Brevet FR2907281A1 — publié le 20080418

Procédé et système de détection d'erreurs de câblage entre un démarreur et un moteur électrique La présente invention se rapporte à un procédé et un système de commande d'un moteur électrique asynchrone. Le procédé et le système de commande selon l'invention permettent plus particulièrement de détecter les erreurs de câblage entre le moteur électrique et son démarreur. Un moteur électrique asynchrone peut être commandé par un démarreur de plusieurs façons. Le câblage entre le moteur et le démarreur peut notamment être réalisé en étoile ou en triangle. Il existe la configuration triangle-ligne et la configuration triangle-enroulements. Dans la configuration triangle-enroulements, les groupements de thyristors du démarreur sont branchés en série directement dans les trois branches de la configuration triangle des enroulements du moteur. Dans la configuration triangle-enroulements, les câbles à brancher sont au nombre de six. Trois câbles permettent de connecter les sorties du démarreur aux entrées du moteur et trois câbles permettent de boucler les sorties du moteur sur les trois phases du réseau électrique d'alimentation. Cette configuration est simple à réaliser, cependant lorsque le moteur et le démarreur ne sont pas à proximité l'un de l'autre, des erreurs de câblage sont fréquentes. L'une des erreurs consiste par exemple à inverser deux phases. Une autre erreur consiste par exemple à mettre un ou plusieurs enroulements du moteur en court-circuit. Les brevets US 6,038,114, US 6,426,603 et US 6,304,053 décrivent des méthodes de détection des erreurs de câblage entre un démarreur et un moteur. La détection est réalisée à partir des tensions mesurées aux bornes des interrupteurs de commande du démarreur. Le but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un moteur électrique permettant de diagnostiquer les erreurs de câblage éventuelles entre le moteur et son démarreur. Ce but est atteint par un procédé de commande d'un moteur électrique asynchrone comportant trois enroulements répartis sur trois branches configurées en 2907281 2 triangle, le moteur étant commandé par un démarreur comportant des semi-conducteurs de puissance branchés en série directement dans les trois branches de la configuration en triangle des enroulements du moteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 5 application d'une tension dans une première branche du triangle, après un retard à l'amorçage, amorçage du semi-conducteur de la première branche, mesure du courant électrique généré dans la première branche lors de l'amorçage, 10 détermination de la configuration du câblage de la première branche en fonction du courant électrique mesuré. Selon une première variante de réalisation, l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un premier retard à l'amorçage, le procédé de commande selon l'invention comprenant également : un second amorçage du semi-conducteur de la première branche réalisé après un second retard à l'amorçage distinct du premier retard à l'amorçage, une mesure du courant électrique généré lors du second amorçage, la détermination de la configuration du câblage de la première branche étant réalisée par comparaison entre une valeur maximale du courant électrique mesuré lors du premier amorçage et une valeur maximale du courant électrique mesuré lors du second amorçage. Selon une seconde variante de réalisation, la détermination de la configuration du câblage de la première branche est réalisée par comparaison entre 25 le courant nominal du moteur et une valeur maximale du courant électrique mesuré lors de l'amorçage après un retard à l'amorçage d'une valeur déterminée. Dans cette seconde variante, la valeur du retard à l'amorçage correspond par exemple à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal du moteur lorsque la 30 première branche est correctement câblée. 15 20 2907281 3 Selon une troisième variante de réalisation, l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un retard à l'amorçage initial, et le procédé comprend en plus : plusieurs amorçages successifs du semi-conducteur de la première branche en faisant varier à chaque fois le retard à l'amorçage jusqu'à obtenir un retard à l'amorçage final pour lequel le courant électrique maximal mesuré est sensiblement égal au courant nominal, la détermination de la configuration du câblage de la première branche étant réalisée par comparaison entre le retard à l'amorçage initial et le retard à l'amorçage final. Dans cette troisième variante de réalisation, la valeur du retard à l'amorçage initial correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal du moteur lorsque la première branche est correctement câblée. 15 Le procédé de commande selon l'invention est par exemple mis en oeuvre successivement sur chacune des trois branches de la configuration en triangle des enroulements du moteur. Le but défini ci-dessus est également atteint par un système de commande 20 d'un moteur électrique asynchrone comportant trois enroulements répartis sur trois branches configurées en triangle, le moteur étant commandé par un démarreur comportant des semi-conducteurs de puissance branchés en série directement dans les trois branches de la configuration en triangle des enroulements du moteur, ledit système comprenant : 25 des moyens pour appliquer une tension dans une première branche du triangle, des moyens de commande pour effectuer un amorçage du semi-conducteur de la première branche après un retard à l'amorçage, des moyens pour mesurer un courant électrique généré dans la première 30 branche lors de l'amorçage, des moyens de traitement pour déterminer la configuration du câblage de la première branche en fonction du courant électrique mesuré. 5 10 2907281 4 Selon une première variante de réalisation, l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un premier retard à l'amorçage, le système comprenant en plus : des moyens de commande pour effectuer un second amorçage du semi-conducteur de la première branche réalisé après un second retard à l'amorçage distinct du premier retard à l'amorçage, des moyens pour mesurer un courant électrique généré lors du second amorçage, les moyens de traitement effectuant une comparaison entre une valeur maximale du courant électrique mesuré lors du premier amorçage et une valeur maximale du courant électrique mesuré lors du second amorçage en vue de déterminer la configuration du câblage de la première branche. Selon une seconde variante de réalisation, les moyens de traitement effectuent une comparaison entre le courant nominal du moteur et une valeur 15 maximale du courant électrique mesuré lors de l'amorçage après un retard à l'amorçage d'une valeur déterminée pour déterminer la configuration du câblage de la première branche. Dans cette seconde variante de réalisation, la valeur du retard à l'amorçage correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche 20 lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal du moteur lorsque la première branche est correctement câblée. Selon une troisième variante de réalisation, l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un retard à l'amorçage 25 initial, et le système comprend en plus : des moyens de commande pour effectuer plusieurs amorçages successifs du semi-conducteur de la première branche en faisant varier à chaque fois le retard à l'amorçage jusqu'à ce qu'à obtenir un retard à l'amorçage final pour lequel le courant électrique maximal mesuré est 30 sensiblement égal au courant nominal, 5 10 2907281 5 les moyens de traitement effectuant une comparaison entre le retard à l'amorçage initial et le retard à l'amorçage final pour déterminer la configuration du câblage de la première branche. 5 Dans cette troisième variante de réalisation, la valeur du retard à l'amorçage initial correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal du moteur lorsque la première branche est correctement câblée. 10 D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente schématiquement le moteur et le démarreur correctement câblés pour obtenir une configuration triangle dans laquelle 15 les thyristors du démarreur sont branchés en série directement dans les trois branches des enroulements du moteur. La figure 2 représente la configuration en triangle résultant du câblage montré en figure 1. La figure 3 représente schématiquement le moteur et le démarreur 20 connectés par un mauvais câblage. La figure 4A représente la configuration en triangle résultant du mauvais câblage représenté en figure 3. Les figures 4B à 4E représentent différentes configurations dans lesquelles le câblage entre le moteur et le démarreur est mauvais. La figure 5 représente un premier algorithme mis en oeuvre dans le procédé de commande de l'invention pour détecter les erreurs de câblage entre le moteur et le démarreur. La figure 6 représente un deuxième algorithme mis en oeuvre dans le procédé de commande de l'invention pour détecter les erreurs de câblage entre le moteur et le démarreur. 25 30 2907281 6 La figure 7 représente un troisième algorithme mis en oeuvre dans le procédé de commande de l'invention pour détecter les erreurs de câblage entre le moteur et le démarreur. La figure 8 représente un diagramme sur lequel sont reportées les courbes de tension V12 et V13 ainsi que le courant résultant généré pour un retard à l'amorçage x donné. La figure 9 représente les courbes Imax = f(x). La courbe en trait plein est celle obtenue lorsque le câblage d'une branche est correct. La courbe en pointillés représente celle obtenue lorsque le câblage de la branche est mauvais. Le diagramme fait également apparaître la courbe lmax=lnom en trait plus épais. De manière connue, un moteur électrique M asynchrone comporte trois enroulements U, V, W répartis sur trois branches par exemple configurées en triangle. 15 La commande d'un moteur asynchrone M est par exemple réalisée par un démarreur D connecté au moteur M. Un démarreur D comporte pour sa part des bras Ti, T2, T3 de semi-conducteurs de puissance constitués sur chaque phase d'au moins deux thyristors montés tête bêche. Sur les figures annexées, les thyristors sont représentés par des interrupteurs. 20 La connexion entre le moteur M et le démarreur D peut être réalisée de plusieurs façons. L'une des façons consiste à placer les bras de thyristors Ti, T2, T3 du démarreur D dans les enroulements U, V, W du moteur M (figure 1). Selon ce câblage, chaque bras de thyristors Ti, T2, T3 du démarreur D est connecté en série d'un enroulement distinct du moteur M. 25 Pour réaliser ce câblage entre le moteur M et le démarreur D, six câbles Cl, C2, C3, C4, C5, C6 sont branchés entre le moteur M et le démarreur D. En référence à la figure 2, à l'aide des trois câbles Cl, C2, C3, les sorties du démarreur D sont connectées aux entrées U1, V1 et W1 du moteur M et à l'aide des trois autres câbles C4, C5, C6, les sorties W2, U2 et V2 du moteur M sont bouclés respectivement sur 30 les trois phases L1, L2 et L3 du réseau S électrique d'alimentation. Les phases du réseau électrique d'alimentation sont reliées à l'entrée du démarreur. Elles sont notées par convention L1, L2, L3 dans l'ordre de câblage sur les bras de thyristors Ti, T2, T3. le bras de thyristors Ti est donc branché sur la 5 10 2907281 7 phase L1, le bras de thyristors T2 est relié à la phase L2 et le bras de thyristors T3 est relié à la phase L3. Il est évident que les phases réelles du réseau d'alimentation correspondent aux phases L1, L2, L3 à une permutation des indices près. Dans le moteur M, un premier enroulement U est situé entre les bornes U1 et 5 U2, un second enroulement V entre les bornes V1 et V2 et un troisième enroulement W entre les bornes W l et W2. L'une des erreurs de câblage consiste par exemple à inverser deux phases. On obtient alors la configuration dite "mauvais triangle" représentée en figures 3 et 4A dans laquelle les phases L2 et L3 sont inversées. Plus précisément, dans cette 10 configuration "mauvais triangle", la sortie W2 du moteur M est bouclée sur la phase L2 du réseau, la sortie U2 du moteur est connectée sur la phase L3 et la sortie V2 du moteur est connectée sur la phase L1 du réseau. L'inversion des phases L2 et L3 a inévitablement une incidence sur l'amorçage du bras de thyristors Ti. En effet, de manière connue, le bras de thyristors Ti est amorcé après un retard à l'amorçage x 15 déterminé à partir du passage à zéro de la tension composée V12 appliquée sur la branche de la configuration en triangle située entre les phases L1 et L2. Or si à cause d'une erreur de câblage, la tension appliquée n'est pas V12 mais en fait V13, c'est-àdire la tension appliquée entre les phases L1 et L3, l'appel de courant obtenu à l'amorçage du bras de thyristors Ti ne sera pas celui attendu. 20 La figure 8 permet d'expliquer ce principe. Si le câblage est correct, après le retard à l'amorçage x, la tension V12 est faible ce qui engendre un faible appel de courant dans le bras de thyristors Ti (courbe 4, figure 8). En revanche si le câblage est mauvais, la tension aux bornes du bras de thyristors n'est pas V12 mais en fait V13 et après le retard à l'amorçage x, cette tension V13 est proche de son maximum 25 créant un fort appel de courant (courbe 5, figure 8) à travers le bras de thyristors Ti pouvant engendrer des dysfonctionnements dans le démarreur D et provoquer des détériorations dans le moteur M. Les figures 4B à 4E montrent d'autres erreurs de câblage possibles entre le moteur M et le démarreur D. En figure 4B, l'enroulement U est en court-circuit. En 30 figure 4C, l'enroulement V est en court circuit. En figure 4D, l'enroulement W est en court-circuit. En figure 4E, tous les enroulements U, V, W du moteur M sont en court-circuit. Le procédé et le système de commande selon l'invention permettent de détecter les erreurs de câblage lors d'une phase de diagnostic. Cette phase de 2907281 8 diagnostic peut être initiée par exemple automatiquement avant chaque démarrage du moteur M ou uniquement avant un premier démarrage du moteur M. Elle peut également être initiée volontairement par l'utilisateur par exemple après le câblage du démarreur D sur le moteur M. 5 Le système de commande comporte des moyens de traitement 11 couplés à des moyens de commande 10 des bras de thyristors Ti, T2, T3, à des moyens de mémorisation et à des moyens de mesure de courant 12 traversant chaque branche de la configuration triangle (figure 2). Le diagnostic est par exemple réalisé branche après branche. Une première solution pour détecter les erreurs de câblage consiste grâce aux moyens de traitement 11 du système de commande à dérouler l'algorithme représenté en figure 5. Cet algorithme comprend les étapes suivantes : Pendant une certaine durée, par exemple inférieure à deux périodes (2T), le bras de thyristors Ti de la première branche est commandé à l'amorçage par les moyens de commande 10, après un retard à l'amorçage déterminé xl par exemple égal à 14 . Puis pendant une seconde durée par exemple comprise entre 2T et 4T, le même bras de thyristors Ti est commandé à l'amorçage par les moyens de commande 10, après un retard à l'amorçage x2 déterminé, distinct de xl et par exemple égal à 50 . Avant d'effectuer un diagnostic sur le câblage de cette première branche du triangle, les bras des thyristors Ti, T2 et T3 sont ensuite commandés en blocage. 25 A l'aide d'un capteur de courant, le courant traversant le bras de thyristors Ti est mesuré lors de chacun des deux amorçages. les maxima de courant 11 et 12 ayant traversé le bras de thyristors Ti à chaque amorçage sont ensuite déterminés grâce à un détecteur de courant et sont mémorisés dans les moyens de mémorisation. 30 Grâce aux moyens de traitement 11, les deux maxima 11, 12 de courant obtenus sont comparés afin de déterminer si le câblage de la première branche du triangle est correct ou erroné. La détermination de la 10 15 20 2907281 9 configuration du câblage est réalisée par les moyens de traitement 11 selon les principes suivants : si 11>12, cela signifie que le câblage de la première branche est correct, 5 si I1 Imax(50 ) tandis que pour la mauvaise configuration (courbe 2) Imax(14 ) 3 cela signifie que le câblage de la première branche est mauvais, si 17 est proche de Inom, par exemple si 17/Inom 0.1, cela signifie que le câblage de la première branche est correct, 2907281 11 si 17 est très inférieur à Inom, par exemple si 17/Inom REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur électrique asynchrone (M) comportant trois enroulements (U, V, W) répartis sur trois branches configurées en triangle, le moteur (M) étant commandé par un démarreur (D) comportant des semi-conducteurs de puissance branchés en série directement dans les trois branches de la configuration en triangle des enroulements du moteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : application d'une tension dans une première branche du triangle, après un retard à l'amorçage, amorçage du semi-conducteur de la première branche, mesure du courant électrique généré dans la première branche lors de l'amorçage, détermination de la configuration du câblage de la première branche en fonction du courant électrique mesuré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un premier retard à l'amorçage (x1), et en ce qu'il comprend en plus : un second amorçage du semi-conducteur de la première branche réalisé après un second retard à l'amorçage (x2) distinct du premier retard à l'amorçage, une mesure du courant électrique généré lors du second amorçage, et en ce que la détermination de la configuration du câblage de la première branche est réalisée par comparaison entre une valeur maximale (11, 13, 15) du courant électrique mesuré lors du premier amorçage et une valeur maximale (12, 14, 16) du courant électrique mesuré lors du second amorçage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination 30 de la configuration du câblage de la première branche est réalisée par 25 2907281 15 comparaison entre le courant nominal (Inom) du moteur (M) et une valeur maximale du courant électrique (17, 18, 19) mesuré lors de l'amorçage après un retard à l'amorçage (x) d'une valeur déterminée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur du 5 retard à l'amorçage correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal (Inom) du moteur (M) lorsque la première branche est correctement câblée. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un retard à l'amorçage initial (x0), et en ce qu'il comprend en plus : plusieurs amorçages successifs du semi-conducteur de la première branche en faisant varier à chaque fois le retard à l'amorçage (x) jusqu'à obtenir un retard à l'amorçage final (xf) pour lequel le courant électrique maximal (110) mesuré est sensiblement égal au courant nominal (Inom), et en ce que: la détermination de la configuration du câblage de la première branche est réalisée par comparaison entre le retard à l'amorçage initial (x0) et le retard à l'amorçage final (xf). 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur du retard à l'amorçage initial (x0) correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal (Inom) du moteur (M) lorsque la première branche est correctement câblée. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre successivement sur chacune des trois branches de la configuration en triangle des enroulements (U, V, W) du moteur (M). 8. Système de commande d'un moteur électrique asynchrone (M) comportant trois enroulements (U, V, W) répartis sur trois branches configurées en triangle, le moteur (M) étant commandé par un démarreur (D) comportant des semi-conducteurs de puissance branchés en série directement dans les trois 10 15 20 2907281 16 branches de la configuration en triangle des enroulements (U, V, W) du moteur (M), ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour appliquer une tension dans une première branche du triangle, 5 des moyens de commande (10) pour effectuer un amorçage du semi-conducteur de la première branche après un retard à l'amorçage (x), des moyens (12) pour mesurer un courant électrique généré dans la première branche lors de l'amorçage, des moyens de traitement (11) pour déterminer la configuration du câblage de la première branche en fonction du courant électrique mesuré. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que : l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un premier retard à l'amorçage (x1), et en ce qu'il comprend en plus : des moyens de commande (10) pour effectuer un second amorçage du semi-conducteur de la première branche réalisé après un second retard à l'amorçage (x2) distinct du premier retard à l'amorçage (x1), des moyens (12) pour mesurer un courant électrique généré lors du 20 second amorçage, et en ce que les moyens de traitement (11) effectuent une comparaison entre une valeur maximale (11, 13, 15) du courant électrique mesuré lors du premier amorçage et une valeur maximale (12, 14, 16) du courant électrique mesuré lors du second amorçage pour déterminer la 25 configuration du câblage de la première branche. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement (11) effectuent une comparaison entre le courant nominal (Inom) du moteur (M) et une valeur maximale (17, 18, 19) du courant électrique mesuré lors de l'amorçage après un retard à l'amorçage d'une valeur déterminée pour 30 déterminer la configuration du câblage de la première branche. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la valeur du retard à l'amorçage correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré 10 15 2907281 17 dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal (Inom) du moteur (M) lorsque la première branche est correctement câblée. 12. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'amorçage du semi-conducteur de la première branche est un premier amorçage réalisé après un retard à l'amorçage initial (x0), et en ce qu'il comprend en plus : des moyens de commande (10) pour effectuer plusieurs amorçages successifs du semi-conducteur de la première branche en faisant varier à chaque fois le retard à l'amorçage (x) jusqu'à ce qu'à obtenir un retard à l'amorçage final (xf) pour lequel le courant électrique maximal mesuré (110) est sensiblement égal au courant nominal, et en ce que : les moyens de traitement (11) effectuent une comparaison entre le retard à l'amorçage initial (x0) et le retard à l'amorçage final (xf) pour déterminer la configuration du câblage de la première branche. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la valeur du retard à l'amorçage initial (x0) correspond à celle pour laquelle le courant maximal mesuré dans la première branche lors de l'amorçage est théoriquement égal au courant nominal (Inom) du moteur (M) lorsque la première branche est 20 correctement câblée. 5 10 15