Brevet FR2613150A1 — publié le 19880930

i Dispositif de commande pour un moteur électrique sous-marin immergé à grande profondeur La présente invention concerne un dispositif de commande pour un moteur électrique du type étanchéifié à l'hui- le, destiné à être installé dans un bâtiment tel qu'un sous- marin qui est immergé à grande profondeur en mer, et plus par- ticulièrement un dispositif de commande pour un moteur élec- trique, dans lequel on chauffe l'huile d'étanchéité lorsque le moteur ne fonctionne pas, de manière à obtenir une opéra- tion de démarrage satisfaisante. En général dans un bâtiment travaillant à grande profondeur, un bâtiment de recherche immergé à grande profon- deur ou analogue, qui descend jusqu'à des profondeurs de plu- sieurs milliers de mètres, on installe différents moteurs élec- triques destinés à être utilisés pour l'entraînement d'un mo- teur thermique principal, d'un moteur thermique auxiliaire, d'une pompe servant à pomper l'eau de mer,d'une pompe hydrauli- que,etc.La figure 1,annexée à la présente demande, représente un tel moteur électrique immergé dans l'eau à grande profondeur. Dans un moteur à courant alternatif 4 comme par exemple un moteur triphasé à induction conforme à la figure 1, un enroulement primaire 11 est enroulé autour d'un noyau statorique 42 prévu sur le pourtour d'une carcasse 41. Un pa- lier à roulement 43, lubrifié avec de l'huile, est monté à l'extrémité du moteur de manière à supporter un arbre 44 fixé selon une liaison d'entraînement à un noyau statorique 45. Un dispositif 46 d'étanchéité de l'arbre, comme par exemple un joint d'étanchéité mécanique, est installé sur une extré- mité du moteur. Sur l'autre extrémité du moteur se trouve ins- tallé un dispositif de compensation 47 servant à équilibrer la pression à l'intérieur du moteur 4 et la pression de l'eau de mer au moment de l'immersion à grande profondeur dans la mer. Le dispositif de compensation 47 comporte un soufflet dilatable 48, un ressort de traction 49, une plaque de sup- port 50 et autres. La carcasse 41 est remplie et est fermée de façon étanche par une huile 51 utilisée pour la compensa- tion de la pression. Comme huile 51, on utilise une huile ap- te à réaliser à la fois une isolation électrique et une lu- brification. La propriété d'une huile de lubrification telle que mentionnée ci-dessus d'une manière générale réside dans le fait que sa viscosité augmente tandis que sa fluosité diminue lorsque la température diminue ou que la pression augmente. Lorsqu'un bâtiment descend à une grande profondeur dans l'eau de mer, la pression totale exercée par l'eau à gran- de profondeur s'applique au pourtour intérieur A du soufflet 48 du dispositif de compensation 47, et par conséquent la pres- sion de l'huile 51 à l'intérieur du moteur 4 s'élève à quel- ques centaines d'atmosphères, et sa température se situe à environ 1 C-2 C lorsque le moteur ne fonctionne pas (c'est- à-dire à l'état froid). De cette manière, lorsque le bâtiment est immergé à grande profondeur, l'huile située à l'intérieur du moteur est amenée dans l'état qu'elle possède à une basse tempéra- ture et à pression élevée, et il en résulte que le moteur démarre difficilement en raison du couple antagoniste impor- tant provoqué par la résistance visqueuse élevée de l'huile. Pour faire face à une telle situation, il est essentiel d'adop- ter un moteur possédant un couple élevé au démarrage et apte à vaincre par exemple la force de frottement statique d'une machine devant être entraînée, la pression élevée due à la profondeur d'immersion et la résistance visqueuse de l'huile à basse température. C'est pourquoi il se pose un problème lié au fait qu'il est essentiel de choisir un moteur dont la puissance de sortie ne dépende pas d'une manière excessive de la profondeur d'immersion, conformément à l'art antérieur. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un dispositif de commande pour un moteur électri- que immergé à grande profondeur, dans lequel on envoie un fai- ble courant à l'enroulement primaire de manière à chauffer l'huile et à réduire le couple antagoniste au démarrage, en tenant compte du fait que la température de l'huile renfermée de façon étanche à l'intérieur du moteur diminue alors que la résistance visqueuse augmente lorsqu'un bâtiment est im- mergé à grande profondeur et que le moteur ne fonctionne pas. Afin d'atteindre l'objectif indiqué précédemment, il est prévu un dispositif de commande pour un moteur élec- trique immergé à grande profondeur caractérisé, conformément à l'invention, par le fait qu'il comporte un circuit d'ali- mentation en énergie qui envoie une puissance variable à l'en- O10 roulement primaire du moteur, un capteur de pression qui détecte la pression de l'eau de mer, une minuterie servant à compter l'intervalle de temps qui s'est écoulé après l'arrêt du mo- teur, une unité arithmétique calculant un intervalle de temps requis pour que la température de l'huile renfermée de façon étanche dans le moteur diminue et atteigne une basse tempéra- ture prédéterminée, un circuit comparateur qui délivre un si- gnal lorsque l'intervalle de temps compté par la minuterie coincide avec 1' intervalle de temps fourni par l'unité arith- métique, un circuit discriminateur de signaux, qui délivre un signal de mode de chauffage correspondant à la pression de l'eau de mer lorsqu'il reçoit le signal de sortie du cir- cuit comparateur, et un signal de mode de fonctionnement lors- qu'il reçoit un signal de fonctionnement du moteur, et un cir- cuit de commande d'alimentation en énergie qui commande le circuit d'alimentation en énergie lorsqu'il reçoit chaque si- gnal de mode du circuit de discrimination de signaux, et com- mande le circuit d'alimentation en énergie pour qu'il envoie une énergie prédéterminée à l'enroulement primaire du moteur, ce qui a pour effet qu'une énergie prédéterminée de faible valeur est envoyée à l'enroulement primaire du moteur lors- qu'un intervalle de temps prédéterminé s'est écoulé sans que le moteur ne fonctionne. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, représente une vue en coupe transversale, montrant une partie essentielle d'un moteur électrique immergé en eau profonde; - la figure 2 représente le schéma d'un circuit montrant un dispositif de commande du moteur électrique immer- gé en eau profonde, conforme à une forme de réalisation de la présente invention; et - la figure 3 représente un diagramme montrant la caractéristique de réduction de la température de l'huile ren- fermée de façon étanche dans le moteur après l'arrêt du fonc- tionnement de ce dernier. Ci-après on va décrire une forme de réalisation préférée du dispositif de commande du moteur électrique immer- gé en eau profonde, conforme à la présente invention, en ré- férence aux dessins annexés. Sur la figure 2 montrant une forme de réalisation du dispositif de commande conforme à l'invention, le côté en- trée du circuit d'alimentation en énergie 20 est raccordé à une source d'alimentation en énergie à courant alternatif par l'intermédiaire d'un disjoncteur de protection 1, et le côté sortie de ce circuit est raccordé au moteur 4 de manière à entraîner un équipement 5 comme par exemple une pompe cons- tituant une charge qui est également raccordée au moteur 4. Le circuit d'alimentation en énergie 20 inverse l'énergie dé- livrée par la source d'alimentation en énergie à courant al- ternatif, en envoyant une énergie variable à l'enroulement primaire 11 du moteur 4, et est un inverseur de tension dans cette forme de réalisation. Le circuit d'alimentation en éner- gie 20 comporte des éléments de circuit comme par exemple un dispositif 21 constituant un circuit redresseur, un disposi- tif 22 constitué par un condensateur et constituant un cir- cuit de lissage, un dispositif redresseur 23 comportant une électrode de commande, comme par exemple un transistor de puis- sance constituant un circuit inverseur d'alimentation en éner- gie, qui inverse le courant continu lissé pour fournir un cou- rant alternatif possédant une fréquence optionnelle, etc. On actionne un bouton-poussoir de démarrage 12 lors de l'envoi d'un signal de fonctionnement. On actionne un bouton-poussoir d'arrêt 13 lors de l'envoi d'un signal d'arrêt. Un capteur de pression 14 détecte les pressions de l'eau de mer et en- voie le signal détecté à une unité arithmétique 16 et à un circuit discriminateur de signaux 18, décrits ultérieurement. Une minuterie 15 reçoit le signal d'arrêt du moteur 4 et comp- te l'intervalle de temps qui s'est écoulé après l'arrêt du moteur, et ramène à zéro l'intervalle de temps écoulé lors de la réception du signal de fonctionnement. L'unité arithmé- tique 16 calcule l'intervalle de temps, au bout duquel on es- time que la température de l'huile 51 dans le moteur 4 est tombée à une valeur prédéterminée correspondant à la pression de l'eau de mer à grande profondeur. L'unité arithmétique 16 comporte un micro-ordinateur connu et dispose d'une mémoire. Un circuit comparateur 7 compare l'intervalle de temps compté par la minuterie 15 à l'intervalle de temps calculé par l'uni- té arithmétique 16, et délivre un signal lorsque ces deux in- tervalles de temps sont identiques ou coincidents. Le circuit discriminateur de signaux 18 reçoit le signal de fonctionnement du moteur de manière à délivrer le signal de fonctionnement, et reçoit le signal de sortie du circuit comparateur 17 et le signal de pression du capteur de pression 14 pour délivrer une intensité spécifiée d'un si- gnal de mode de chauffage correspondant à la pression de l'eau de mer détectée par le capteur de pression 14. Afin de déli- vrer de façon précise le signal de mode de chauffage, le si- gnal d'arrêt du moteur est également envoyé au circuit de dis- crimination 18. Le circuit de commande d'alimentation en énergie 19 reçoit chaque signal de mode délivré par le circuit de dis- crimination de signaux 18, et excite l'électrode de commande (borne de base) du transistor de puissance 23 pendant un in- tervalle de temps prédéterminé conformément au signal de mode. Le signal de sortie du circuit de commande d'alimentation en énergie 19 est envoyé à tous les transistors 23, mais le des- sin montre seulement une partie de ces transistors, les au- tres n'ayant pas été représentés. Le dispositif de commande possédant l'agencement indiqué plus haut exécute la fonction suivante. Le signal de fonctionnement est délivré lors de l'enfoncement du bouton- poussoir de démarrage 12, et ce signal est déterminé par le circuit de discrimination de signaux 18, qui sert à délivrer le signal de mode de fonctionnement. Le circuit de commande d'alimentation en énergie 19 envoie le signal d'excitation correspondant au signal de mode de fonctionnement à l'élec- trode de commande du transistor 23 et applique une tension nominale à l'enroulement primaire 11 du moteur 4. Il en ré- suite que le moteur 4 produit un couple au démarrage et com- mence lui-même à vaincre le couple produit par la charge et le couple antagoniste appliqué au rotor sous l'effet de la résistance visqueuse et d'autres caractéristiques de l'huile 51, puis atteint une vitesse de rotation nominale. Lorsqu'on arrête le moteur, le signal d'arrêt est délivré sous l'effet de l'enfoncement du bouton-poussoir d'ar- rêt 13. Lors de la réception du signal d'arrêt, la minuterie compte l'intervalle de temps qui s'est écoulé après l'ar- rêt du moteur 4 et délivre un signal de l'intervalle de temps compté. Lorsque le bâtiment est en plongée, la pression de l'eau de mer est détectée par le détecteur de pression 14. Lors de l'arrêt du moteur 4, la température de l'huile 51 ren- fermée de façon étanche à l'intérieur du moteur diminue gra- duellement après l'arrêt du moteur, à partir de la tempéra- ture élevée maintenue pendant le temps de fonctionnement du moteur. La température de l'eau de mer diminue lorsque la pro- fondeur augmente jusqu'à B (centaines de mètres), C (environ une centaine de mètres) et D (plusieurs milliers de mètres), comme cela est représenté sur la figure 3 par exemple, et la vitesse de diminution de la température s'accélère lorsque la profondeur d'immersion augmente. Etant donné que la pres- sion exercée par l'eau de mer est proportionnelle à la pro- fondeur, la pression de l'eau de mer est détectée de ce fait. L'unité arithmétique 16 comporte un micro-ordina- teur, et une formule de calcul correspondant à la courbe de diminution de la température de l'huile en fonction de la pres- sion exercée par l'eau de mer, telle que représentée sur la figure 3, est incorporée dans la mémoire de micro-ordinateur o10 de manière à permettre le calcul de l'intervalle de temps pen- dant lequel la diminution de la température de l'huile se pro- duit depuis la température en fonctionnement jusqu'à une tem- pérature K spécifiée. En désignant par D la profondeur et par T l'intervalle de temps qui s'est écoulé après l'arrêt du mo- teur jusqu'à ce que la température K soit atteinte, lorsque le bâtiment descend sous l'eau, on détecte tout d'abord la pression de l'eau de mer, pu sl'unité arithmétique 16 reçoit une valeur de la pression et calcule l'intervalle de temps T, de manière à délivrer le signal de temps T. Lorsque l'intervalle de temps, qui s'est écoulé après l'arrêt du moteur et a été compté par la minuterie 15, coincide avec l'intervalle de temps T, un signal est délivré par le circuit comparateur 17. A la récep- tion de ce signal, le circuit de discrimination de signaux 18 délivre le signal de mode de chauffage correspondant à la pression de l'eau de mer détectée par le capteur de pression 14. Ensuite, lors de la réception du signal de mode de chauffage, le circuit de commande de l'alimentation en éner- gie 19 envoie le signal d'excitation à l'électrode de comman- de du transistor 23 uniquement pendant un intervalle de temps correspondant à l'intensité du signal de mode de chauffage. Il en résulte qu'une tension correspondant à la pression de l'eau de mer et inférieure à la tension nominale est appli- quée à l'enroulement primaire 11, à partir du transistor 23, et que l'huile 51 est chauffée par suite de l'échauffement de l'enroulement de sorte qu'elle est maintenue à une tempéra- ture requise, dans un état prêt pour l'opération suivante. La tension appliquée augmente lorsque la profondeur d'immersion augmente (pression de l'eau de mer), ce qui maintient la tem- pérature de l'huile à une valeur approximativement constante. En ce sens une intensité appropriée du mode de chauffage cor- respondant à la pression de l'eau de mer est sélectionnée dans le circuit de discrimination de signaux 18. Lorsque le signal de fonctionnement est délivré par suite de l'enfoncement du bouton 12, la minuterie 15 an- nule l'opération de comptage du temps, et le circuit de dis- crimination de signaux 18 délivre le signal de mode de fonc- tionnement, de sorte que la tension délivrée par le circuit d'alimentation en énergie à l'enroulement primaire 11 est com- mutée de la basse tension à la tension nominale. Dans cette forme de réalisation, la tension appli- quée à l'enroulement au moment de l'arrêt du moteur n'est pas supérieure à une valeur comprise entre un quinzième (1/15) et un vingtième (1/20) de la tension nominale, et aucun cou- ple n'est produit pour entraîner en rotation le moteur. De cette manière, conformément à l'invention, lors- que le moteur ne fonctionne pas, une tension spécifiée infé- rieure à celle présente pendant le fonctionnement du moteur est envoyée à un enroulement primaire de ce dernier au moment o l'intervalle de temps, qui s'est écoulé après l'arrêt du moteur, atteint la valeur correspondant à la pression exercée par l'eau de mer à grande profondeur et calculée par l'unité arithmétique, ce qui déclenche le chauffage de l'huile renfer- mée de façon étanche dans le moteur. Par conséquent, lorsque la température de l'huile tombe à une valeur prédéterminée en raison d'une pression élevée et d'une basse température par suite de l'immersion du bâtiment àunegrandeprofondeur, l'huile est chauffée au point que sa résistance visqueuse est réduite. Par conséquent le couple au démarrage, lors du démar- rage du moteur, est maintenu entre certaines limites, ce que entraîne une amélioration des conditions de fonctionnement. En outre, étant donné qu'une énergie est envoyée de manière à réaliser le chauffage après l'écoulement d'un intervalle de temps prédéterminé & partir de l'arrêt du moteur, on ob- tient un avantage supplémentaire consistant à supprimer une opération inutile telle que l'envoi d'une énergie de chauffa- ge aussitôt après l'arrêt du moteur, ce qui aboutit éventuel- lement à une économie d'énergie. Les spécialistes de la technique comprendront en outre que la description qui précède a trait à une forme de réalisation préférée du dispositif décrit et que l'on peut y apporter différents changements et modifications sans sor- tir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande servant à commander un moteur électrique (4) installé dans un bâtiment immergé dans la mer, à une grande profondeur et dont l'intérieur est rem- pli par une huile (51), renfermée de façon étanche dans ce mo- teur et dont la pression intérieure varie en fonction de la pression de l'eau de mer à grande profondeur, caractérisé en ce qu'il comporte: - un circuit d'alimentation en énergie (20) qui délivre une énergie variable à un enroulement primaire (11) dudit moteur; - un capteur de pression (14) qui détecte une pres- sion exercée par l'eau de mer lorsque ledit bâtiment est im- mergé dans l'eau; - une minuterie (15) servant à compter l'interval- le de temps qui s'est écoulé après l'arrêt dudit moteur; - une unité arithmétique (16) qui reçoit un si- gnal de pression délivré par ledit capteur de pression et cal- cule l'intervalle de temps requis pour que la température de l'huile renfermée de façon étanche dans ledit moteur diminue et atteigne une basse température prédéterminée (K) corres- pondant à ladite pression de l'eau de mer lorsque ledit mo- teur placé en eau profonde ne fonctionne pas; - un circuit comparateur (17) qui compare l'inter- valle de temps calculé par ladite unité arithmétique (16) et l'intervalle de temps compté par ladite minuterie (15) et dé- livre un signal lorsque ces deux intervalles de temps sont identiques; un circuit de discrimination de signaux (18) qui délivre un signal de mode de chauffage correspondant à ladite pression exercée par l'eau de mer, lors de la réception du signal de sortie délivré par ledit circuit comparateur (17), et un signal de mode de fonctionnement, lors de la réception d'un signal de fonctionnement délivré par ledit moteur (4); et un circuit de commande d'alimentation en énergie (19) qui commande ledit circuit d'alimentation en énergie (20) lors de la réception de chaque signal de mode de la part du circuit de discrimination de signaux, et commande le circuit d'alimentation en énergie pour qu'il délivre une énergie né- cessaire pour le fonctionnement dudit moteur audit enroule- ment primaire (11) de ce dernier, lorsque le signal de mode de fonctionnement est délivré comme signal de mode, et pour qu'il délivre en outre une énergie spécifiée, dont la-valeur est inférieure à celle obtenue pendant le fonctionnement du- dit moteur. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite minuterie (15) compte l'inter- valle de temps qui s'est écoulé après l'arrêt dudit moteur (4) et ramène à zéro ledit intervalle de temps écoulé, lors de la réception du signal de fonctionnement. 3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de discrimination (18) sélectionne un signal de mode de chauffage plus intense lors- que la pression exercée par l'eau de mer et détectée par le- dit capteur de pression (14) augmente. 4. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de discrimination de signaux (18) délivre le signal de mode de chauffage, à la con- dition que le signal d'arrêt du moteur soit envoyé audit cir- cuit. 5. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit d'alimentation en éner- gie (20) est un inverseur auquel un signal d'excitation est envoyé par ledit circuit de commande d'alimentation en éner- gie (19), en fonction de l'intensité du signal de mode déli- vré par ledit circuit de discrimination de signaux (18), le- dit circuit d'alimentation en énergie (20) appliquant une ten- sion, qui est inférieure à une tension nominale et ne produit aucun couple, à l'enroulement primaire (11) du moteur lorsque le mode de chauffage est sélectionné.