Brevet FR2946635A1 — publié le 20101217

La présente invention concerne, de façon générale, les appareils de levage équipés d'un treuil de levage, en particulier les grues à tour. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à un procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage sur de tels appareils. Les grues à tour sont équipées de treuils, entraînés par des moteurs électriques, pour lever les charges. Les moteurs de ces treuils sont alimentés en énergie électrique par l'intermédiaire d'un réseau de distribution électrique, ou d'un générateur électrique autonome. Depuis quelques années, les moteurs électriques des treuils de levage des grues à tour sont pilotés par des convertisseurs de fréquence, pour obtenir une variation continue de la vitesse du treuil, comme décrit par exemple dans le brevet européen EP 1094594 dont le déposant est co-titulaire, et comme évoqué aussi dans le brevet français FR 2858490 au nom du demandeur. Les treuils de levage des grues à tour étant de plus en plus puissants, ceux-ci nécessitent des alimentations électriques elles-mêmes de grande puissance. Comme les grues à tour sont érigées sur des chantiers, en particulier des chantiers de construction de bâtiments, le réseau électrique alimentant ces chantiers peut être provisoire ou précaire, si bien que la puissance disponible sur un tel réseau reste limitée ou incertaine, ou bien il n'existe aucun réseau électrique et il est très onéreux d'utiliser un générateur électrique suffisamment puissant. Dans de telles conditions de puissance inadaptée et notamment insuffisante, l'utilisation des appareils de levage, tels qu'ils sont actuellement conçus, est impossible, ce qui a des conséquences évidentes sur l'avancement des chantiers. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, et elle a donc pour but d'adapter la puissance du treuil de levage à la puissance électrique réellement disponible sur un réseau de distribution, et notamment d'augmenter automatiquement la puissance du treuil si le réseau existant le permet, pour exploiter au mieux la puissance de ce réseau et cela sans intervention de l'utilisateur, en mettant à profit les possibilités offertes par les convertisseurs de fréquence. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage, en particulier d'un treuil de grue à tour, le treuil comprenant un moteur électrique piloté par un convertisseur de fréquence lui-même alimenté par un réseau électrique, le procédé consistant essentiellement : - pendant une phase initiale de levage d'une charge, à peser la charge à soulever, - également pendant la phase initiale de levage de cette charge, à mesurer la tension du réseau électrique d'alimentation, - si la tension mesurée est comprise entre une tension nominale et la tension nominale augmentée d'une valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance égal à un, - si la tension mesurée est supérieure à la tension nominale augmentée de ladite valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance supérieur à un, le coefficient de puissance ainsi défini intervenant pour, le cas échéant, majorer la puissance du treuil de levage. Ainsi, le procédé de l'invention utilise les possibilités du convertisseur de puissance, lequel pilote le moteur électrique du treuil de levage, pour adapter et notamment augmenter, lorsque cela est possible, la puissance mécanique de ce treuil en fonction du réseau d'alimentation, dont la tension est mesurée pour déterminer un coefficient de puissance. L'invention permet donc d'utiliser une grue à tour, connectée à un réseau de distribution électrique, en exploitant ce réseau au maximum de la puissance qu'il peut fournir. En particulier, la puissance disponible pouvant être supérieure de 20 % à la puissance nominale du réseau, on peut profiter d'un tel surplus de puissance disponible pour augmenter la puissance utile du treuil de levage, et cela sans intervention de l'utilisateur, par un processus entièrement automatisé qui est répété à chaque début de levage d'une nouvelle charge. Plus particulièrement, le coefficient de puissance à chaque fois déterminé est stocké dans une mémoire du convertisseur de fréquence, et le poids mesuré de la charge à soulever est multiplié par ce coefficient de puissance mémorisé, pour fournir une valeur éventuellement majorée qui est transmise au treuil de levage, lui imposant, le cas échéant, d'utiliser plus de puissance pour soulever la charge. En d'autres termes, le treuil de levage peut être piloté comme s'il 35 devait soulever une charge fictivement plus lourde que la charge réelle à soulever. La pesée de la charge à soulever, pendant la phase initiale de levage, peut consister à mesurer l'intensité du courant électrique consommé par le moteur du treuil de levage, intensité dont on déduit alors le poids de la charge. La pesée s'effectue ainsi au niveau du convertisseur de fréquence, comme la mesure de la tension du réseau, ce qui rend inutiles tous moyens additionnels de pesage, par exemple au niveau du crochet de levage. La valeur prédéfinie de la tension du réseau électrique d'alimentation, au-delà de laquelle on applique un coefficient de puissance supérieur à un, est par exemple égale à la tension nominale augmentée de 15%. Le coefficient de puissance supérieur à un, éventuellement appliqué, est par exemple un coefficient égal à 1,2. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre de ce procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage. Figure 1 représente, très schématiquement, une grue à tour dont le treuil applique le procédé de la présente invention, Figure 2 est un organigramme illustrant le procédé de l'invention. La figure 1 représente très schématiquement une grue à tour, comprenant un mât 2 et une flèche 3 le long de laquelle se déplace un chariot, sous lequel la charge à soulever 4 est suspendue à un câble de levage 5 par l'intermédiaire d'une moufle et d'un crochet (non représentés). La grue comprend encore un treuil de levage 6, essentiellement composé d'un moteur électrique, d'un réducteur et d'un tambour autour duquel s'enroule le câble de levage 5, le moteur entraînant ainsi en rotation le tambour par l'intermédiaire du réducteur. Le moteur électrique du treuil 6 est piloté par un convertisseur de fréquence 7, à fonction de variateur de vitesse. Le convertisseur de fréquence 7 est lui-même alimenté en énergie électrique par une alimentation électrique 8, laquelle est notamment un réseau de distribution électrique. On suppose ici que la puissance électrique P et/ou la tension électrique V, disponibles sur ce réseau pour alimenter la grue concernée, sont variables de sorte qu'il convient d'adapter la puissance du treuil 6 à la puissance disponible, en tenant compte du poids de la charge à soulever 4. On utilise ici les possibilités offertes par le convertisseur de fréquence 7 pour adapter la puissance du treuil 6, en augmentant ou diminuant cette puissance en fonction du réseau (alimentation électrique 8). Pour connaître la puissance nécessaire au levage d'une charge à soulever 4, il est procédé au pesage de la charge 4 pendant la phase initiale de levage, cette étape étant indiquée en 9 sur la figure 2 à l'intérieur du bloc � VARIATEUR �. La pesée de cette charge 4 consiste en une mesure de l'intensité du courant consommé par le moteur électrique du treuil de levage 6, mesure qui fournit la valeur du couple délivré par le moteur, valeur dont on déduit la puissance. Pendant cette phase initiale de levage, comme indiqué dans le bloc 10 de la figure 2, on mesure aussi la tension électrique V du réseau, ceci par un processus automatisé, et on en déduit un coefficient de puissance qui réalise l'adaptation à la puissance disponible sur le réseau : - si la tension mesurée est comprise entre la tension nominale Vo du réseau et cette tension nominale Vo augmentée par exemple de 15 %, le coefficient de puissance est égal à 1,0, - si la tension mesurée est supérieure à la tension nominale Vo augmentée de 15 %, le coefficient de puissance est augmenté et égal par 20 exemple à 1,2. Lorsqu'il est ainsi augmenté, ce coefficient de puissance permet de majorer, dans la même proportion, la puissance délivrée par le treuil de levage 6. En complément, comme indiqué dans le bloc 11 de la figure 2, il est 25 possible d'obtenir une limitation de la puissance consommée, par un paramètre réglable du convertisseur de fréquence 7, dans le cas d'une grue installée sur un site ayant peu de puissance disponible. L'invention permet aussi d'augmenter, de façon automatique par exemple de 20%, la puissance en cas d'utilisation de la grue sur un réseau de 30 distribution électrique avec une tension de 480 volts et une fréquence de 60 Hz (cas des Etats-Unis d'Amérique) au lieu d'un réseau avec une tension de 400 volts et une fréquence de 50 Hz (cas du réseau français). Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, à 35 titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en utilisant tout moyen approprié pour la pesée de la charge ou la détermination de la puissance dans la phase initiale de levage, - en modifiant la valeur de la tension d'alimentation à partir de laquelle le coefficient de puissance utilisé devient supérieur à un, le dépassement de 15 % de la tension nominale n'étant qu'un exemple, de même que la valeur particulière 1,2 pour le coefficient de puissance lui-même, - en destinant le même procédé à des appareils de levage autres que les grues à tour, par exemple en appliquant ce procédé sur des grues mobiles ou sur des ponts roulants. REVENDICATIONS1. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage, en particulier d'un treuil de grue à tour, le treuil (6) comprenant un moteur électrique piloté par un convertisseur de puissance (7) lui-même alimenté par un réseau électrique (8), caractérisé en ce qu'il consiste : - pendant une phase initiale de levage d'une charge, à peser la charge à soulever (4), - également pendant la phase initiale de levage de cette charge (4), à mesurer la tension (V) du réseau électrique d'alimentation (8), - si la tension mesurée (V) est comprise entre une tension nominale (Vo) et la tension nominale augmentée d'une valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance égal à un, - si la tension mesurée (V) est supérieure à la tension nominale (Vo) augmentée de ladite valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance supérieur à un, le coefficient de puissance ainsi défini intervenant pour, le cas échéant, majorer la puissance du treuil de levage (6). 2. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de puissance à chaque fois déterminé est stocké dans une mémoire du convertisseur de fréquence (7), et en ce que le poids mesuré de la charge à soulever (4) est multiplié par ce coefficient de puissance mémorisé, pour fournir une valeur éventuellement majorée qui est transmise au treuil de levage (6), lui imposant, le cas échéant, d'utiliser plus de puissance pour soulever la charge (4). 3. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pesée de la charge à soulever (4), pendant la phase initiale de levage, consiste à mesurer l'intensité du courant électrique consommé par le moteur du treuil de levage (6). 4. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur prédéfinie de la tension (V) du réseau électrique d'alimentation (8), au-delà de laquelle on applique un coefficient de puissance supérieur à un, est égale à la tension nominale (Vo) augmentée de 15 %. 5. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coefficient de puissance supérieur à un, éventuellement appliqué, est un coefficient égal à 1,2.5