Brevet FR2634254A1 — publié le 19900119

"Procédé pour commander un compresseur et dispositif de commande." L'invention concerne un procédé pour commander un compresseur, procédé dans lequel lorsque le besoin en air comprimé varie, le moteur d'entraînement, après que la pression maximale ait été atteinte dans le réseau d'air comprimé, est mis hors circuit (fonctionnement intermittent) ou bien le compresseur est branché en marche à vide (fonctionnement ininterrompu). L'invention concerne, en outre, un dispositif de commande du compresseur. Lorsqu'un compresseur débite plus d'air comprimé qu'il n'en est consommé à ce moment, la pression monte dans le réseau jusqu'a' un maximum. Le compresseur est alors mis en fonctionnement intermittent, jusqu'à ce que, après que la pression dans le réseau se soit abaissée à une valeur minimale, un nouveau démarrage du compresseur soit nécessaire. Comme la fréquence de commutation du moteur électrique est limitée, pour éviter un accroissement de la température par suite de commutations trop fer quentes, le compresseur est mis en fonctionnement en marche à vide (fonctionnement ininterrompu) dans lequel il continue à tourner sans charge, et sans débiter d'air, et en prenant toutefois toujours environ un quart de la puissance à pleine charge. Pour avoir un fonctionnement économique du compresseur lors de fluctuations de charges, on utilise des commandes qui en fonction de la chute de pression à attendre et de la fréquence de commutation prédéfinie par le fabricant du moteur d'entraînement, décide entre le fonctionnement intermittent et le fonctionnement ininterrompu. Il est également connu, de choisir automatiquement, par l'intermédiaire de dispositifs de réglage, le mode de fonctionnement chaque fois le plus favorable pour un compresseur, c'est-a-dire le fonctionnement intermittent ou le fonctionnement ininterrompu, en fonction de la consommation d'air pendant l'état de fonctionnement intermittent appelé période de débit. Dans ce cas, la durée d'une période de débit est explorée avec un relais temporisé. Si la pression maximale est atteinte à l'intérieur du temps ainsi réglé, le compresseur s'arrête. Mais si la pression maximale n'est atteinte qu'après le déroulement du temps ainsi réglé, ceci correspond à une consommation d'air relativement élevée, de sorte que le compresseur est alors commuté sur le fonctionnement ininterrompu. Le clapet d'étranglement de l'aspiration est alors fermé et l'installation est délestée en pression. Le choix entre les deux types de fonctionnement dépend, comme précédemment mentionné, de la fréquence de commutation admissible pour le moteur d'entraînement, cette fréquence pouvant être par exemple de quatre à six commutations par heures. Les commandes, selon l'état de la technique, présentent l'inconvénient, que dans leur cas les températures actuelles effectives du moteur ne sont pas enregistrées et exploitées, de sorte que le compresseur fonctionne forcément plus fréquemment en fonc tionnement à vide que cela serait nécessaire, du fait des conditions effectives. Notamment, dans le cas de compresseurs de grande puissance, ce fonctionnement fréquent en marche à vide prescrit par les commandes de compresseurs, selon l'état de la technique, impie que toujours une dépense importante d'énergie coûteuse. Le but de l'invention est en conséquence de créer un procédé pour commander un compresseur et de créer un dispositif de commande correspondant, qui permette, indépendamment de la fréquence de commutation du moteur permise par le constructeur de celuici, de déterminer la température actuelle du moteur d'entraînement du compresseur en tant que critère pour le choix entre le fonctionnement intermittent et le fonctionnement ininterrompu du compresseur. Ce but est atteint, grâce à un procédé de commande et à un dispositif de commande, tels qu'ils sont consignés dans les revendications. En conséquence, la particularité essentielle de l'invention réside en ce que la température régnant effectivement dans le moteur d'entraînement du compresseur est relevée, à partir de quoi il est décidé si le compresseur peut être mis hors circuit pour une consommation d'air comprimé réduite sans courir le risque que la température autorisée pour le moteur soit dépassée lors d'un réenclenchement de courte durée, du fait d'un besoin d'air comprimé accru. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que - la pression dans le réseau d'air comprimé et la température du moteur d'entraînement sont mesurées, de préférence par une méthode de mesure indirecte, notamment dans la partie du moteur critique en température, et sont soumises à une exploitation, et lorsque est atteinte la pression maximale dans le réseau, le moteur d'entraînement du compresseur est arrêté lorsque cette exploitation indique que l'élévation de température th + tu intervenant lors de déclenchement ou de réenclenchement de courte durée du moteur d'entraînement du compresseur, est inférieure à trnax - pour un besoin variable d'air comprimé, le moteur d'entraînement, après que la pression maximale dans le réseau d'air comprimé ait atteinte, est arrêté (fonctionnement intermittent) ou bien le compresseur est commuté en marche à vide (fonctionnement ininterrompu), procédé caractérisé en ce que la pression dans le réseau d'air comprimé et la température du moteur d'entraînement, sont mesurées, de préférence par une méthode de mesure indirecte, notamment dans la partie du moteur critique en température, et sont soumises à une exploitation, tandis que lorsque la pression maximale dans le réseau est atteinte, le compresseur est commuté en marche à vide lorsque cette exploitation indique que l'élévation de température th +tu survenant lors de l'enclenchement et du réenclenchement de courte durée du moteur d'entraînement du compresseur, est supérieure à tx et que le moteur d'entraînement du compresseur n'est alors arrêté que lorsque la température du moteur s'est abaissée dans une mesure telle qu'après des redémarrages de courte durée, la température maximale admissible tx du moteur, n'est pas atteinte. - la pression dans le réseau d'air comprimé et la température du moteur d'entraînement, sont mesurées de préférence par une méthode de mesure indirecte, notamment dans la partie du moteur critique en température, et sont soumises à une exploitation, et que, lorsque la pression maximale est atteinte dans le réseau, le compresseur est tout d'abord commuté en marche à vide, simultanément la tendance à une chute de pression est détectée, et à partir de là, l'instant Tmin, auquel est atteint le point inférieur de commutation de la pression p,i, est atteint, est calculé et, qu'en outre, simultanément, la tendance à une chute de la température du moteur est détectée et la température du moteur tu à attendre à l'instant Tmin est calculée et à partir des résultats de l'exploitation, est dérivée la décision en ce qui concerne le fonctionnement ininterrompu ou bien le fonctionnement intermittent. Le procédé conforme à l'invention permet une adaptation optimale de l'exploitation du compresseur à la consommation d'air comprimé, une réduction de la contribution de la puissance installée pour une quantité de débit d'air réduite, un abaissement des coûts en fluide de refroidissement et une protection sure contre la surcharge pour le moteur électrique d'entraînement, du fait qu'en faisant appel aux critères température du moteur, dans le cas du procédé conforme à l'invention, la fréquence d'enclenchement autorisée, prédéfinie par le fabricant du moteur, n'est jamais dépassée, même pour une consommation d'air comprimé présentant de fortes fluctuations, et que les périodes de marche à vide du compresseur sont minimisées. Lors de la mesure de la température du mo teur; on utilise, de préférence, une méthode indirecte de mesure du courant, par exemple en utilisant un relais de protection électronique du moteur. Cette mé- thode est basée sur le fait que dans un moteur lté- chauffement résulte de l'énergie convertie en perte dans le moteur. Dans ce cas, l'échauffement est dépendant des masses de cuivre et de fer, des pertes dans le cuivre et dans le fer, de différentes capacités thermiques et résistances thermiques, des conditions de refroidissement pour différents types d'exploitation et des courants d'alimentation. Comme dans un moteur d'un type de construction connu, les grandeurs conditionnées par ce type de construction sont connues, on peut par calcul, ou bien par des essais, déterminer l'échauffement du moteur en fonction du courant. La mesure du courant est possible par des moyens simples sur le câble d'alimentation. Pour l'exploitation typique pour le moteur de cette mesure, des appareils de mesure appropriés sont connus. La méthode de mesure indirecte du courant est susceptible d'être mise en oeuvre de façon techniquement simple avec les appareils actuellement disponibles. Mais au cours de la poursuite du développement de la technique de mesure considérée, l'application de la mesure directe, qui a déjà été éprouvée à titre d'essai, est apparue réalisable comme une variante fiable. Comme dans le procédé de commande conforme à l'invention, on part de la mesure de la température interne actuelle du moteur d'entraînement, il peut être également avantageux dans ce contexte, de rendre le refroidissement du moteur indépendant de l'entraînement motorisé du compresseur, et par exemple, de ne brancher le refroidissement du moteur, qu'en cas de besoin. Ceci procure une économie de puissance. Par ailleurs, on peut procéder de façon que le refroidissement du moteur après la déconnexion de l'entraînement du compresseur, continue encore pendant un certain temps, pour abaisser le niveau de la température et pour permettre, de cette façon, des connexions supplémentaires de l'entraînement du compresseur.Comme le fonctionnement en marche à vide dans le cas du com presseur, nécessite toujours environ 50 % de la puissance à pleine charge, tandis que le ventilateur d'air de refroidissement seul ne nécessite qu'un faible pourcentage de la puissance du compresseur, cette fa çon de procéder est avantageuse du point de vue énergénique Même si cette séparation était en principe possible dans le cas d'un procédé connu de commande de compresseurs, l'effet n'vaudrait toutefois pas. pu être utilisé car, dans le cas du procédé connu, il est uniquement fait appel comme critère d'arrêt pour le compresseur, à la grandeur prédéfinie "fréquence de commutation autorisée du moteur d'entraînement". Suivant une autre caractéristique de l'invention, le refroidissement du moteur d'entraînement du compresseur reste encore maintenu après l'arrêt du moteur d'entraînement, jusqu'à ce que la température du moteur d'entraînement se soit abaissée à une valeur à fixer. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le refroidissement du moteur d'entraînement du compresseur est enclenché ou bien déclenché indépendamment du fonctionnement du moteur d'entraînement, mais toutefois en fonction de la température mesurée du moteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu des appareils pour détecter la température du moteur d'entraînement du compresseur et la pression du réseau, les signaux de ces appareils étant introduits pour traitement dans un microproces seu= en tenant compte des valeurs limites programmées par un terminal d'introduction et de logiques de décisions, le microprocesseur délivrant les valeurs ainsi traitées sous forme d'ordres à la commande du compresseur, qui, par l'intermédiaire de commutateurs, commu te la régulation de marche en charge et de marche à vide, le moteur d'entraînement du compresseur et éventuellement, le moteur du ventilateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, simultanément, par l'intermédiaire du terminal d'introduction, des informations complémentaires en ce qui concerne l'état de fonctionnement du compresseur, notamment sur sa marche en charge ou à ;ide ou bien sur son état d'arrêt, sont introduites dans le nicroprocesseur, ce microprocesseur mémorisant à titre de valeur de référence les corrélations entre les états de fonctionnement et une allure de l'élévation de température du moteur dans des conditions de consigne, et répartissant, par l'intermédiaire de la commande du compresseur, des ordres appropriés pour la commutation. Le procédé de commande et le dispositif de commande conformes à l'invention, vont être exposés plus en détail ci-après à l'aide des dessins cijoints, dans lesquels - la figure 1 est un diagramme de la température en fonction du temps en relation avec les revendications 1 et 2, - la figure 2 est un diagramme de la pression en fonction du temps en relation avec la revendication 3, - la figure 3 est un diagramme de la température en fonction du temps en relation avec la revendication 3, - la figure 4 est un schéma par blocs du dispositif de commande. Le diagramme de la figure 1 concerne les revendications 1 et 2. - La température du moteur d'entraînement est portée en ordonnées et le temps T est porté en abscisses. En partant de la température tN de l'équili- bre thermique dans le fonctionnement en charge, la pression Pmax dans le réseau d'air comprimé est obtenue en 1. Lorsqu'on part de la valeur instantanée de la température tui, la température du moteur s'élèverait certes de la quantité th lors d'un nouveau démarrage de courte durée de l'entraînement du compresseur, mais tma n'est pas encore atteinte. Le moteur d'entraînement peut donc être arrêté. 2 indique l'état dans lequel la pression P= est atteinte dans le réseau, mais la température du moteur, du fait des enclenchements précédents de ce moteur, croîtrait à partir de la valeur élevée tU2 d'une quantité th et ainsi la température maximale admissible tx du moteur serait dépassée. Dans ce cas, l'entraînement du compresseur n'est pas déconnecté, mais continue à tourner en marche à vide jusqu'à ce que t. + th soit inférieur à tmax. Sur la figure 2, la pression dans le réseau à court terme est portée en ordonnées et le temps est porté en abscisses. Cette figure et la figure 3 illustrent le procédé de commande selon la revendication 3. A 3 la pression maximale dans le réseau Pwax est atteinte et à partir de la tendance à une chute de pression qui s'en suit de 3 à 4, on calcule à quel instant Tmin 5 le point de commutation inférieur Pin est atteint. Sur la figure 3, la température du moteur est portée en ordonnées et le temps est porté en abscisses. A partir des niveaux de températures en 6 et 7 et la tendance à une chute de température, la température tu 8 à l'instant T=in est calculée I1 résulte de 9 où tu + th (th = accroissement de température lors de l'accélération du moteur) est inférieure à t==, que le moteur d'entraînement peut être arrêté parce que la température maximale n'est pas atteinte. Si, par contre, t.= + th était supérieur à t=, le compresseur, conformément à la revendication 3 du procédé de commande, continuerait à tourner en marche à vide (fonctionnement ininterrompu). La figure 47 montre, à l'aide d'un schéma par blocs, sous une forme simplifiée, la constitution du dispositif de commande selon les revendications 6 et 7. Les deux blocs médians de la rangée supérieure 10, 11 symbolisent pour le cas le plus simple de la commande (revendication 6) les appareils permettant d'enregistrer en permanence la température 10 du moteur et la pression 11 dans le réseau. Les signaux partant de ces appareils sont introduits dans le microprocesseur 14 dans lequel sont également introduits, par un terminal d'introduction 13, c'est-à-dire par exemple un appareil de programmation, les valeurs limites à respecter pour la température et la pression et les logiques de décision (programme de calcul). Le microprocesseur 14 traite les valeurs de mesure de 10 et dé 11 conformément aux prescriptions du terminal d'introduction 13-et donne les ordres qui en résultent à la commande 15 du compresseur. La commande du compresseur commute par l'intermédiaire d'appareils de commutation (non représentés), la régulation en charge et en marche à vide 16, le moteur d'entraînement du compresseur 17 et/ou le moteur du ventilateur d'air de refroidissement 18. Dans le dispositif de commande plus complexe (revendication 7), en supplément aux signaux de température du moteur 10 et de pression dans le réseau 11, des signaux 12 sur l'état de fonctionnement du com presseur, notamment sur la marche à vide ou bien à l'arrêt de l'installation de compression, sont introduits dans le microprocesseur 14. Le programme correspondant est introduit par l'intermédiaire du terminal d'introduction -13. Le microprocesseur observe les corrélations entre les états de fonctionnement du compresseur et les évolutions du température du moteur d'entraînement, notamment le comportement dans le temps de l'élévation de température. Le microprocesseur 14 mémorise ce comportement du compresseur se déroulant dans des conditions de consigne, en tant que valeur de référence et dérive à partir de là, les décisions correspondantes pour la commande 15 du compresseur, à savoir des décisions pour la commutation sur le fonctionnement en charge, sur le fonctionnement en marche à vide, sur l'arrêt et/ou sur l'entraînement du ventilateur d'air de refroidissement. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour commander un compresseur, procédé dans lequel, pour un besoin variable en air comprimé, le moteur d'entraînement est arrêté après qu'ait été atteinte la pression maximale (p =) dans le réseau d' air comprimé (fonctionnement intermittent) ou bien le compresseur est commuté en marche à vide (fonctionnement ininterrompu), procédé caractérisé en ce que la pression dans le réseau d'air comprimé et la température du moteur d'entraînement sont mesurées, de préférence par une méthode de mesure indirecte, notamment dans la partie du moteur critique en température, et sont soumises à une exploitation, et lorsque est atteinte la pression maximale (p,,) dans le réseau, le moteur d'entraînement du compresseur est arrêté lorsque cette exploitation indique que l'élévation de température th + tu intervenant lors de déclenchement ou de réenclenchement de courte durée du moteur d'entraînement du-compresseur, est inférieure à tmax. 2.- Procédé pour commander un compresseur, procédé dans lequel, pour un besoin variable d'air comprimé, le moteur d'entraînement, après que la pression maximale (pu=) dans le réseau d'air comprimé ait atteinte, est arrêté (fonctionnement intermittent) ou bien le compresseur est commuté en marche à vide {fonctionnement ininterrompu), procédé caractérisé en ce que la pression dans le réseau d'air comprimé et la température du moteur d'entraînement, sont mesurées, de préférence par une méthode de mesure indirecte, notamment dans la partie du moteur critique en température, et sont soumises à une exploitation, tandis que lorsque la pression maximale (p==) dans le réseau est atteinte, le compresseur est commuté en marche à vide lorsque cette exploitation indique que l'élévation de température th +tu survenant lors de l'enclenchement et du réenclenchement de courte durée du moteur d'entraînement du compresseur, est supérieure à tma et que le moteur d'entraînement du compresseur n'est alors arrêté que lorsque la température du moteur s'est abaissée dans une mesure telle qu'après des redémarrages de courte durée, la température maximale admissible tmax du moteur, n'est pas atteinte. 3.- Procédé pour commander un compresseur, procédé dans lequel pour un besoin variable en air comprimé, le moteur d'entraînement, après que la pression maximale (pu=) ait été atteinte dans le réseau d'air comprimé, est arrêté (fonctionnement intermittent) ou bien le compresseur est commuté en marche à vide (fonctionnement ininterrompu), procédé caractérisé en ce que la pression dans le réseau d'air comprimé et la température du moteur d'entraînement, sont mesurées de préférence par une méthode de mesure indirecte, notamment dans la partie du moteur critique en température, et sont soumises à une exploitation, et que, lorsque la pression maximale est atteinte dans le réseau, le compresseur est tout d'abord commuté en marche à vide, simultanément la tendance à une chute de pression est détectée, et à partir de là, l'instant T., auquel est atteint le point inférieur de commutation de la pression pin est atteint, est calculé et, qu'en outre, simultanément, la tendance à une chute de la température du moteur est détectée et la température du moteur tu à attendre à l'instant Tmin est calculée et à partir des résultats de l'exploitation, est dérivée la décision en ce qui concerne le fonctionnement ininterrompu (th + tu supérieur à tm=) ou bien le fonctionnement intermittent (th + tu inférieur à t,,). 4.- Procédé pour commander un compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca ractérisé en ce que le refroidissement du moteur d'entraînement du compresseur reste encore maintenu après l'arrêt du moteur d'entraînement, jusqu'à ce que la température du moteur d'entraînement se soit abaissée à une valeur à fixer. 5.- Procédé pour commander un compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidissement du moteur d'entraînement du compresseur est enclenché ou bien déclenché indépendamment du fonctionnement du moteur d'entraînement, mais toutefois en fonction de la température mesurée du moteur. 6.- Dispositif de commande de compresseur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu des appareils (10, 11) pour détecter la température du moteur d'entraînement du compresseur et la pression du réseau, les signaux de ces appareils étant introduits pour traitement dans un microprocesseur (14) en tenant compte des valeurs limites programmées par un terminal d'introduction (13) et de logiques de décisions, le microprocesseur (14) délivrant les valeurs ainsi traitées sous forme d'ordres à la commande (15) du compresseur, qui, par l'intermédiaire de commutateurs, commute la régulation de marche en charge et de marche à vide (16), le moteur d'entraînement du compresseur (17) et éventuellement, le moteur du ventilateur (18). 7.- Dispositif de commande de compresseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que, simultanément, par l'intermédiaire du terminal d'introduction (13), des informations complémentaires (12) en ce qui concerne l'état de fonctionnement du compresseur, notamment sur sa marche en charge ou à vide ou bien sur son état d'arrêt, sont introduites dans le microprocesseur (14),- ce microprocesseur (14) mémorisant à titre de valeur de référence les corrélations entre les états de fonctionnement et une allure de l'élévation de température du moteur dans des conditions de consigne, et répartissant, par l'intermédiaire de la commande (15) du compresseur, des ordres appropriés pour la commutation (16, 17, 18).