procédé confor- me à l'invention, résident notamment en ce que l'absorption 5.- effective de puissance d'une installation se trouve rédui- te d'environ 15 % et qutinsi une économie considérable d'énergie est obtenue. Le procédé conforme à l'invention va être exposé plus en détail en se référant aux dessins ci- joints, dans lesquels s la figure 1 est un diagramme montrant l'évo- lution de la puissance effective en fonction de la ten- sion moteur, la figure 2 est un diagramme montrant l'évolution du courant effectif en fonction de la ten- sion moteur, la figure 3 est un schéma par blocs d'une installation d'informations sur la marche de l'instal- lation avec un dispositif de régulation réglant la ten- sion moteur. Sur la figure 1, la puissance électrique ef- fective Pv, absorbée par un moteur à hystérésis et rappor- tée à la puissance nominale Pà de ce moteur, est représen- tée en fonction de la tension moteur U rapportée à la tension nominale UN Au point A, le moteur sous sa ten- sion nominale UN atteint sa vitesse de rotation synchrone et absorbe alors la puissance effective PN En synchronis- me, la puissance effective P tombe à environ 50 % de PWN jusqu'au point B Ce point B correspond au point de fonctionnement actuel courant en fonctionnement nominal c'est-à-dire pour une charge nominale Pw N du moteur Si la tension moteur U est abaissée en continu, le moteur reste en synchronisme et le point de fonctionnement C est atteint Ce faisant, la puissance effective absorbée P. continue à s'abaisser d'environ 15 % Ceci est essentiel- lement dû à ce que l'absorption de puissance réactive ré- gresse également et qu'ainsi les pertes dans le stator se trouvent réduites Les points de fonctionnement du moteur à hystérésis se situent ainsi selon la tension 6.- moteur U sur la courbe B 0, l'optimum se situant au voisinage du point C Si maintenant pour une raison quel- conque, le couple de charge du moteur s'élèves alors que ce moteur fonctionne au point C ou dans son voisinage, alors la puissance effective Pw absorbée par ce moteur s'élève également si bien qu'en l'absence de dispositions prisespour y faire face, le moteur devient asynchrone au point D et commence à ralentir Grâce à la mesure du cou- rant effectif du moteur Iw, cet événement peut toutefois avec un processus de régulation, être emp ché en temps uti- le par élévation de la tension moteur U. Avant que le moteur à hystérésis atteigne le point de fonctionnement D, son absorption de courant effec- tif Iw s'est accrue nettement, comme le montre le diagram- me représenté sur la figure 2, du courant effectif Iw rap- porté au courant effectif nominal Iw N en fonction de la tension moteur Ue rapportée à la tension nominale UN. La comparaison avec une valeur limite I Grenz du courant effectif I du moteur, qui peut se situer au voisinage du point D, délivre un critère direct dans le cas d'une charge accrue Par la délivrance d'une tension de commande appropriée S t par le système d'information, la tension de sortie U du convertisseur de fréquence s'élè- ve jusqu'à la valeur nominale UN De ce fait, le point de fonctionnement du moteur se déplace dans la direction du point A oh le moteur délivre à nouveau son couple total. Après que la perturbation ait été éliminée et que le fonc- tionnement en charge normal ait été rétabli, le moteur se situe tout d'abord au point de fonctionnement B Le système d'information détecte l'aborption maintenant réduite de courant effectif Iw C I Grenz et commande en réduction la tension de sortie U du convertisseur de fréquences si bien que le moteur atteint au point O son état de fonctionne- ment normal avec une absorption optimale de puissance ef- fective. 7.- Ainsi, le procédé conforme à l'invention utilise comme critère pour l'état de fonctionnement de chacun des moteurs d'une pluralité de moteurs branchés en parallèle, non pas le décalage de phases entre le courant moteur I et la tension moteur U comme cela a lieu dans le cas des dispositifs connus à partir des documents DE-OS 24 02 423 et DE-OS 24 28 053, mais bien les fractions efficaces Iw des courants moteurs I Ces fractions efficaces Iw sont déterminées à partir de la relation I cos ', et elles sont, dans le cas de moteurs à hystérésis en fonctionne- ment synchrone, à peu près indépendantes de la tension U appliquée et varient seulement en fonction de la charge du moteur. Grâce aux informations délivrées par le sys- tème d'informations selon le procédé conforme à l'inven- tion, la tension triphasée U du convertisseur de fréquen- ces est, par l'intermédiaire d'un dispositif de régula- tion, élevée ou abaissée pour l'ensemble des moteurs rac- cordés à ce convertisseur de fréquences, de façon que, md- me pour les moteurs présentant, du fait de la dispersion, le couple minimal, et pour tous les états de fonctionne- ment de l'installation, le couple soit adapté de façon op- timale à la charge qui se présente Ainsi, même le moteur se situant le plus défavorablement dans les limites de to- lérances, reçoit la tension moteur U et donc la puissance électrique Pw, qui est nécessaire pour maintenir encore correctement sa centrifugeuse en marche synchrone Ainsi, également, il est fourni à l'ensemble des moteurs raccor- dés, la puissance minimale exactement nécessaire pour main- tenir un fonctionnement str. La figure 3 montre à titre d'exemple de réali- sation un schéma par blocs d'un dispositif d'informations sur la marche d'une installation avec un dispositif de ré- gulation ajustant la tension moteur U. Un grand nombre de moteurs à hystérésis 1 est 8.- raccordé au convertisseur statique de fréquences 2 déli- vrant la tension de sortie U Chacun des moteurs -à hysté- résis 1 comporte sur une phase de son raccordement en cou- rant triphasé, un convertisseur de courant 3 Chacun des convertisseurs de courant 3 est branché sur une des entrées d'un multiplexeur analogique 4, lequel, commandé en caden- ce par un calculateur, branche successivement dans le temps les signaux des convertisseurs de courant sur l'entrée analogique d'un micro-calculateur 5, qui, à partir du si- gnal de courant I du moment, détermine la valeur effective Ieff et qui à partir de la comparaison dans le temps des passages par zéro de la tension moteur U et du courant mo- teur I, détermine l'angle de phases ' pour calculer avec l'aide du facteur de puissance correspondant cos 9 déposé dans une mémoire à valeur fixe, le courant efficace Iw = Ieff cos,. Ensuite, cette valeur Iw du courant efficace de chacun des moteurs à hystérésis 1 est comparée avec une valeur limite individuelle I Grenz déposée dans la mémoire et qui a été déterminée pour chacun des moteurs à hystéré- sis au cours d'un cycle de lecture séparé dans la zone de transition de l'asynchronisme au synchronisme A partir de la comparaison des valeurs réelles Iw avec les valeurs li- mites I Grenz, le micro-calculateur 5 établit une tension de régulation UR qui, totalisée dans un totalisateur 7 avec une valeur théorique prédéterminée U Soll de la tension, est appliquée comme tension de commande U St au convertisseur de fréquences 2 Le convertisseur de fréquences 2 réagit à la modification de la tension de commande Ut par une éléva- tion ou un abaissement de sa tension de sortie U Dans le cas d'un incident du micro-calculateur 5, un sous-programme intervenant de façon autonome fait que le convertisseur de fréquences 2 ajuste sa tension de sortie U sur la valeur nominale UN. A une sortie d'information 6 du micro-calcula- 9.- teur 5, lorsque la valeur limite I Grenz est atteinte ou dé- passée par le courant efficace Iw, une information d'inci- dent accompagnée de l'adresse du moteur à hystérésis concer- né est engendrée. - REVENDIOATIOX Procédé pour optimaliser l'absorption de puis- sance d'une pluralité de moteurs à hystérésis ( 1) bran- chés en parallèle, procédé dans lequel: a) les moteurs à hystérésis ( 1) sont alimentés en commun à partir d'une source de tension ( 2) avec une tension triphasée (U) dont le niveau est susceptible d'être réglé dans des limites prédéterminées par l'intermé- diaire d'une tension de commande (Un), b) sur chacun des moteurs à hystérésis ( 1) branchés en sé- rie, on mesure en fonctionnement s o) l'angle ( 9) du décalage de phases de la tension triphasée (U)'par rapport au courant moteur (I) et on en tire le facteur de charge (cos 9) /) on mesure la valeur réelle du courant moteur (I) et on détermine sa fraction-efficace (Iw = I cos) c) pour chacun des moteurs à hystérésis ( 1) la valeur li- mite (I Grenz) de la fraction efficace (Iw) du courant moteur (I), que le moteur absorbe lors du passage de la marche synchrone à la marche asynchrone est mesurée et mise en mémoire une fois pour toutes avant le début du fonctionnement synchrone durable, procédé caractérisé en ce que: d) la tension triphasée (U), en partant de la tension nomi- nale (UN) appliquée au moteur à hystérésis ( 1) au point de fonctionnement (B), est abaissée dans une mesure tel- le que tout en maintenant la vitesse de rotation synchro- ne, un point de fonctionnement optimal O se situant au voisinage du passage de la zone de vitesse de rotation synchrone dans la zone de vitesse de rotation asynchrone, est presque atteint, point auquel l'absorption de puis- sance efficace et l'absorption de puissance réactive sont abaissées à une valeur minimale, e) pour chacun des moteurs à hystérésis ( 1) d'une plurali- té de moteurs branchés en parallèle, la valeur réelle 11.- du courant efficace (Iw) est comparée avec la valeur limite (I Grenz), mise en mémoire, de la fraction ef- ficace (Iv) du courant moteur (I), et on constate: 0) dans le cas oh les courants efficaces se situent au-dessous du courant limite (Iw a: I Grenz) : une marche synchrone non perturbée au voisinage du point de fonctionnement optimal C, ô) dans le cas de courant efficace dépassant le cou- rant limite ou bien égaux à celui-ci (Iw I Grenz) un fonctionnement perturbé avec une marche asynchro- ne au point de fonctionnement D, cependant que: f) la tension de commande (U Bt) est composée d'une tension de valeur théorique prédéterminée (US o) et d'une ten- Soll sion de régulation (UR) qui est dérivée de la valeur du courant efficace (Iw) mesurée et de la valeur limite (I Grenz) t g) au moyen de la tension de commande (Ust) la tension tri- phasée (U) est: o C) dans le cas d'un fonctionnement non perturbé (Iw ) dans le cas d'une perturbation (Iw > I Grenz), re- levée à sa valeur nominale (UN) de sorte que chacun des moteurs fournit son couple nominal et par l'in- termédiaire du point de fonctionnement A atteint à nouveau le point de fonctionnement B.