Brevet FR2809243A1 — publié le 20011123

La présente invention se rapporte à un système de commande d'un variateur de vitesse de moteur électrique d'engin de levage ayant une fonction de contrôle du ballant d'une charge suspendue par câbles. Un engin de levage tel que grue, portique ou pont roulant comporte une partie mobile (flèche ou chariot) déplaçable en translation et à laquelle la charge est suspendue par des câbles. Cette partie mobile à laquelle la charge est suspendue est déplacée par un moteur électrique contrôlé par un variateur de vitesse. La commande du mouvement comporte généralement une phase d'accélération, une phase à vitesse constante et une phase de décélération. Pendant l'accélération ou la décélération, la vitesse du moteur entraînant la giration de la grue suit une rampe fixée dans le variateur. Pour minimiser le temps global de déplacement, généralement ces rampes d'accélération ou de décélération sont réglées à des valeurs minimales compatibles avec la mécanique de l'engin. Dans la phase d'accélération, la charge au bout du câble est en arrière par rapport à la flèche, en raison de la force d'inertie. Pour la même raison, pendant la phase de décélération, la charge se place en avant de la flèche. Au moment de l'arrêt de la flèche, la charge entame un mouvement de balancier dont l'amplitude et la durée dépendent de l'angle du ballant initial et de la longueur du câble. Ce mouvement provoque aussi des déplacements cahotants de la flèche si celle-ci n'est pas encore bloquée par un frein. La position de la charge par rapport à la flèche au cours du déplacement est représentée à la figure 1. Le mouvement pendulaire de la charge dépend en plus de la position de la charge sur la flèche. Ce phénomène de ballant a pour effet d'allonger le temps total de déplacement et de faire dépasser la position désirée pour la charge en provoquant éventuellement des collisions avec des obstacles. On connaît des solutions utilisant des capteurs de mesure (vitesse, position, longueur, ...) et nécessitant des moyens de calculs puissants pour simuler des modèles ou traiter des équations compliquées. Certaines solutions demandent à connaître à l'avance le déplacement commandé. Dans le document US4756432 un objectif de vitesse en translation est pré-calculé en fonction de la position du chariot, de la longueur du câble, de la masse de la charge, de la force d'accélération et de la distance à parcourir. Le profil de vitesse est composée d'une phase d'accélération, de vitesse constante et d'une phase de décélération. Chaque phase d'accélération ou de décélération est formée de deux créneaux de vitesse séparés par un temps mort, déterminés de façon à annuler le ballant à la fin du mouvement. L'invention a pour but de fournir un système de commande de variateur de vitesse de moteur électrique pour engin de levage opérant en fin de déplacement de manière à éviter le ballant sans nécessiter de capteur supplémentaire, pour des commandes manuelles ou automatiques. Ce système est relativement simple à mettre en ouvre dans le variateur de vitesse du moteur (de type asynchrone, continu ou synchrone). Le système qui n'a pas besoin de connaître à l'avance les déplacements commandés permet de minimiser le ballant à la fin du déplacement dans le cas d'une commande par opérateur ou par calculateur. Si c'est l'opérateur qui manceuvre la grue ou le pont roulant, la position finale n'est pas connue à l'avance (de plus il peut accompagner le mouvement ou relâcher brusquement les commandes après avoir lancé le mobile à pleine vitesse). La solution autorise d'avoir une inclinaison plus ou moins forte de la charge durant le déplacement, de façon avoir un temps de déplacement global minimal. Le système s'applique aussi bien à une commande en translation de la charge le long de la flèche qu'à une commande en translation d'un pont roulant ou portique. Conformément à l'invention, le variateur comporte des moyens de commande contrôlant les composants de puissance du variateur de manière que, en phase de décélération, si la vitesse du moteur descend au-dessous d'un seuil bas prédéterminé et si le couple estimé est de signe contraire au signe de la vitesse estimée, une rampe d'accélération (Ra) tendant vers un seuil de vitesse haut prédéterminé est appliquée pendant une durée liée à l'information de couple en générateur disponible dans le variateur Selon une caractéristique, la rampe d'accélération est appliquée pendant une durée proportionnelle au couple générateur observé à l'instant la vitesse est descendue au- dessous du seuil bas. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 illustre la position de la charge suspendue par câbles en fin de déplacement, sans dispositif anti-ballant; - la figure 2 est un mode de réalisation du variateur de vitesse incorporant le système anti-ballant selon l'invention; - la figure 3 est un schéma fonctionnel du système selon l'invention; - la figure 4 est un schéma de principe donnant la vitesse moteur en fonction du temps en phase de ralentissement tel qu'il est obtenu par le système de commande du variateur anti-ballant; - la figure 5 est un diagramme réel illustrant en fin de ralentissement le système anti- ballant et montrant la vitesse et le couple estimés. Le système selon l'invention est mis en ceuvre sur un engin de levage tel que grue, pont roulant, portique ou analogue qui est muni d'une partie mobile Pm (flèche, chariot de pont roulant) qui est déplaçable horizontalement en translation selon un axe X (dans le cas d'un portique ou pont-roulant) ou en giration (dans le cas d'une flèche). Cette partie mobile Pm est entraînée au moyen d'un moteur de déplacement M qui est piloté par un variateur de vitesse Vv. La charge Ch qui est suspendue la partie mobile Pm peut présenter une hauteur variable en fonction de la longueur des câbles. La longueur des câbles est contrôlée au moyen d'un moteur de levage non représenté qui peut par exemple être embarqué sur la partie mobile Pm. En raison d'effets perturbateurs, et principalement de l'accélération ou du freinage de la partie mobile Pm, la charge Ch prend un mouvement pendulaire appelé ballant qui est défini par un angle formé entre les câbles et la verticale. Le variateur de vitesse W contrôlant le moteur M se compose d'un redresseur Re alimenté par le réseau et fournissant du courant continu via un filtre à un onduleur On constitué d'interrupteurs de puissance ln commandés à l'ouverture et à la fermeture par un circuit de commande Cc associé à un système de pilotage Sys. L'onduleur fournit l'énergie au moteur M. Pour minimiser le mouvement pendulaire de la charge en fin de décélération, le système anti-ballant réaccélère le moteur dans le but de provoquer un alignement de la flèche sur la charge. Cette action est dosée en fonction de l'ampleur de l'angle du ballant, observée par le couple entraînant sur le moteur. En effet quand la charge est devant la flèche pendant la décélération, elle entraîne le moteur M qui doit freiner pour suivre la rampe de décélération (il fonctionne en générateur). Le système de pilotage Sys comporte, en se référant à la figure 3, une fonction anti- ballant Fab qui reçoit les informations de couple estimé et de vitesse estimée du moteur et pilote une fonction rampe Fr commandant le circuit de commande Cc qui contrôle les interrupteurs de puissance lp de l'onduleur. La fonction rampe génère des rampes de vitesse Ra (accélération) et Rd (décélération). Le couple Co du moteur M est observé par une variable existante dans le variateur (courant de couple). Pendant la phase de décélération, correspondant à la rampe de vitesse en décélération Rd, la consigne de vitesse Cv est nulle ou fixée à un seuil de retombée mécanique. Supposons que la vitesse estimée du moteur (grandeur existante dans le variateur) descende au-dessous d'un seuil bas prédéterminé N0. L'instant correspondant à ce seuil NO est noté t0. Si à ce moment t0 ce couple Co est de signe contraire au signe de la vitesse estimée (on est en mode générateur), la consigne de vitesse Cv ( nulle ou fixée à un seuil de retombée de frein mécanique) est remontée à un niveau haut prédéterminé N1, de valeur supérieure à celle du seuil N0. La vitesse réelle tend à atteindre ce niveau en suivant la rampe d'accélération Ra. Le niveau haut N1 est appliqué pendant une durée At proportionnelle au couple générateur observé à l'instant t0 où la vitesse est descendue au-dessous de N0. Le coefficient de proportionnalité est réglé pour un engin de levage donné. Cette durée est ensuite automatiquement adaptée à la charge (dépendant de la masse, de la longueur de câble et de la position radiale sur la flèche), à travers le signal de couple observé. Si le couple Co observé à l'instant to est de même signe que la vitesse (mode moteur) at est nul. Les seuils de vitesse bas NO et haut N1 sont aussi réglables de manière être adaptés un engin de levage donné. Après l'écoulement de cette durée At la consigne vitesse redescend au niveau précédent (nulle ou seuil de retombée du frein) et la vitesse réelle décroît suivant la rampe de décélération Rd. De cette façon le ballant est nettement amorti et la flèche de la grue n'est plus soumise à des mouvements cahotants. La figure 5 représente la rampe de vitesse, la vitesse estimée et le signal de couple à la fin d'une décélération obtenu par le système anti-ballant. REVENDICATIONS 1. Système de commande d'un variateur de vitesse de moteur électrique (M) servant à déplacer une partie mobile (PM) d'engin de levage à laquelle est suspendue par câbles une charge (Ch), de manière à contrôler le ballant de ladite charge, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (Sys, Fab) Contrôlant les composants de puissance (1p) du variateur de manière que, en phase de décélération (Rd), si la vitesse du moteur descend au-dessous d'un seuil bas (NO) prédéterminé et si le couple estimé (Co) est de signe contraire au signe de la vitesse estimée, une rampe d'accélération (Ra) tendant vers un seuil de vitesse haut prédéterminé (N1) est appliquée pendant une durée liée à l'information de couple en générateur disponible dans le variateur 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la rampe d'accélération est appliquée pendant une durée (At) proportionnelle au couple générateur observé à l'instant où la vitesse est descendue au-dessous du seuil bas (NO). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une fonction anti-ballant (Fob) qui reçoit les informations de couple estimé et de vitesse estimée du moteur et pilote une fonction rampe (Fr) commandant le circuit de commande (Cc) qui contrôle les interrupteurs de puissance (1p) du variateur, cette fonction rampe générant des rampes de vitesse en accélération (Ra) ou en décélération (Rd).