Brevet FR2736772A1 — publié le 19970117

"Procédés, dispositif d'élaboration de haute tension et installation de projection électrostatique de produit de revêtement" L'invention concerne des procédés et un dispositif d'élaboration de haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, en particulier dans une installation de projection d'un tel produit liquide ou pulvérulent. Elle concerne aussi une installation de projection électrostatique de produit de revêtement comprenant un tel dispositif. Dans de telles installations, qui peuvent être manuelles ou automatiques, une ou plusieurs électrodes portées à la haute tension doivent être alimentées électriquement pour créer un champ électrostatique entre le pulvérisateur et l'objet à revêtir. La tension fournie à une électrode est de l'ordre de plusieurs dizaines de kilovolts (kv). Pour alimenter une électrode à partir du secteur ou de toute autre source de tension classique telle qu'une batterie d'accumulateurs, il est donc nécessaire d'augmenter sensiblement la tension disponible. Le courant est généralement limité à quelques milliampères pour raison de sécurité et pour limiter la puissance électrique consommée par l'électrode, cette puissance devant être partiellement dissipée sous forme de chaleur dans le dispositif. L'électrode est le plus souvent alimentée par deux sous-systèmes, l'un situé à poste fixe à proximité de l'installation et habituellement dénommé "unité basse tension", l'autre situé au contact du pulvérisateur et qui sera ici dénommé "redresseur-élévateur de tension". Les deux unités sont connectées entre elles par un toron de câbles conducteurs. La haute tension d'utilisation de l'installation doit varier, en cours de fonctionnement de l'installation, en fonction de la géométrie de la surface à revêtir, du débit de produit de revêtement, des positions relatives des objets à revêtir et des projecteurs de produit, etc... L'opérateur d'une installation de revêtement peut faire varier manuellement ou programmer la valeur de la haute tension fournie à l'électrode en agissant, par exemple, sur la tension d'alimentation de l'unité basse tension. Une mesure de la valeur de la haute tension obtenue permet un fonctionnement en boucle fermée et la tension d'alimentation est ajustée en fonction de la valeur mesurée de la haute tension. A haute tension de sortie fixée, on s'efforce d'appliquer au redresseur-élévateur un signal périodique de fréquence proche de sa fréquence de résonance afin d'obtenir cette haute tension avec une tension d'alimentation minimale, ce qui permet d'éviter l'échauffement des composants. Des systèmes incorporant cette caractéristique sont connus de FR-A- 2 618 618 ou de US 5,159,544. Or, les systèmes de l'art antérieur ne sont pas totalement fiables car une erreur dans la mesure de la tension en aval du transformateur peut provenir d'une mauvaise connexion ou de l'introduction d'un corps étranger, tel que de l'eau, de la graisse, du silicone ou de tout autre matériau dans le connecteur ou dans la soudure servant de point de contact entre le conducteur de mesure et la ligne d'alimentation en haute tension d'une électrode de charge. Une telle erreur induit une dérive de la tension d'alimentation de l'unité basse tension qui peut conduire à un point de fonctionnement dangereux pour l'opérateur par risque d'électrocution ou pour l'installation par risque d'incendie. En outre, une erreur sur la mesure de la tension de sortie peut perturber l'algorithme de recherche de la fréquence de résonance. Ainsi, par exemple, la valeur mesurée de haute tension peut être de 70 kv alors que la valeur réelle disponible à l'électrode est de 120 ou 140 kV. Si la valeur de consigne est de 80 kV, l'automate qui pilote l'installation aura tendance à augmenter la tension d'alimentation pour obtenir une tension supérieure. Ce faisant, il risque de dépasser la valeur admissible pour la sécurité de l'installation et de générer une étincelle qui pourra déclencher un incendie ou de détruire les composants de l'unité haute tension par échauffement. L'invention résout ces problèmes. Elle concerne un procédé d'élaboration d'une haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la cohérence d'au moins un paramètre avec une grandeur physique mesurée représentative de ladite haute tension, ledit paramètre étant défini à partir de grandeurs physiques mesurées représentatives de la tension d'alimentation du dispositif d'élaboration de la haute tension. Selon une variante, l'invention concerne un procédé d'élaboration d'une haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la cohérence d'au moins un paramètre avec au moins une grandeur physique mesurée représentative de ladite haute tension, ledit paramètre étant défini à partir d'une la valeur de consigne de ladite haute tension. L'invention consiste aussi en un procédé d'élaboration d'une haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, du type comprenant l'application à l'entrée d'un redresseur- élévateur de tension d'un signal périodique fourni par une unité basse tension, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la cohérence d'au moins un paramètre défini à partir dudit signal ou d'une valeur de consigne avec au moins une grandeur physique mesurée représentative de ladite haute tension. L'invention concerne enfin un dispositif permettant de mettre en oeuvre les procédés de l'invention et plus précisément un dispositif générateur de haute tension, notamment pour alimenter un projecteur électrostatique d'un produit de revêtement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle de la cohérence d'au moins un paramètre définissant ledit signal avec au moins une grandeur physique mesurée représentative de ladite haute tension. Grâce au procédé et au dispositif de l'invention, une erreur de mesure est immédiatement détectée et toute action corrective peut être initiée sans délai, en particulier l'arrêt du fonctionnement de l'installation et/ou le déclenchement d'une alarme. Les dangers d'électrocution ou d'incendie sont alors écartés. La grandeur physique mesurée peut être la tension de sortie du redresseur-élévateur, le courant au secondaire d'un transformateur d'alimentation du redresseur-élévateur ou ces deux valeurs à la fois. Le paramètre définissant le signal périodique peut être sa tension nominale ou son courant nominal, sa fréquence, la tension ou de courant d'alimentation d'un générateur de ce signal, ou une combinaison de ces paramètres. Selon une variante avantageuse de l'invention, un calculateur est utilisé pour comparer la valeur mesurée avec une valeur de référence donnée par une mémoire ou un algorithme de calcul en fonction de la valeur du paramètre choisi. L'écart entre la valeur de référence et la valeur mesurée permet de détecter les erreurs de mesures et le calculateur agit sur un moyen d'inhibition ou une alarme en fonction de cet écart et d'une valeur de seuil fixée pour cet écart. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif d'élaboration de la haute tension pour une installation de projection de produit de revêtement par voie électrostatique conforme à son principe donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif générateur de haute tension conforme à l'invention et - la figure 2 est un schéma de principe d'une variante du dispositif de la figure 1. Dans le circuit de la figure 1, une unité basse tension i est essentiellement constituée par une alimentation stabilisée 2 connectée au secteur et délivrant un courant continu et une tension continue ajustable à un générateur 3 de courant électrique périodique de fréquence f pilotable en fréquence. L'alimentation stabilisée 2 pourrait aussi avoir pour source de courant une batterie d'accumulateurs ou toute autre source de courant. Le signal électrique périodique généré par l'unité basse tension i est un signal de forme constante minimisant les harmoniques de premiers rangs, c'est-à-dire une onde la plus proche possible d'une sinusoïde parfaite. Un filtre 11 permet de lisser partiellement ce signal. L'amplitude de cette onde est variable en fonction de la tension d'alimentation du générateur 3 par l'alimentation stabilisée 1. Bien que la forme du signal évoquée ci- dessus soit particulièrement avantageuse et simple à mettre en oeuvre, tout autre signal périodique permettrait de mettre en oeuvre l'invention, en particulier un signal sinusoïdal. Le signal périodique issu de l'unité basse tension 1 est appliqué à travers un toron 4 de câbles conducteurs souples à l'entrée d'un redresseur- élévateur de tension 5 comprenant un transformateur d'entrée 6 et un multiplicateur de tension 7. La sortie du multiplicateur de tension 7 est connectée à une électrode de charge 8 d'un projecteur électrostatique de produit de revêtement non représenté. L'opérateur peut choisir de faire varier la tension délivrée à l'électrode en fonction des caractéristiques de projection souhaitées ou en fonction de la forme des objets à revêtir. La tension varie aussi en fonction des effluves de haute tension au niveau de l'électrode qui dépendent de son environnement, par exemple de la distance de la masse la plus proche. Conformément à l'invention, un calculateur 10 est connecté d'une part au redresseur-élévateur 5 et reçoit deux signaux représentatifs de la tension (UHT) et du courant (IHT) dans le redresseur. La tension (UHT) est mesurée à travers une résistance de mesure 15. Le calculateur a aussi comme données d'entrée la tension (Ualim) et le courant (Ialj) d'alimentation de l'unité basse tension 1. La tension (Uali) est mesurée à travers une résistance de mesure 16. En fonction de la valeur de la tension (UHT) et du courant (IHT) dans le redresseur-élévateur 5, le calculateur peut déterminer, par accès à une mémoire 12 la valeur de référence de la tension (UHTréf) et du courant (IHTréf) que devrait fournir le redresseur-élévateur 5. La mémoire 12 est représentée à l'extérieur du calculateur 10 mais, en pratique, elle est le plus souvent comprise dans ce calculateur. Le calculateur compare la cohérence d'au moins une valeur mesurée (UHT, IHT) avec au moins une valeur de référence (UHTréf, IHTréf) en déterminant le pourcentage d'écart entre ces valeurs. Si le pourcentage d'écart est inférieur à 20%, le fonctionnement de l'installation est maintenu. Si le pourcentage d'écart entre ces valeurs est supérieur à 20%, le calculateur active une procédure de défaut qui comprend la mise en route d'un moyen d'inhibition 13 du fonctionnement de l'unité basse tension. Dans le cas d'une alimentation stabilisé 2 reliée au secteur, le moyen d'inhibition 13 est un interrupteur. Simultanément à l'activation du moyen d'inhibition ou alternativement, le calculateur peut aussi déclencher une alarme 14 destinée à prévenir l'opérateur. La valeur de seuil de déclenchement est déterminée en fonction des caractéristiques de l'installation. La valeur numérique de 20% est donnée uniquement à titre d'exemple et toute valeur entre 0% et 1000% peut être choisle. La comparaison décrite ci-dessus a lieu en permanence, À une fréquence liée à la rapidité du calculateur 10, de l'ordre de 50 kHz, puisque le calculateur est relié en permanence à l'unité basse tension et au redresseur-élévateur. Compte tenu des régimes transitoires obtenus lors des démarrages de l'alimentation 2 et des forts décalages qui peuvent être engendrés, la vérification de cohérence n'est pas mise en oeuvre pendant une durée déterminée après chaque démarrage. En pratique, cette durée peut être fixée à quelques centaines de millisecondes, voire une seconde. La figure 2 est un schéma d'une variante du dispositif de la figure 1 dans lequel les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références augmentées de 100. La tension (UHT) et le courant (IHT) dans le redresseur- élévateur de tension sont mesurés et transmis au calculateur 110 qui ajuste la valeur de la tension continue délivrée par l'alimentation stabilisée 103 et la valeur de la fréquence f du générateur de courant 103 jusqu'à l'obtention de la valeur de haute tension (Uconsigne) définie par l'opérateur au moyen d'un clavier 112. Ceci constitue une boucle de régulation. D'autre part, la tension (UT) et le courant (IT) dans le toron de câbles 104 sont mesurés et fournis comme données d'entrée au calculateur 110. A partir de la valeur de consigne (Uconsigne) et de lois physiques établies théoriquement et/ou expérimentalement, le calculateur 110 est apte à déterminer les valeurs théoriques (UTcalcul,ITcalcul) que devraient avoir la tension (UT) et le courant (IT) dans le toron de câbles 104. Par exemple, la tension au secondaire du transformateur 106 peut être exprimée en Usecondaire = K1 * UT o K1 est un coefficient numérique dépendant des caractéristiques du transformateur. La chute de tension dans le redresseur-élévateur a la forme: AU = IHT * (2/3N3+1/2N2-1/6N) f*C o f est la fréquence du signal périodique; C est la valeur unitaire de la capacité des condensateurs de la cascade et N est le nombre d'étages doubleurs de tension de la cascade. Ceci peut être noté: AU = K2 * IHT o est K2 un coefficient constant pour un type de cascade donné. La valeur de la tension en sortie du redresseur- élévateur 105 est un multiple de celle au secondaire du transformateur 106, le coefficient multiplicateur étant le gain de la cascade, K3. La haute tension en sortie du redresseur peut être formulée en fonction des autres valeurs selon: UHT = K3 * Usecondaire - AU = K1 * K3 * UT - K2 * IHT Lorsque la valeur de UHT doit être égale à la valeur de consigne Uconsigne, et lorsque IHT est connu, la valeur calculée de UT est obtenue par résolution de l'équation du premier degré ci-dessus, soit: UTcalcul = (Uconsigne + K2 * IHT) / (K1 *K3) La comparaison entre UTcalcul et UT permet de savoir si le générateur fonctionne de façon anormale. On peut procéder comme dans le cas du mode de réalisation de la figure 1 en détectant un dysfonctionnement lorsque l'écart entre la valeur calculée et la valeur mesurée dépasse un pourcentage donné ou un écart donné en volts, par exemple 5 V. De la même manière, la comparaison pourrait porter ITcalcul et IT. Il est à noter que, dans cette variante, l'invention ne fait pas intervenir la mesure de la haute tension obtenue dans l'élévateur de tension 105 puisqu'elle fonctionne indépendamment de la boucle de régulation. Un mauvais contact sur la ligne de mesure de cette grandeur n'influe donc pas sur la sécurité obtenue grâce à l'invention. Selon une autre variante de l'invention non représentée, la fréquence du signal peut aussi être utilisée comme l'un des paramètres définissant le signal périodique. En effet, cette fréquence a une incidence sur la valeur de référence des grandeurs physiques mesurées car elle influe sur le gain du redresseur-élévateur. L'invention peut ne fonctionner qu'en comparant une seule grandeur physique à une seule valeur de référence, la valeur de référence étant déterminée en fonction d'un ou plusieurs paramètres déterminant le signal périodique. En effet, par exemple la tension de sortie dépend à la fois de la tension d'alimentation, du courant d'alimentation et de la fréquence du signal périodique. L'invention a été représentée avec l'unité basse tension 1 séparée du redresseur-élévateur 5 et reliée à celui-ci par un toron 4 de câbles souples mais elle s'applique aussi au cas o ces sous-ensembles font partie d'un système intégré ou compact. il REVENDICATIONS 1 - Procédé d'élaboration d'une haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la cohérence d'au moins un paramètre (UHTr&f, IHTréf) avec une grandeur physique mesurée (UHT,IHT) représentative de ladite haute tension, ledit paramètre étant défini à partir de grandeurs physiques mesurées (Ualim, Ialim, UHT, IHT) représentatives de la tension d'alimentation du dispositif d'élaboration de la haute tension. 2 - Procédé d'élaboration d'une haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la cohérence d'au moins un paramètre (UTcalcul, ITcalcul) avec au moins une grandeur physique mesurée (UT, IT) représentative de ladite haute tension, ledit paramètre étant défini à partir d'une la valeur de consigne (Uconsigne) de ladite haute tension. 3 - Procédé d'élaboration d'une haute tension, notamment pour l'application électrostatique de produit de revêtement, du type comprenant l'application à l'entrée d'un redresseur-élévateur de tension (5) d'un signal périodique fourni par une unité basse tension (1), caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la cohérence d'au moins un paramètre (UHTréf, IHTréf, UTcalcul, ITcalcul) défini à partir dudit signal ou d'une valeur de consigne avec au moins une grandeur physique mesurée (UHT, IHT, UT, IT) représentative de ladite haute tension. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite grandeur physique est la tension (UHT) OU le courant (IHT) dans un redresseur- élévateur de tension (5). 5 - Procédé selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce que ladite grandeur physique est la tension nominale (UT) OU le courant nominal (IT) d'un signal périodique fourni à l'entrée (106) d'un redresseur-élévateur de tension (105). 6 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit paramètre est la fréquence (f) dudit signal. 7 - Dispositif générateur de haute tension, notamment pour alimenter un projecteur électrostatique d'un produit de revêtement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10,12,110,112) de contrôle de la cohérence d'au moins un paramètre (UHTréf, IHTréf, UTcalcul, ITcalcul) définissant ledit signal avec au moins une grandeur physique mesurée (UHT, IHT, UT, IT) représentative de ladite haute tension. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (10) dont les entrées sont connectées pour mesurer la tension (UHT) et le courant (IHT) dans un redresseur- élévateur (5) d'une part et la tension (Ualim) et le courant (Ilim) d'alimentation d'une unité basse tension (1) d'autre part, ledit calculateur étant relié à ou comprenant une mémoire (12) de stockage des valeurs de référence de la tension (UHTréf) ou du courant (IHTréf) dans ledit redresseur-élévateur (5) en fonction de la tension (Ualim) ou du courant (Ialim) d'alimentation de ladite unité basse tension (1). 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (110) dont les entrées sont connectées pour mesurer la tension (UT) et le courant (IT) en entrée d'un redresseur- élévateur (5) d'une part à un moyen de transmission d'une valeur de consigne (Uconsigne) d'autre part, ledit calculateur étant apte à calculer la valeur théorique (UTcalcul, ITcalcul) dudit paramètre en fonction de ladite valeur de consigne. - Installation de projection électrostatique de produit de revêtement caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'élaboration de haute tension selon l'une des revendications 7 à 10.