Brevet FR2761209A1 — publié le 19980925

l DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN MOTEUR AVEC UNE FONCTION SIGNAL DEFAUT THERMIQUE AVANCE A LA MANOEUVRE L'invention concerne un dispositif de protection d'un moteur alimenté par un réseau électrique par l'intermédiaire d'un disjoncteur en série avec un contacteur, dispositif comportant des moyens de mesure du courant d'alimentation du moteur, un déclencheur connecté aux moyens de mesure et comportant des premiers moyens pour produire, en cas de surcharge, un signal d'ouverture du contacteur et des seconds moyens pour produire ensuite, si la surcharge subsiste pendant une période prédéterminée après le signal d'ouverture du contacteur, un signal de déclenchement pour l'ouverture du disjoncteur. Dans la protection des moteurs on prévoit généralement un disjoncteur en série avec un contacteur. Le disjoncteur assure la protection contre les surcharges et les court-circuits. Le contacteur est conçu de manière à permettre la commande, manuelle ou à distance, du moteur. Les contacts d'un disjoncteur sont prévus pour un nombre d'ouvertures très inférieur à ceux d'un contacteur. Pour limiter l'usure du disjoncteur et permettre une tentative de redémarrage automatique du moteur lors de la détection d'une surcharge dans l'alimentation du moteur, il est connu de prévoir une fonction appelée fonction signal défaut thermique avancé à la manoeuvre, ou fonction SDTAM. Cette fonction SDTAM consiste, lorsqu'une surcharge, représentative d'un défaut thermique, est détectée, à ouvrir d'abord le contacteur, 500ms avant l'instant prévu pour le déclenchement correspondant. L'ouverture du contacteur interrompant l'alimentation du moteur, la surcharge disparaît et il devient inutile d'ouvrir le disjoncteur. Par contre, si le courant d'alimentation n'est pas interrompu par le contacteur, la surcharge continue à être détectée et un signal de déclenchement est produit. Dans les dispositifs connus, qui seront explicités plus en détail en relation avec les figures 1 à 3, la courbe de déclenchement commandant l'ouverture du disjoncteur en cas de surcharge est modifiée par la fonction SDTAM. L'invention a pour but un dispositif de protection moteur dans lequel la fonction de protection contre les surcharges n'est pas modifiée par l'addition d'une fonction SDTAM. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les seconds moyens comportent des moyens de détermination d'une première grandeur représentative du carré du courant mesuré, des premiers moyens de traitement connectés aux moyens de détermination pour déterminer une seconde grandeur représentative de l'état thermique du moteur et des premiers moyens de comparaison pour comparer la seconde grandeur à un seuil de déclenchement prédéterminé, de manière à réaliser une fonction de protection temps/courant prédéterminée, les premiers moyens comportant des seconds moyens de traitement, connectés à la sortie des moyens de détermination de la première grandeur et des premiers moyens de traitement, pour déterminer une troisième grandeur, et des seconds moyens de comparaison pour comparer la troisième grandeur au seuil de déclenchement et fournir le signal d'ouverture du contacteur lorsque la troisième grandeur atteint ou dépasse ledit seuil. Il est ainsi possible, sans modifier les fonctions de déclenchement d'un disjoncteur destiné à la protection d'un moteur, de lui adjoindre la fonction SDTAM. D'éventuelles perturbations du courant d'alimentation du moteur peuvent néanmoins conduire à une modification de la période séparant le signal d'ouverture du contacteur du signal de déclenchement associé. Selon une variante de l'invention, le problème additionnel dû à de telles perturbations est résolu par le fait que le dispositif comporte des moyens de temporisation connectés à la sortie des seconds moyens de comparaison et un circuit OU comportant une première entrée connectée à la sortie des premiers moyens de comparaison et une seconde entrée connectée à la sortie des moyens de temporisation, le signal de déclenchement étant fourni à la sortie du circuit OU. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description suivante de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente un dispositif de protection moteur comportant une fonction SDTAM selon l'art antérieur, La figure 2 illustre les courbes de déclenchement du dispositif selon la figure 1, La figure 3 représente plus en détail le déclencheur du dispositif selon la figure 1. La figure 4 représente plus en détail un mode de réalisation particulier des moyens de réalisation de la fonction de déclenchement long retard d'un déclencheur dans lequel l'invention peut être appliquée. La figure 5 représente un mode de réalisation particulier des moyens de réalisation de la fonction SDTAM selon l'invention, La figure 6 illustre les variations en fonction du temps, des grandeurs 02 et 03 de la figure 5. La figure 7 représente les courbes de déclenchement du dispositif selon la figure 5. La figure 8 illustre une partie des courbes de la figure 6 lorsque les courants d'alimentation du moteur sont perturbés. La figure 9 représente une variante de réalisation de l'invention permettant de surmonter les problèmes dus aux perturbations illustrées à la figure 8. Sur la figure 1, un moteur 1 est alimenté par un réseau électrique triphasé, par l'intermédiaire d'un disjoncteur 2 en série avec un contacteur 3. Le dispositif de protection comporte un déclencheur 4. Celui-ci réalise diverses fonctions de protection contre les surcharges et les court-circuits, et plus particulièrement une fonction de protection long retard destinée à provoquer l'ouverture du disjoncteur lorsque le courant d'alimentation du moteur mesuré par des transformateurs de courant 5, dépasse un seuil long retard prédéterminé pendant une période prédéterminée. Le déclencheur 4 réalise également la fonction SDTAM et fournit un signal A d'ouverture à un circuit 6 de contrôle du contacteur. Un signal de déclenchement, provoquant l'ouverture du disjoncteur 2 n'est produit que si la surcharge persiste pendant une période (AT1) prédéterminée après le signal A d'ouverture du contacteur. En fonctionnement normal,une surcharge provoque donc l'ouverture du contacteur. Si celui-ci s'ouvre, la surcharge disparaît et le déclencheur ne provoque pas l'ouverture du disjoncteur 2. Le contacteur peut alors être fermé soit manuellement, soit automatiquement pour une tentative de redémarrage du moteur. Dans les dispositifs connus, le déclencheur 4 utilise, pour réaliser la fonction SDTAM, une courbe de déclenchement Cl (figure 2) obtenue par simple décalage de la courbe de déclenchement C2 initiale de la fonction long retard. La figure 3 représente un déclencheur connu comportant la fonction SDTAM. Le déclencheur comporte un circuit de traitement 7 connecté aux transformateurs de courant 5 et comportant une première sortie connectée à un relais 8 provoquant l'ouverture du disjoncteur 2 lorsqu'un signal D de déclenchement lui est appliqué. Le circuit de traitement 7 comporte une seconde sortie connectée au circuit 6 de contrôle du contacteur et provoquant l'ouverture du contacteur lorsqu'un signal Ai d'ouverture du contacteur est produit. Le circuit de traitement comporte un circuit 9 réalisant une fonction thermique et produisant une grandeur Q1. La grandeur 01 est comparée à un seuil long retard SLR, correspondant de préférence à (1, 125Ir)2, par un comparateur 10. Celui-ci fournit en sortie le signal A1 d'ouverture du contacteur lorsque 01 dépasse le seuil SLR. La sortie du comparateur 10 est connectée à l'entrée d'un compteur 11 qui introduit une temporisation égale à la période AT1 entre son entrée et sa sortie. La sortie du comparateur 10 est également connectée à une entrée (RAZ) de remise à zéro du compteur 11. Lorsque 01 dépasse le seuil SLR, un signal A1 non nul est produit qui provoque l'ouverture du contacteur 3 et le début du comptage par le compteur 11. L'ouverture du contacteur 3 fait repasser à zéro la grandeur 01 et, en conséquence, le signal A1. Le front de descente de A1 remet à zéro le compteur 1 de sorte qu'aucun signal D n'est produit. Si le contacteur ne s'ouvre pas, par exemple par collage ou court-circuit de ses contacts ou en raison d'un défaut dans son circuit de contrôle ou d'une défaillance dans la liaison entre le déclencheur 4 et le circuit de contrôle 6 ou dans la liaison entre le circuit de contrôle 6 et le contacteur 3, le comptage continue si la surcharge persiste et un signal D de déclenchement est produit après la période AT1. Dans les déclencheurs connus, les fonctions des circuits 9 et 10 peuvent être réalisées par un bilame traversé par un courant représentatif du courant d'alimentation du moteur. Le circuit 9 peut éventuellement être constitué par un élément thermique. Comme représenté à la figure 2, dans le dispositif connu selon la figure 3, la courbe C1 obtenue au moyen d'un bilame est du même type que la courbe de déclenchement initiale C2 du déclencheur. Ir étant le courant de réglage du déclencheur, une telle courbe représente, en coordonnées logarithmiques, les variations du temps en fonction du courant. En dessous d'un seuil de déclenchement prédéterminé, conventionnellement compris entre 1,05Ir et 1,2Ir, de préférence égal à 1,125Ir, on considère qu'il n'y a pas surcharge. Les normes actuelles préconisent de plus un temps de déclenchement maximum prédéterminé pour une valeur prédéterminée du courant égale à 7,2Ir. Sur la figure 2 le décalage suivant l'axe des temps entre les courbes C1 et C2 est tel que les courbes sont séparées par tnATl pour une valeur du courant de 7,2Ir. Les courbes C1 et C2 étant parallèles en coordonnées logarithmiques, pour une valeur donnée du courant, leurs instants de déclenchement ne sont en fait séparés par la période AT1I que pour 7,2Ir. La courbe C3 représente la courbe de déclenchement réelle obtenue en sortie du compteur 11 lorsque le circuit de calcul 9 utilise la courbe C1. La courbe C 1 peut être représentée par une équation de la forme: I tdl1 ='r ln(. i S SLR 1- o -ei est une constante de temps prédéterminée et tdl représente le temps de déclenchement de la fonction SDTAM. La courbe C3 est alors obtenue par: td2 = tdl + AT1 (2) o td2 représente le temps de déclenchement de la fonction long retard réellement réalisée. Le signal SDTAM apparaît donc bien systématiquement AT1 =0,5s avant l'ordre de déclenchement associé. Cependant, l'équation (2) peut s'écrire: td2 = xl(In) + AT1 (3) iSLR I2 Une telle fonction ne peut pas représenter le modèle thermique du moteur du fait de la présence de la constante AT1. Ainsi, comme cela ressort également de la figure 2, la courbe C3 est différente de la courbe C2 initialement prévue qui est du type: td2 = t2en() (4) avec r2:Tl1 Cette modification introduite par la fonction SDTAM n'est pas souhaitable et l'invention a pour but d'éviter cet inconvénient. La figure 4 illustre un mode de réalisation particulier du circuit de traitement d'un déclencheur long retard en relation avec lequel l'invention sera décrite ultérieurement. Le mode de réalisation particulier de la figure 4 a été décrit dans la demande de brevet français n 96 16 152 de la demanderesse, déposée le 23/12/1996, qui est incorporée par référence dans la présente demande. Il comporte un circuit 12 d'échantillonnage et d'élévation au carré recevant les signaux de courant des transformateurs de mesure 5. Les carrés Ik2 des échantillons de courant sont appliqués à l'entrée d'un filtre numérique 13 à réponse impulsionnelle finie, ou filtre FIR. Les signaux de sortie du filtre FIR 13 sont représentatifs du carré Ieff2 de la valeur efficace du courant d'alimentation du moteur. Un filtre 0 numérique 14 à réponse impulsionnelle infinie, ou filtre IIR, est connecté en série avec le filtre FIR. Le filtre IIR 14 reçoit en entrée les signaux Ieff2 et fournit en sortie une grandeur 02 représentative de l'état thermique du moteur. Cette grandeur 02 est comparée au seuil SLRpar le comparateur 10 qui fournit un signal de déclenchement Dl lorsque 02 est supérieur ou égal au seuil SLR. Selon l'invention, la fonction SDTAM est ajoutée sans modifier la détermination de la grandeur 02 et, en conséquence, la production du signal de déclenchement D1, conformément à une courbe de déclenchement prédéterminée C2. Sur la figure 5 seules les parties nécessaires à la compréhension ont été représentées. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le carré Ieffe de la valeur efficace du courant est, comme précédemment, appliqué à l'entrée du filtre IIR 14 et la grandeur 02 de sortie du filtre 14 est comparée par le comparateur 10 au seuil SLRpour fournir un signal de déclenchement conformément à la courbe C2 de déclenchement. Le déclencheur comporte, de plus, un circuit 15 de calcul d'une grandeur 03. Le circuit 15 reçoit en entrée les signaux Ieff2 et 02. La grandeur 03 est ensuite comparée au seuil SLRpar un comparateur 16 qui fournit un signal A2 de commande d'ouverture du contacteur. Dans le mode particulier de réalisation représenté, la grandeur 02, fonction du temps et du courant, est obtenue conformément à une équation de la forme: 02=Ieff2(1-e - t /) (5) dans laquelle t représente le temps et r une constante de temps prédéterminée représentative de la fonction de protection correspondant à la courbe de déclenchement C2 des figures 2 et 7. La courbe C2 répond à l'équation (4) ci-dessus, avec t=t2. Les variations de 02 en fonction du temps pour un courant Ieff prédéterminé, sont illustrées à la figure 6. La grandeur 03 est calculée de manière à correspondre à chaque instant à un signal en avance de ATIl par rapport à 02, c'est à dire à répondre une équation de la forme: 03 = Ieff2(1- e-(t+ATl)/')) (6) La courbe représentant les variations de 03 en fonction du temps t pour un courant efficace Ieff prédéterminé est illustrée à la figure 6. L'équation (6) peut s'écrire sous la forme: 03 = Ieff2 - (Ieff2 - 02)e-(ATl)/t) (7) ATl et t étant des constantes prédéterminées, le calcul de 03 peut s'effectuer très rapidement à partir des vlaeurs de Ieff2 et 02 qui sont déjà disponibles, en éliminant la variable temps. Il est à noter que dans le dispositif connu (fig.3) l'utilisation du circuit 9 ne permettait pas de disposer de la valeur efficace du courant. En règle générale, ATl =0,5s et -c est très grand, de l'ordre de 100 à 200s, vis à vis de ATl. Le coefficent e-AT1/ est alors très petit et peut être assimilé à 1-AT1/t. L'équation (7) peut alors être simplifiée et remplacée par une équation de la forme: 03 = 02 + ATl(Ieff2 - 82) / T (8) Les courbes de déclenchement C2 et C4 respectivement obtenues avec les signaux Dl et A2 de la figure 5 sont représentées à la figure 7. La courbe de déclenchement C2 est la courbe désirée et, comme représenté à la figure 6, le signal 03 est en permanence en avance de ATl vis à vis du signal 02 de sorte que le signal A2 atteint le seuil SLR avec une avance de ATl par rapport à Dl, quelle que soit la valeur du courant. Dans un mode de réalisation préférentiel, le déclencheur est un déclencheur à propre courant, c'est à dire alimenté par les capteurs de courant. Dans un tel cas, l'interruption du courant par ouverture du contacteur 3 provoque l'interruption de l'alimentation du déclencheur et, automatiquement la remise à zéro du signal Dl. Si le courant d'alimentation du moteur est perturbé, il peut y avoir oscillation du signal 03, notamment dans la zone de la courbe de déclenchement proche du seuil de déclenchement SLR o le temps de déclenchement est très grand. De telles oscillations lorsque 03 atteint le seuil de déclenchement altèrent la période séparant les signaux A2 et Dl.Cette altération est illustrée sur la figure 8 o la courbe 03 oscille autour de la courbe théorique 04 qu'elle devrait prendre conformément à la figure 6. Ainsi, si une période AT1 sépare effectivement les instants tl o 02 atteint le seuil SLR et t2 o 04 aurait dû l'atteindre, la courbe 03 atteint en réalité ce seuil à un instant t3, qui sur la figure est situé avant t2. La période AT2 séparant l'émission du signal A2, en t3, de l'émission éventuelle du signal de déclenchement D2, en tl, est alors supérieure à la période AT1 voulue. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention représenté à la figure 9, un compteur 17 est connecté à la sortie du comparateur 16 de la figure 5. Le compteur 17 introduit la temporisation AT1I et produit en réponse à un signal A2 un signal D2 après la temporisation AT1. Les signaux D1 et D2 sont appliqués à des entrées respectives d'un circuit logique OU 18, dont la sortie fournit le signal de déclenchement D appliqué au relais 8 et ouverture du disjoncteur 2. Ainsi, si les signaux de courant ne sont pas perturbés, le signal de déclenchement D correspond au signal D1 qui correspond exactement à la courbe de déclenchement C2 prédéterminée voulue. Par contre, dans la zone de la courbe de déclenchement qui est proche du seuil de déclenchement, une perturbation éventuelle des courants provoque une altération de la courbe de déclenchement C2 pour assurer le maintien de la période AT1I entre les signaux A2 et D. Comme précédemment les signaux D1, D2 et D ne sont en réalité produits que si le signal A2 ne provoque pas l'ouverture du contacteur et l'interruption de l'alimentation du moteur. Sinon, cette interruption provoque l'interruption de l'alimentation, à propre courant, du déclencheur et, en particulier, du compteur 17 et du circuit OU 18. Dans certaines applications, le signal A2 peut être utilisé pour fournir une alarme ou pour indiquer que le défaut est un défaut de type thermique, c'est à dire du à une surcharge. Un microprocesseur peut réaliser, en totalité ou en partie, les fonctions des filtres 13 et 14, des circuits d'élévation ou carré, de calcul (15) et des comparateurs (10, 16). REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un moteur (1) alimenté par un réseau électrique par l'intermédiaire d'un disjoncteur (2) en série avec un contacteur (3), dispositif comportant des moyens (5) de mesure du courant d'alimentation du moteur, un déclencheur (4) connecté aux moyens de mesure et comportant des premiers moyens pour produire, en cas de surcharge, un signal (A, AI, A2) d'ouverture du contacteur (3) et des seconds moyens pour produire ensuite, si la surcharge subsiste pendant une période prédéterminée (AT1) après le signal d'ouverture du contacteur, un signal (D1), D1) de déclenchement pour l'ouverture du disjoncteur, dispositif caractérisé en ce que les seconds moyens comportent des moyens (12, 13) de détermination d'une première grandeur (Ieffe) représentative du carré du courant mesuré, des premiers moyens de traitement (14) connectés aux moyens de détermination (12, 13) pour déterminer une seconde grandeur (02) représentative de l'état thermique du moteur (1) et des premiers moyens (10) de comparaison pour comparer la second grandeur (02) à un seuil de déclenchement (SLR) prédéterminé, de manière à réaliser une fonction de protection temps/courant (C2) prédéterminée, les premiers moyens comportant des seconds moyens de traitement (15), connectés à la sortie des moyens de détermination de la première grandeur (Ieffa) et des premiers moyens de traitement (14), pour déterminer une troisième grandeur (83), et des seconds moyens (16) de comparaison pour comparer la troisième grandeur (03) au seuil de déclenchement (SLR) et fournir le signal (A2) d'ouverture du contacteur lorsque la troisième grandeur (03) atteint ou dépasse ledit seuil. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de traitement (14) déterminent la seconde grandeur (02) conformément à une première équation de la forme: 02 = Ieff2 (1- e-t/T) dans laquelle Ieff2 constitue la première grandeur, représentative du carré de la valeur efficace du courant mesuré, t le temps et X une constante de temps prédéterminée représentative de la fonction de protection (C2). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les seconds moyens de traitement (15) déterminent la troisième grandeur (03) conformément à une seconde équation de la forme: 03 = Ieff2 - (Ieff2 02)e-ATl/T dans laquelle AT1 est ladite période prédéterminée séparant un signal (A, A1, A2) d'ouverture du contacteur d'un éventuel signal de déclenchement (D) associé. 4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la constante de temps X étant élevée, les seconds moyens de traitement (15) déterminent la troisième grandeur (03) conformément à une troisième équation de la forme: 03 = 02 + AT1(Ieff2 - 02) / X dans laquelle AT1 est ladite période prédéterminée séparant un signal (A, A1, A2) d'ouverture du contacteur d'un éventuel signal de déclenchement (D) associé. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la première grandeur comportent des moyens (12) d'échantillonnage et d'élévation au carré des signaux de courant fournis par les moyens (5) de mesure du courant, et un filtre à réponse impulsionnelle finie (13). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premiers moyens de traitement (14) comportent un filtre à réponse impulsionnelle infinie. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de temporisation (17) connectés à la sortie des seconds moyens (16) de comparaison et un circuit OU (18) comportant une première entrée connectée à la sorite des premiers moyens (10) de comparaison et une seconde entrée connectée à la sortie des moyens de temporisation (17), le signal de déclenchement (D) étant fourni à la sortie du circuit OU (18). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de temporisation (17) sont constitués par un compteur.