Brevet FR2891412A1 — publié le 20070330

PROCEDE DE PROTECTION D'UNE MACHINE ELECTRIQUE D'UNE SURCHARGE L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de protection d'une machine électrique d'une surcharge. Pour protéger une machine électrique, notamment un moteur, d'une surcharge, il est connu par exemple par le EP 1 496 589 Al d'utiliser au lieu d'un interrupteur à bi-lames un dispositif électronique de protection vis-à-vis d'une surcharge qui simule par le calcul le comportement d'un interrupteur à bi-lames. A cet effet on détermine pendant le fonctionnement en permanence au moyen de ce que l'on appelle un modèle thermique de moteur une grandeur (TMM) caractéristique thermique instantanée de la machine, qui est un indicateur de l'état thermique de la machine et qui est comparé à une valeur limite prescrite. Cette grandeur (TTM) caractéristique thermique est donnée par la relation: TMM = (1 -e-th) . INorm TMM y est l'enthalpie, T une constante de refroidissement spécifique à la machine, t l'instant de la mesure et INorm le courant passant en fait à cet instant t rapporté au courant nominal du moteur. Le calcul de cette grandeur TMM thermique s'effectue à des intervalles L t de temps discret approximativement par la formule de récurrence suivante (TMM(i) + INorm(i) ) TMM(i+l)=TMM(i)- Cette grandeur TMM thermique est surveillée pour savoir si une valeur limite, par exemple TMMg = 1 est dépassée. Si c'est le cas, la machine électrique est mise hors circuit. A l'aide d'un modèle thermique de ce genre, on détermine alors par le procédé connu de EP 1 496 859 Al ce que l'on appelle une réserve de déclenchement dans le temps, c'est à dire qu'on prédit combien de temps une machine peut fonctionner encore à une valeur de courant donné jusqu'au déclenchement d'un appareil de protection vis-à- vis d'une surcharge. Notamment lors du fonctionnement d'une machine dans un environnement automatisé, il est toutefois en outre intéressant d'obtenir une information sur l'instant où il est possible de remettre en circuit une machine mise hors circuit sans qu'il se produise pendant le démarrage un redéclenchement en raison d'une surcharge thermique, de manière à empêcher toute interruption peu souhaitable se produisant le cas échéant plusieurs fois de l'opération de démarrage. L'invention vise ainsi un dispositif et un procédé de protection d'une machine électrique d'une surcharge dans lesquels un déclenchement intempestif en raison d'une surcharge thermique est empêchée dans une grande mesure lors du redémarrage d'une machine. L'invention a donc pour objet un procédé de protection d'une machine électrique d'une surcharge caractérisé en ce que l'on détermine à l'aide d'un modèle thermique à partir du courant passant dans la machine une grandeur caractéristique thermique instantanée de la machine et on mémorise la courbe dans le temps du courant au moins d'un instant où au moins la machine est mise en circuit à un instant où la grandeur caractéristique instantanée atteint une valeur maximale et on calcule à partir des valeurs de courant mémorisées à l'aide du modèle thermique une valeur de seuil de la grandeur caractéristique thermique, qui, après une mise en circuit de la machine, ne doit pas être dépassée pour exclure une surcharge de la machine lors d'une remise en circuit. L'invention par de la considération que lors d'un redémarrage d'une machine électrique, il passe à peu près le même courant que lors du redémarrage précédent, si les conditions d'utilisation de la machine sont inchangées. En partant de cette considération, l'invention repose sur le fait, qu'à l'aide d'un modèle thermique en soi connu, on peut, au moyen d'une courbe de courant dans le temps mémorisé lors d'un démarrage de la machine jusqu'à une valeur maximum de la grandeur caractéristique thermique, déterminer une valeur de seuil pour la grandeur caractéristique thermique qui ne doit pas être atteinte avant une remise en circuit, s'il faut s'assurer que la machine ne soit pas surchargée lors d'une remise en circuit. On peut ainsi empêcher que la machine préchargée thermiquement pendant le fonctionnement précédent, ne soit mise en circuit dans un état thermique qui, en raison d'une charge et d'un dégagement de chaleur plus grands lors d'un démarrage fait qu'une valeur limite, prescrite pour la machine, de la grandeur caractéristique thermique est dépassée et qu'il se produit une mise hors circuit intempestive. Si la machine ne peut être remise en circuit que si la grandeur caractéristique thermique instantanée de la valeur de seuil n'est pas atteinte, c'est-à-dire si un ordre de mise en circuit est automatiquement négligé ou supprimé, si la grandeur caractéristique thermique dépasse la valeur de seuil, on peut empêcher d'une manière sûre une surcharge de la machine par une mise en circuit trop précoce. De préférence, le procédé est caractérisé en ce que l'on compare la valeur de seuil à une grandeur caractéristique thermique instantanée et on peut mettre à nouveau la machine en circuit lorsque la grandeur thermique caractéristique instantanée est inférieure à la valeur de seuil. Dans un mode de réalisation du procédé, on détermine à partir de la valeur de seuil à l'aide du modèle thermique une durée d'attente minimum qui indique combien de temps il faut attendre avant de pouvoir mettre en circuit la machine de nouveau sans que se produise une surcharge. On peut ainsi disposer pour l'utilisateur ou pour la commande d'utilisation d'information sur la durée pendant laquelle on doit attendre jusqu'à ce que l'on puisse effectuer un essai de remise en circuit, de sorte que des instructions de remise en circuit sans succès peuvent être supprimées d'emblée. Suivant des perfectionnements de l'invention: -la grandeur (TMM) caractéristique thermique est donnée par la relation TMM = (1 - e-tl') . 'Norm - on détermine la grandeur (TTM) caractéristique thermique de façon récurrente par la relation TMM(i -1) + INOrm (i - 1) TMM(i) = TMM(i - 1) - on détermine la valeur (TTMmir) de seuil à partir d'une valeur de départ prescrite de la grandeur caractéristique thermique par récursion inversée à l'aide de la courbe du courant en fonction du temps qui a été mémorisé par la relation TMM(i) + INOrm 1) . 0 t T TMM(i - 1) = 1 - A t T - La valeur (TMMa) de départ est plus petite que la valeur (TMMg) limite pour laquelle la machine électrique est mise en circuit. L'invention vise aussi un dispositif de protection d'une machine électrique de surcharge, caractérisé en ce qu'il comprend une unité d'exploitation pour déterminer une grandeur caractéristique thermique instantanée de la machine à partir du courant électrique qui y passe à l'aide d'un modèle thermique, et une mémoire de mémorisation de la courbe en fonction du temps du courant électrique passant dans la machine au moins d'un instant où la machine est mise en circuit à un instant où la grandeur caractéristique thermique instantanée atteint une valeur maximum, et une unité de calcul d'une valeur de seuil de la grandeur caractéristique thermique à partir des valeurs de courant mémorisées à l'aide du modèle thermique, qui ne doit pas être atteinte après une mise hors circuit de la machine pour exclure toute surcharge de la machine lors d'une remise en circuit. De préférence le dispositif: comprend un dispositif de comparaison de la grandeur caractéristique thermique instantanée à cette valeur de seuil et d'émission d'un signal de commande en fonction du résultat de cette comparaison. - est tel qu'on y détermine dans l'unité de calcul à partir de la valeur de seuil à l'aide du modèle thermique une durée d'attente minimum qui indique combien de temps il faut attendre avant de pouvoir mettre en circuit la machine sans que se produise une surcharge. Le dispositif peut comprendre un logiciel mis en oeuvre dans l'exploitation de calcul pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Pour expliquer d'avantage l'invention, on se reportera à l'exemple de réalisation du dessin dans lequel: La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de protection d'une machine électrique de la surcharge, et La figure 2 donne des graphiques à titre d'exemples, dans lesquels le courant du moteur et des grandeurs caractéristiques thermiques associées sont portées en fonction du temps pour deux opérations de mise en circuit successives. Suivant la figure 1, une machine 2 électrique, par exemple à moteur est commandé par un dispositif 4 de commande qui communique par exemple en tant que partie d'une installation d'une automatisation avec un poste de contrôle supérieur hiérarchique. Au dispositif 4 de commande est associé un dispositif 6 de protection de la machine 2 électrique d'une surcharge. Ce dispositif comporte une unité 8 d'exploitation dans laquelle il est calculé à partir du courant I(i) électrique instantané passant dans la machine 2 à l'instant i. G t à des intervalles A t de temps discrets une grandeur TMM(i) caractéristique thermique instantanée au moyen de la formule de récurrence TMM ( i - 1) + 'Norm (i - 1) TMM(i) = TMM(i - 1) - Cette grandeur TMM(i) thermique instantanée est comparée dans un premier dispositif 10 de comparaison continuellement à une valeur TMMg limite. Si celle-ci est dépassée, le dispositif 4 de commande reçoit un ordre A de mettre la machine 2 hors circuit. A partir de la mise en circuit (i=0) on mémorise en outre dans une mémoire 12 le courant INorm(i) instantané passant respectivement aux instants i. A t et normé par rapport à une valeur nominale. On détermine alors dans l'unité 8 d'exploitation à quel instant i. A t la grandeur caractéristique thermique atteint son maximum TMMmax. Ce maximum TMMmax est atteint pour i=n, n étant le nombre naturel pour lequel la relation TMM(n+1) En d'autres termes: le maximun TMMmax de la grandeur caractéristique thermique est atteint après la mise en circuit en n intervalle de temps 4 t. A l'aide d'une formule de récurrence résolue suivant TMM(i-1), TMM(i) 'Norm (i - 1) . A t T t 4 t TMM(i - 1) = 2891412 8 on effectue ensuite dans une unité 14 de calcul en commençant par i=n+1, une récurrence inverse qui part d'une valeur TMMa de départ qui peut être égale à la valeur TMMg limite. Par les valeurs mémorisées pour le courant INorm(i)normé, on obtient à la fin de la récurrence, c'est-à-dire pour i=1, une valeur TMMmin = TMM(0) de seuil de la grandeur TMM caractéristique thermique, qui ne doit pas au moins être atteinte ou dépassée après la mise en circuit de la machine 2 pour empêcher lors de la remise en circuit que la valeur TMMg soit dépassée. S'il se produit alors un ordre S extérieur de démarrage, on compare dans un deuxième dispositif 16 de comparaison la grandeur TMM(i) caractéristique thermique instantanée à la valeur TMMmin de seuil. Si celle-ci est dépassée, il est transmis au dispositif 4 de commande par le deuxième dispositif 16 de comparaison un signal B de commande qui empêche la mise en circuit de la machine 2. A l'aide de la grandeur TMM (tstopl) caractéristique thermique présente à l'instant (tstopl) de la mise en circuit et de la valeur TMMmin de seuil, on peut alors calculer en outre à l'aide de la relation -t TMMmin= TMM (tstopl) . e z, la durée d'attente minimum par la 30 formule T= i. (ln TMM(tstopi)-lnTMMmin) et on peut l'émettre de sorte que des ordres S de démarrage pendant cette durée T mimimun d'attente peuvent être supprimés automatiquement par exemple déjà dans le poste de contrôle supérieur hiérarchiquement. En outre cette valeur t minimum d'attente ou une valeur résiduelle d'attente qui subsiste encore A t= T - (t- tstopl) peut être indiquée. Dans les graphiques de la figure 2 sont portés le courant I passant dans la machine ainsi que les grandeurs TMM caractéristiques déterminées pour deux opérations de mises en circuit se succédant dans le temps respectivement en fonction du temps t. A un premier instant tstartl de démarrage, la machine est mise en circuit et l'indice I variable est mis à O. Il passe dans la machine le courant I qui, dans une courbe typique de la machine augmente rapidement et peut atteindre des valeurs qui sont supérieures au courant nominal admissible pour cette machine. En raison de la charge thermique inhérente au passage I du courant, la grandeur TMM caractéristique thermique commence à partir d'une grandeur TMM(tstarti) caractéristique thermique présente à l'instant tstartl de démarrage et provoquée par des phases de fonctionnement précédentes de la machine à augmenter de nouveau et atteint son maximun TMMmax à l'instant tmaxl après un nombre n d'intervalles de mesure. Après la mise en circuit à l'instant tstop de la mise en circuit, la grandeur TMM caractéristique thermique décroît à partir de la valeur TMM (tstop) jusqu'à à l'instant tstop exponentiellement et atteint la valeur TMMmin calculée par les formules précédentes après la durée T minimum d'attente. Cette durée T minimum d'attente doit au moins s'écouler avant un nouveau démarrage pour empêcher que la grandeur TMM caractéristique thermique ne dépasse la valeur TMMg limite. En d'autres termes: pour le deuxième instant t start2 de démarrage, il faut que la relation tstart2 ^ tstop + T soit satisfaite. Or, si l'on met la machine en circuit à l'instant tstart2 = tstop + T, la valeur TMMg limite est certes atteinte à l'instant tmax2 mais n'est pas dépassée. Comme les opérations de mise en circuit ne se déroulent presque jamais de façon identique, il peut être judicieux dans le calcul par récurrence de la valeur TMMmin de seuil de ne pas partir de la valeur TMMg limite mais d'une valeur TMMa de départ un peu réduite qui représente par exemple 90% de la valeur TMMg limite. Si on effectue en outre le calcul de la valeur TMMmin de seuil pour chaque opération de mise en circuit, on est sûr qu'elle est toujours adaptée aux variations de comportement de mise en circuit se produisant pendant une longue durée d'utilisation de la machine, par exemple en raison d'un vieillissement ou de modifications des conditions de charges. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection d'une machine (2) électrique d'une surcharge, caractérisé en ce que l'on détermine à l'aide d'un modèle thermique, à partir du courant (I) passant dans la machine, une grandeur (TMM) caractéristique thermique instantanée de la machine (2) et on mémorise la courbe dans le temps du courant (I) au moins d'un instant (tstarti) où la machine est mise en circuit à un instant (tmaxi) où la grandeur (TMM) thermique caractéristique instantanée atteint une valeur (TMMmax) maximale et on calcule à partir des valeurs (I) de courant mémorisées à l'aide du modèle thermique une valeur (TMMmin) de seuil de la grandeur (TMM) caractéristique thermique, qui, après une mise en circuit de la machine (2), ne doit pas être dépassée, pour exclure une surcharge de la machine (2) lors d'une remise en circuit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on compare la valeur (TMMmin) de seuil à une grandeur (TMM(i)) caractéristique thermique instantanée et on peut mettre à nouveau la machine en circuit lorsque la grandeur (TMM(i)) est inférieure à la valeur (TMMmin) de seuil. 3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on détermine à partir de la valeur (TMMmin) de seuil, à :L'aide du modèle thermique, une durée ('T) d'attente minimun qui indique combien de temps il faut attendre avant de pouvoir mettre en circuit la machine (2) sans que se produise une surcharge. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la grandeur (TMM) caractéristique thermique est donnée par la relation TMM = (1 - e-tu') . INorm 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on détermine la grandeur (TTM) caractéristique thermique de façon récurrente par la relation TMM(i -1) + INorm (i - 1) TMM(i) = TMM(i - 1) - 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur (TTMmin) de seuil à partir d'une valeur de départ prescrite de la grandeur caractéristique thermique par récursion inversée à l'aide de la courbe du courant en fonction du temps qui a été mémorisée par la relation TMM(i) - INorm (i - 1) . 0 t T TMM(i - 1) = 1 - At T 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la valeur (TMMa) de départ est plus petite que la valeur (TMMg) limite pour laquelle la machine électrique est mise en circuit. T t 8. Dispositif de protection d'une machine (2) électrique d'une surcharge, caractérisé en ce qu'il comprend une unité (8) d'exploitation pour déterminer une grandeur (TMM) caractéristique thermique instantanée de la machine (2) à partir du courant (I) électrique qui y passe à l'aide du modèle thermique, et une mémoire (12) de mémorisation de la courbe en fonction du temps du courant (I) électrique passant dans la machine (2) au moins d'un instant (tstarti) où la machine est mise en circuit, à un instant (tmaxi) où la grandeur (TMM) caractéristique thermique instantanée atteint une valeur (TMMmax) maximum et une unité (14) de calcul d'une valeur (TMMmin) de seuil de la grandeur (TMM) caractéristique thermique à partir des valeurs (I) de courant mémorisées à l'aide du modèle thermique qui ne doit pas être atteinte après une mise hors circuit de la machine (2) pour exclure toute surcharge de la machine (2) lors d'une remise en circuit. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif (16) de comparaison de la grandeur (TMM) caractéristique thermique instantanée à cette valeur (TMMmin) de seuil et d'émission d'un signal (B) de commande en fonction du résultat de cette comparaison. 10. Dispositif suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que on détermine dans l'unité (14) de calcul à partir de la valeur (TMMmin) de seuil à l'aide du modèle thermique une durée (T) d'attente minimun qui indique combien de temps il faut attendre avant de pouvoir mettre en circuit la machine (2) sans que se produise une surcharge. 11. Dispositif suivant l'un des revendications 8 à 10 caractérisé par un logiciel mis en oeuvre dans l'unité (8, 14) d'exploitation et de calcul pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 4 à 7.