Brevet FR2731077A1 — publié le 19960830

Dispositif de mesure des paramètres d'un réseau trichas*. Le problème que se propose de résoudre l'invention, est de mesurer tous les paramètres d'un réseau triphasé, notamment la tension1 le courant, le déphasage et la fréquence, en ayant pour objectif de calculer des grandeurs physiques caractéristiques, telles que la puissance active, I'énergie, le couple électrique, les courants actif et réactif... Actuellement, pour mesurer la puissance d'un réseau triphasé, on utilise très souvent la méthode des deux wattmètres. Cette méthode n'est cependant pas suffisament précise dans certains types d'installations et s'avère notamment mal adaptée pour mesurer le déphasage. En effet, dans le cas de certaines machines outils, la tension et l'intensité demeurent sensiblement constantes, alors que c'est le déphasage qui varie. Par exemple, pour un moteur asynchrone standard, on a, à vide, une tension d'environ 370 volts et un courant égal très sensiblement à 70 % du courant nominal. Dans ce cas, on va être totalement déphasé avec, par exemple, un cosq > de 0,2. Avec cette méthode, les différents paramètres du réseau sont mesurés d'une manière globale. Or, il s'est avéré important de pouvoir mesurer ces différents paramètres, d'une manière indépendante. Dans ces conditions, le problème que se propose de résoudre l'invention, est de pouvoir mesurer d'une manière indépendante, la tension efficace, le courant efficace, le déphasage et la fréquence du réseau, pour calculer en conséquence, la formule que l'on veut, en combinaison avec un logiciel, ou autre, approprié. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, dans le cas de réseaux triphasés et déformés que l'on rencontre souvent, après les onduleurs, les variateurs, les convertisseurs de fréquence... Pour résoudre un tel problème il a été conçu et mis au point un dispositif de mesure des paramètres d'un réseau triphasé, qui comprend: - des moyens aptes à mesurer le courant sur au moins une des phases du réseau, - des moyens aptes à mesurer des tensions composées pour recréer un neutre artificiel afin d'obtenir les trois tensions simples Avantageusement, dans le cas d'un convertisseur de fréquence, à la sortie duquel la tension n'est pas sinusoïdale et, pour résoudre le problème posé d'obtenir la sinusoïde fondamentale, le dispositif comprend des moyens de filtrage du courant simple et des tensions simples aptes à mesurer le déphasage angulaire entre lesdits courant et tension. Le dispositif tel que décrit est relié à une centrale de visualisation et de calcul des différents paramètres mesurés par les moyens. La liaison avec la centrale est du type filaire simple ou filaire différentielle. Pour résoudre le problème posé de mesurer le courant sur au moins une des phases du réseau à contrôler, on peut utiliser soit un transformateur d'intensité, soit des éléments électroniques du type capteur à effet Hall. Pour résoudre le problème posé de mesurer les tensions composées, en ayant pour objectif de recréer un neutre artificiel, on utilise avantageusement un transformateur dont le primaire est en triangle, tandis que le secondaire est en étoile. On peut utilisé également un pont de résistances. Pour résoudre le problème posé d'obtenir la sinusoïde fondamentale, les moyens de filtrage sont conformés pour rechercher la fréquence fondamentale du réseau, notamment par la méthode de Fourrier ou par un filtrage auto-adaptatif, pour reconstituer les sinusoïdes de base. L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention. La figure 2 montre, par une vue à caractère purement schématique, la liaison entre le dispositif de mesure et un moyen de calcul. On a illustré à la figure 1, un réseau triphasé dont les trois phases (U) (U) (W) alimentent un moteur (M) par exemple. Le dispositif selon l'invention, est désigné dans son ensemble par (D). Le dispositif comprend des moyens aptes à mesurer le courant sur au moins une des phases du réseau. Par exemple, ces moyens sont constitués par un transformateur d'intensité (1), branché en série, sur la phase (U). On n'exclut pas d'autres moyens, tel que par exemple, une sonde à effet Hall. Le dispositif comprend également des moyens aptes à mesurer les tensions composées pour recréer un neutre artificiel, afin d'obtenir les trois tensions simples. Par exemple, ces moyens sont constitués par un transformateur (2), dont le primaire, directement branché sur les phases (U) (V) (W), est couplé en triangle, tandis que le secondaire, est couplé en étoile. Là encore, d'autres moyens peuvent etre prévus pour recréer ce neutre artificiel. On peut utiliser par exemple, un pont de résistances. Avantageusement, les moyens du dispositif tels que décrits cidessus, sont combinés avec des moyens de filtrage du courant simple et des tensions simples, afin de mesurer le déphasage angulaire. Ces dispositions s'avèrent nécessaires dans le cas d'un convertisseur de fréquence notamment, et plus généralement lorsqu'il est nécessaire de rechercher la fréquence fondamentale du réseau triphasé et de reconstituer les sinusoïdes de base. Ce filtrage peut s'effectuer par la méthode de Fourrier ou en utilisant un filtrage auto-adaptatif, le but recherché étant, comme indiqué, de recréer la fréquence fondamentale. Par exemple, comme le montre la figure 1, à la sortie du transformateur d'intensité (1) et du transformateur de tension (2), sont branchés des filtres (3), montés en combinaison avec des convertisseurs RMS (4), pour obtenir les valeurs efficaces de la tension et de l'intensité. On peut utiliser également un convertisseur analogique digital, en combinaison avec un micro-processeur ou DSP. Avantageusement, le dispositif, qui constitue un capteur de mesures, est relié à une centrale de visualisation et de calcul (C) des différents paramètres. Cette liaison (L) peut être filaire simple ou filaire différentielle. La transmission des données peut être du type modulation de fréquence. Selon l'invention, étant donné que l'on émet séparément la tension efficace, I'intensité efficace et le déphasage, et non pas directement la puissance, il est possible d'avoir une plus grande résolution et une plus grande précision. Le calcul des grandeurs caractéristiques du réseau est effectué numériquement et en temps réel, en appliquant les formules générales de l'électro-technique: Puissance active: Pa = Ueff. leff .#3.cos# Energie: Courant réactif: Ir = leff.sin Couple électrique: Ce = Pa/ 2#F Le dispositif de mesure trouve de nombreuses applications notamment pour le contrôle de l'usure d'un outil d'une machine-outil à moteur asynchrone. Le dispositif peut être installé sur des moteurs triphasés d'une puissance variant de 1 kw à 100 kw. Dans ce cas, le dispositif présente un pupitre sur lequel sont affichées les puissances et les énergies et les touches de programmations. Le dispositif est équipé d'une liaison série pour le dialogue avec un ordinateur, permettant de sauvegarder et de recharger diverses courbes de puissances et d'énergie. Le dispositif est branché en série sur l'alimentation du moteur d'entrainement de la broche et est relié au pupitre par un chable de liaison. Dans ces conditions, le dispositif permet de mesurer: - la tension simple au moyen du transformateur triphasé (2), - I'intensité du courant par le transformateur (1), - le déphasage entre la tension et le courant simple, - la fréquence du réseau. Les mesures ainsi effectuées sont transmises numériquement et en temps réel, au boitier principal (C), lequel est conformé pour effectuer toutes les conversions et opérations nécessaires au calcul de la puissance active. Lors d'un cycle d'apprentissage, le dispositif mémorise par exemple, toutes les 250 millièmes de secondes, la puissance instantannée. Pendant les cycles de travail, le dispositif mesure et calcule, en temps réel, la puissance de l'énergie et les compare à celles absorbées lors de l'apprentissage. Si la puissance ou l'énergie absorbée en cycle de travail est supérieure à la puissance ou à l'énergie mémorisée lors de l'apprentissage majorée d'un coefficient programmé, cela signifie que le dispositif détecte une usure ou une casse d'outil. II active alors des sorties relais correspondant aux seuils d'usure ou de casse programmés par l'opérateur. Lors du contrôle de la puissance, le dispositif déclenche la procédure d'arrêt d'usinage au bout de 2 mesures successives en dehors de la fenêtre programmée. Ces deux mesures de puissance à 250 millièmes de seconde d'intervalle dans l'exemple illustré, correspondent en réalité à deux moyennes arithmétriques établies sur 15 mesures effectuées toutes les 16 millièmes de seconde. Le dispositif selon l'invention, trouve également d'autres applications. On peut citer par exemple: - la surveillance des caractéristiques d'un moteur pour prévenir un disfonctionnement quelconque, - réaliser un asservissement sur une des caractéristiques d'un moteur, permettant de maintenir le courant réactif constant, pour avoir un couple optimisé, - réaliser un asservissement entre plusieurs moteurs couplés mécaniquement entre eux, en ayant un équilibrage parfait, pour qu'il délivre une puissance identique. Les avantages ressortent bien de la description. REVENDICATIONS -1- Dispositif de mesure des paramètres d'un réseau triphasé, caractérisé en ce qu'il comprend. - des moyens (1) aptes à mesurer le courant sur au moins une des phases (U) du réseau (U) (V) (W), - des moyens (2) aptes à mesurer des tensions composées pour recréer un neutre artificiel afin d'obtenir les trois tensions simples. -2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de filtrage (3) (4) du courant simple et des tensions simples aptes à mesurer le déphasage angulaire entre lesdits courant et tension. -3- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est relié à une centrale de visualisation et de calcul (C) des différents paramètres mesurés par les moyens (1) (2) ((3) (4). -4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison avec la centrale (C) est du type filaire simple ou différentielle. -5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (1) aptes à mesurer le courant sont constitués par un transformateur d'intensité. -6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (1) aptes à mesurer le courant sont constitués par des éléments électroniques du type capteur à effet Hall. -7- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (2) aptes à mesurer la tension composée sont constitués par un transformateur dont le primaire est couplé en triangle, tandis que le secondaire est couplé en étoile. -8- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (2) aptes à mesurer la tension composée sont constitués par un pont de résistances. -G Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (3) (4) sont conformés pour rechercher la fréquence fondamentale du réseau, notamment par la méthode de Fourrier ou par un filtrage autoadaptatif, pour reconstituer les sinusoïdes de base. -10- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la transmission des données avec la centrale (C) est du type modulation de fréquence.