Brevet FR2542093A1 — publié le 19840907

-1- PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DU GLISSEMENT D'UN MOTEUR. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure du glissement d'un moteur. Il est déjà connu, par la demande de brevet français NO 8119124 du 6 Octobre 1981, de déterminer le glissement d'un moteur par un procédé nécessitant une détermination préalable des grandeurs caractéristiques du moteur et un balayage préalable de toutes les fréquences de fonctionne- ment du moteur. Ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter une phase de reconnaissance du moteur, qui peut être assez longue, compte tenu de la plage de fréquence de fonctionnement du moteur De plus, ce procédé nécessite une capacité de mémoire importante du dispositif pour pouvoir stocker toutes les valeurs mesurées nécessaires aux calculs ultérieurs. Enfin, ce procédé nécessite également une phase de calcul assez longue pour arriver à déterminer le glissement. L'invention a pour but de pallier les inconvénients précé- dents et de mettre en oeuvre un procédé nécessitant une phase de reconnaissance plus courte, faisant appel à une moins grande capacité de mémoire et nécessitant moins de calcul pour déterminer le glissement du moteur. -2- Par conséquent, ce procédé, mis en oeuvre par un micropro- cesseur, aura pour principal avantage de laisser le micro- processeur suffisamment libre pour exécuter d'autres taches, comme la commande des convertisseurs d'alimentation du moteur. Selon l'invention, le but principal est obtenu par le fait que le procédé de détermination du glissement d'un moteur asynchrone, alimenté par une source polyphasée à pulsation variable sans utilisation d'un détecteur tachymétrique, à l'aide de mesures effectuées à ses bornes statoriques, est caractérisé en ce qu'il comporte la détermination prélimi- naire de la résistance statorique R 1 à partir de mesures effectuées sur le moteur à l'arrat alimenté en courant continu; la détermination préliminaire de la résistance R 2 du rotor vue du stator du moteur, rotor bloqué et alimenté par une tension variable de fréquence peu élevée; la mesure de la tension et du courant fournis au dispositif alimentant le moteur en fonctionnement et le calcul du glissement à partir des résultats des déterminations préliminaires et de la mesure de la tension et du courant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description ci- après, faite en se référant aux dessins annexés, dans les- quels: La figure 1 représente un circuit constituant l'équi- valent électrique d'un moteur; La figure 2 est un diagramme vectoriel des courants parcourant les branches du circuit de la figure 1; La figure 3 est un exemple de réalisation d'un dispo- sitif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'in- vention. -3- La figure 1 représente un circuit constituant l'équivalent électrique d'une phase d'un moteur asynchrone, vu des bornes du stator, dans lequel R 1 représente la résistance du stator, L 1 l'inductance de fuite du stator, L 2 l'inductance de fuite du rotor, R 2/g, la résistance apparente du rotor vue du stator o R 2 est la résistance propre du rotor et g le glissement fréquentiel du moteur, Lm l'inductance magnéti- sante, R une résistance représentant les pertes dues au fer Dans ce circuit équivalent, on peut négliger un certain nombre de facteurs, compte tenu de la qualité des moteurs actuellement fabriqués Ainsi, les inductances de fuites L 1 et L 2 sont très faibles et, par conséquent, négligeables; la résistance Rf représentant les pertes de fer est égale- ment très faible et, par conséquent, négligeable Dans le circuit équivalent, si l'on calcule la puissance active après avoir négligé tous ces termes, on obtient la relation P = 3 (R 112 + 4 12) ( 1) Cette puissance active est la seule à intervenir dans le calcul de la puissance réelle transmise au moteur. D'autre part, si l'on considère le diagramme vectoriel des courants circulant dans le moteur représenté à la figure 2, on a la relation vectorielle I 1 = I 2 + Im ( 2) I étant faible et cos q proche de 1 en fonctionnement normal, comme représenté à la figure 2, on en déduit que "I | t' II 2 I avec Ill k j Ic| ( 3) k est un facteur de forme dépendant du mode de commande du convertisseur de fréquence 2, Ic est le courant continu 4 2542093 délivré par le redresseur 3 ce qui permet d'écrire la relation ( 1) sous la forme suivante t P = 3 k 2 12 (R 1 +R 2/g) ( 4) Si l'on détermine par des mesures, en cours de fonctionne- ment, d'une part la puissance transmise, qui est égale à la puissance électrique, d'autre part, le courant alimentant le moteur, et si l'on connait R et R par des mesures préalables faites à la mise en route, il sera possible de calculer le glissement du moteur et, par la suite, de commander le convertisseur et le redresseur d'alimentation du moteur. La figure 3 est une vue schématique du dispositif de détermination du glissement d'un moteur 1 et de son application à la commande du dispositif d'alimentation d'un moteur asynchrone polyphasé Le moteur 1 est alimenté par un dispositif connu 2 qui peut être, soit un convertisseur de fréquence, soit, éventuellement un gradateur Un gradateur délivre une tension variable à une fréquence constante, tandis qu'un convertisseur de fréquence délivre une tension et une fréquence variables Ce convertisseur de fréquence 2 est lui-même alimenté, à travers une inductance de lissage L, par un pont redresseur 3 branché à une alimentation alternative triphasée. Le convertisseur de fréquence 2 et le redresseur 3 étant réalisés au moyen de ponts d'interrupteurs statiques (par exemple des thyristors), le rendement de ces dispositifs est voisin de l'unité et la puissance électrique fournie au moteur peut être déterminée en mesurant la tension continue Uc délivrée en sortie du redresseur 3 et de l'inductance L, au moyen d'un circuit analogique 4 comportant un ampli- ficateur différentiel 41 monté avec des résistances, de façon connue, pour délivrer à l'entrée 61 d'un multiplexeur 6 un signal proportionnel à la tension continue Uc Le courant fourni au moteur est également mesuré au moyen d'un circuit connu 5 comprenant deux transformateurs de courant montés sur deux des phases du circuit d'alimentation du redresseur 3 et branchés à l'entrée triple 91 d'un redresseur 9 dont l'unique sortie 92 délivre, à l'entrée 62 du multiplexeur 6, un -signal de tension continue propor- tionnel au courant d'alimentation du moteur Un circuit analogique 4, comprenant deux amplificateurs différentiels 42, et un redresseur triphasé sans seuil 52 est branché entre les trois phases du moteur à la sortie du convertis- seur 2 et alimente l'entrée 63 du multiplexeur 6 par un signal proportionnel à la tension entre deux phases du moteur. Le courant qui circule dans une phase du moteur se déduit du courant Ic par il = k Ic Les circuits à amplificateur différentiel 4 de même que le redresseur triphasé sans seuil 52 sont bien connus de l'homme de métier et peuvent être du type de ceux associant des amplificateurs et des résistances, décrits dans la demande de brevet français déposée en brevet européen le 31 Août 1982 sous le NO 82401608 3 La sortie 65 du multi- plexeur est branchée à l'entrée 70 d'un convertisseur ana- logique/numérique 7, dont la sortie 71 est branchée à l'entrée 80 d'un microprocesseur 8 La sortie 81 de ce dernier commmande le multiplexeur, pour désigner le signal qui sera admis à l'entrée 80 Les sorties 82 et 83 comman- dent les gâchettes ou les bases des interrupteurs statiques du redresseur 3 et, respectivement, du convertisseur de fré- quence 2 Le microprocesseur 8 comprend une mémoire vive 84 qui sert à conserver le résultat des mesures préalables de R 1 et R 2 effectuées au cours de chaque phase de démarrage du dispositif, ceci permet de tenir compte de l'échauffement du moteur au moment de la phase de démarrage. -6- En fonctionnement, le dispositif fonctionne en deux étapes. Au cours d'une première étape, dite de démarrage, le micro- processeur commande le convertisseur de fréquence 2 et le redresseur 3, de façon que deux phases du moteur soient alimentées par un courant continu et une tension continue. Le dispositif reçoit, sur les entrées 63 et 64, des signaux proportionnels à ces grandeurs et le microprocesseur 8, en commandant par 81 la sélection des entrées 63 et 64, reçoit des signaux transformés en valeurs numériques et détermine le rapport U/Ic représentatif de R 1 Lorsque R 1 a été déterminé, le microprocesseur range la valeur représen- tative de R 1 dans la mémoire vive 84. Ensuite, le microprocesseur détermine la valeur représen- tative de R 2, qu'il va ranger dans la mémoire 84 Pour cela, le microprocesseur procède à une mesure rotor bloqué en faisant osciller le moteur autour d'une position d'équilibre à une fréquence inférieure à 30 Hz De façon avantageuse, on choisira une fréquence de 20 Hz Sachant que la puissance électrique fournie est entièrement dissipée par effet Joule et que le moteur ne peut tourner dans ce cas, on peut consi- dérer le rotor comme bloqué Ceci fixe par conséquent la valeur du glissement à 1; on obtient alors l'équation suivante: P = 3 k 2 (R+R 2/1) I 2 =Uc Ic d'o l'on déduit Uc R 1 +R 2 ( 5) 2 23 k I c Dans cette phase de la première étape, le microprocesseur doit donc commander l'onduleur 2 par sa sortie 83, pour alimenter le moteur avec un signal oscillant de fréquence inférieure à 30 Hz, commander, par sa sortie 81, l'entrée des signaux 61 et 62 représentatifs de la tension et du 7 2542093- courant fournis et déterminer par le calcul la valeur repré- sentative de R 2 en appliquant la relation 5; enfin, il doit ranger cette valeur dans la mémoire 84. Dans une deuxième étape, le moteur étant en fonctionnement, le microprocesseur commande, par 83 et 82, l'onduleur 2 et le redresseur 3, pour alimenter le moteur 1 en fonction des performances demandées à celui-ci. En cours de fonctionnement, le microprocesseur commar de, par 81, l'entrée des données Uc et Ic accessibles en 61 et 62 et applique la formule ( 4) c P = 3 k 2 I (R+R 2/g) dans laquelle P 4 Uc Ic Le microprocesseur, qui connaît la valeur de R 1 et de R 2, reçoit en entrée les valeurs Uc et Ic et peut donc déter- miner, à tout moment du fonctionnement, la valeur du glisse- ment g: R 2 g = U ( 6) c _ R 1 3 k I c La valeur de g déterminée en 6 est une approximation du glissement réel de la machine; toutefois celle-ci est satisfaisante dans les zones de fonctionnement normal de la- machine. Une fois le glissement déterminé, le microprocesseur 8 tient compte de cette valeur pour modifier le fonctionnement du redresseur 3 et de l'onduleur 2 en changeant les signaux de commande 82 et 83. Il est bien évident que toute modification-à la portée de l'homme de l'art fait également partie de l'invention. 8 2542093. Revendications de brevet o 1 Procédé de détermination du glissement d'un moteur asynchrone alimenté par une source polyphasée à pulsation variable, sans utilisation d'un détecteur tachymétrique, à l'aide de mesures effectuées à ses bornes statoriques, caractérisé en ce qu'il comporte la détermination prélimi- naire de la résistance statorique (R 1) à partir de mesures effectuées sur le moteur à l'arrêt alimenté en courant continu; la détermination préliminaire de la résistance (R 2) du rotor vue du stator du moteur, rotor bloqué alimenté par une tension variable de fréquence peu élevée; la mesure de la tension et du courant fournis au dispositif qui alimente le moteur en fonctionnement et le calcul du glis- sement à partir des résultats des déterminations prélimi- naires et de la mesure de la tension et du courant. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le glissement est calculé en utilisant la formule R 2 c R 1 3 k Ic c à partir de résistances (R 1 et R 2) mises en mémoire et des mesures de la tension et du courant fournis au moteur. 3 Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les valeurs respectives de la résis- tance statorique (Ri) et de la résistance (R 2) du rotor vue du stator du moteur sont redéterminées à chaque démarrage. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend * des premiers moyens ( 42), ( 52) qui engendrent un signal proportionnel à la tension continue délivrée en sortie d'un convertisseur de fréquence ( 2) et alimentant le stator du moteur, pour déterminer, par 2542093. 9 - des moyens de calcul ( 6), ( 7), ( 8) la résistance stato- rique; des seconds moyens ( 41) et ( 5) qui engendrent res- pectivement un signal proportionnel à la tension continue délivrée en sortie d'un pont redresseur ( 3) et un signal proportionnel au courant fourni par le réseau au pont redresseur ( 3), ledit signal proportionnel au courant fourni par le second moyen ( 5) étant redressé par un second redres- seur ( 9) avant d'être fourni aux moyens de calcul ( 6), ( 7), ( 8), pour la détermination, soit de la résistance statorique vue du stator dans la phase préliminaire du procédé, soit du glissement dans la phase de fonctionnement, lesdits moyens de calcul commandant par des sorties ( 82), ( 83), le fonc- tionnement du pont redresseur ( 3) et du pont onduleur ( 2) au cours des phases préliminaires. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de calcul comportent un microprocesseur ( 8) comprenant une mémoire vive ( 84), un circuit multiplexeur ( 6) branché au microprocesseur adressé en ( 81) par le microprocesseur pour sélectionner l'un des signaux (U, Uc, Ic) reçus en entrée, et délivrés par les premiers et seconds moyens ( 41, 51, 42, 52). 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les sorties ( 82), ( 83) du micropro- cesseur ( 8) commandent le pont redresseur ( 3) et le pont onduleur ( 2) pendant la phase de fonctionnement, en fonction du résultat du calcul du glissement g.