FR3164332A1 - Systeme electrique d’actionnement pour vanne motorisee - Google Patents

Abstract

Un système électrique (11) d’actionnement pour une vanne motorisée (1) comprend des moyens de commutation (14) pour établir, maintenir puis interrompre une alimentation électrique d’un moteur (3) de la vanne. Les moyens de commutation comprennent des transistors bipolaires à grilles isolées (IGBT) qui sont agencés pour connecter une source de tension électrique (20) à des bornes (31, 32, 33) d’alimentation du moteur (3) de la vanne, et des moyens de commande (15) sont connectées aux grilles des transistors bipolaires à grilles isolées. Une telle réalisation des moyens de commutation permet de réduire des sur-efforts qui sont subis par la vanne, et réduire par suite une usure de ladite vanne. Le système peut avantageusement comprendre en outre un circuit électrique de dissipation (16) pour arrêter encore plus vite une rotation du moteur, ce qui procure une réduction supplémentaire des sur-efforts.Figure d’abrégé : Figure 3

Description

SYSTEME ELECTRIQUE D’ACTIONNEMENT POUR VANNE MOTORISEE

La présente description concerne un système électrique d’actionnement pour vanne motorisée, ainsi qu’un équipement de contrôle d’un écoulement de fluide. Dans toute la présente description, le terme de vanne désigne aussi bien un organe à état binaire pour autoriser ou bloquer un écoulement de fluide, qu’un robinet à ouverture continue pour ajuster un débit de l’écoulement. En outre, l’acronyme IGBT signifie transistor bipolaire à grille isolée, ou «insulated-gate bipolar transistor» en anglais, qui est un composant semi-conducteur bien connu de l’Homme du métier.

Certaines applications utilisent des vannes qui nécessitent des précautions d’emploi. Tel est le cas, par exemple, de vannes qui sont utilisées dans une centrale nucléaire de production d’électricité, notamment des vannes qui sont dans le circuit de fluide primaire du réacteur nucléaire. Comme montré dansFIG. 1, une telle vanne qui est désignée globalement par la référence 1 comprend un obturateur 2 pour obturer réversiblement une conduite 10 qui contient l’écoulement de fluide, un servomoteur 3 et un système de couplage mécanique 4 qui transmet à l’obturateur le mouvement d’actionnement qui est produit par le servomoteur. Le système de couplage mécanique comprend lui-même un support fixe 5, appelé étrier, qui connecte rigidement le stator du servomoteur à la conduite de fluide, et des éléments mobiles d’entrainement tels qu’une tige de vanne 6 et un coupleur d’entraînement 7 qui convertit la rotation du rotor du servomoteur en déplacement de la tige de vanne.

Lorsqu’une telle vanne est actionnée électriquement, pour la fermer ou pour l’ouvrir, des parties de cette vanne, notamment son système de couplage mécanique, subissent un sur-effort lorsque la rotation du servomoteur s’arrête avec un retard par rapport à l’instant de commande d’arrêt. Ce retard a plusieurs origines, dont un retard d’ouverture d’un contacteur qui est utilisé pour contrôler l’alimentation électrique du servomoteur de la vanne, l’inertie rotationnelle du rotor du servomoteur ainsi que l’auto-induction des bobines du servomoteur. Le retard d’ouverture du contacteur est intrinsèque à son fonctionnement électromécanique. Il est dû notamment à l’inertie de pièces mobiles internes au contacteur qui établissent et interrompent le contact d’alimentation électrique, à la raideur de ressorts internes au contacteur et au comportement auto-inductif d’une bobine du contacteur. Le diagramme deFIG. 2montre la variation de l’intensité relative du sur-effort qui est subi par la vanne lors de la coupure de l’alimentation électrique de son servomoteur, en fonction du retard d’ouverture du contacteur. L’axe vertical repère l’intensité relative du sur-effort notée T exprimée en pourcents, et l’axe horizontal repère les valeurs du retard d’ouverture du contacteur, noté R et exprimé en seconde (s). Typiquement, un retard d’ouverture du contacteur de 60 ms (milliseconde) cause un sur-effort d’environ 14%. La variation de l’intensité relative du sur-effort en fonction du retard d’ouverture du contacteur est presque linéaire, avec une faible composante parabolique additionnelle. Des actionnements successifs de la vanne qui répètent chacun le sur-effort provoquent une usure prématurée de la vanne, voire une rupture de celle-ci, le plus souvent une rupture de son système de couplage mécanique. Pour réduire le sur-effort qui est subi par la vanne, au moins un capteur de contrainte 8 (voirFIG. 1) est disposé usuellement sur des parties critiques de la vanne, par exemple son système de couplage mécanique 4 et/ou sur une butée de fin de course de l’obturateur 2. Il est alors important de pouvoir interrompre une rotation en cours du servomoteur de la vanne à capteur de contrainte avec un retard qui est minimal par rapport à un instant auquel un sur-effort est détecté.

La référence 11 dansFIG. 1désigne un module électrique de puissance qui est utilisé pour alimenter électriquement la vanne 1 à partir d’une source de tension électrique 20. Ce module de puissance 11 contient le contacteur mentionné ci-dessus et désigné par la référence 13, un circuit 15 de commande de ce contacteur, un circuit de protection 16 du servomoteur 3 contre des surtensions ainsi qu’une carte numérique 17 de déclenchement d’arrêt. Le module de puissance 11 peut posséder un format de tiroir de puissance à insérer dans une armoire électrique. Un signal de mesure d’amplitude de contrainte est alors transmis par chaque capteur de contrainte 8 au circuit de commande 15, pour que ce dernier déclenche un arrêt de l’alimentation électrique du servomoteur en cas de contrainte mesurée qui est trop élevée.

A ce jour, les contacteurs électromécaniques les plus rapides présentent des valeurs de retard d’ouverture de l’ordre de 20 ms. Ces valeurs sont trop élevées pour de nombreuses applications de vannes à capteur de sur-effort, notamment pour de telles vannes qui sont utilisées dans une usine nucléaire de production d’électricité. Il est alors nécessaire d’augmenter la fréquence de vérification et de maintenance de ces vannes pour atteindre le niveau de fiabilité requis.

Problème technique

A partir de cette situation, un but de la présente invention est d’augmenter la durée de vie d’une vanne motorisée qui est actionnée électriquement, notamment d’une vanne motorisée à capteur de contrainte.

Un but complémentaire de l’invention est de réduire un sur-effort qui est subi par la vanne motorisée lorsqu’elle est actionnée.

Un autre but de l’invention est de raccourcir un retard de coupure d’alimentation électrique qui intervient dans la commande d’une vanne motorisée.

Un autre but encore de l’invention consiste à dissiper une énergie qui est contenue dans un moteur en fonctionnement afin d’arrêter plus vite une rotation du moteur.

Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un nouveau système électrique d’actionnement pour une vanne motorisée, qui comprend des moyens de commutation pour établir, maintenir puis interrompre une alimentation électrique d’un moteur de la vanne à partir d’une source de tension électrique, et des moyens de commande adaptés pour activer les moyens de commutation. Selon l’invention, les moyens de commutation comprennent des transistors bipolaires à grilles isolées, ou transistors IGBT, qui sont agencés pour connecter électriquement, pendant une utilisation du système pour actionner la vanne, la source de tension électrique à des bornes d’alimentation du moteur de la vanne à travers des chemins de conduction électrique des transistors bipolaires à grilles isolées. De plus, des sorties électriques des moyens de commande sont connectées aux grilles des transistors bipolaires à grilles isolées.

Ainsi, les moyens de commande contrôlent l’établissement, le maintien puis l’arrêt de l’alimentation électrique du moteur de la vanne à partir la source de tension électrique, par l’intermédiaire des transistors IGBT en remplacement du contacteur électromécanique utilisé avant l’invention. Grâce à cela, le délai de coupure de l’alimentation électrique du moteur de la vanne dépend de la vitesse de commutation des transistors IGBT, et peut être réduit ainsi dans une large mesure, notamment jusqu’à des valeurs de l’ordre de 0,15 ms. L’alimentation électrique peut ainsi être coupée plus rapidement dès qu’un sur-effort est détecté dans la vanne, en évitant que ce sur-effort se prolonge avant que la coupure de l’alimentation électrique soit effective. L’usure de la vanne est ainsi réduite par le système électrique d’actionnement de l’invention, et la durée de vie de la vanne est augmentée en conséquence.

Dans des réalisations possibles de l’invention, le système de l’invention peut être adapté pour une source de tension électrique de type source alternative, et pour que pendant l’utilisation de ce système, des bornes de la source de tension électrique soient reliées une à une aux bornes d’alimentation du moteur de la vanne à travers les chemins de conduction électrique de deux transistors bipolaires à grilles isolées qui sont connectés en série avec des sens de conduction opposés à l’intérieur de branches de commutation séparées. Pour de telles réalisations, le système comprend en outre une diode respective pour chacun des deux transistors bipolaires à grilles isolées de chaque branche de commutation, cette diode étant connectée en parallèle avec le transistor bipolaire à grille isolée correspondant de sorte que ce transistor bipolaire à grille isolée et cette diode aient des sens de conduction respectifs qui sont opposés.

De façon préférée, le système de l’invention peut être agencé et dimensionné pour être inséré dans une armoire de distribution de puissance électrique, notamment sous forme d’un tiroir de puissance qui est câblé pour fournir au moteur de la vanne une puissance électrique triphasée à 380 V (volt) de tension interphase, appropriée pour actionner la vanne.

Dans des réalisations préférées du système électrique d’actionnement de l’invention, ce système peut comprendre en outre un circuit électrique de dissipation qui est agencé pour être connecté aux bornes d’alimentation du moteur de la vanne, en parallèle avec des bobines de ce moteur. Ce circuit électrique de dissipation est adapté pour absorber électriquement au moins une partie d’une quantité d’énergie qui est libérée par le moteur lorsque son alimentation électrique est interrompue. Autrement dit, le circuit électrique de dissipation permet d’arrêter encore plus vite une rotation du moteur, ce qui procure une réduction supplémentaire des sur-efforts.

Selon une constitution possible et avantageuse du circuit électrique de dissipation, celui-ci peut comprendre :
- des branches de pont redresseur à diodes, une branche de pont redresseur par borne d’alimentation du moteur ;
- une branche à fonction de limitation de tension, de préférence comprenant une diode Zener ;
- au moins une branche à fonction de freinage capacitif, comprenant un condensateur ;
- au moins une branche de décharge comprenant une résistance de décharge ; et
- au moins une branche à fonction de freinage résistif, comprenant une résistance de freinage et un interrupteur commandé qui est connecté en série avec la résistance de freinage pour contrôler un fonctionnement de freinage résistif.

De façon générale pour l’invention, le système peut comprendre en outre un circuit numérique qui est adapté pour transmettre des ordres d’établissement et d’interruption d’alimentation électrique aux moyens de commande, et pour recevoir des signaux de retour relatifs à une exécution de chacun de ces ordres, et de préférence aussi des signaux indicateurs de courants électriques transmis au moteur de la vanne qui sont supérieurs à une limite. Lorsqu’un circuit électrique de dissipation est utilisé, le circuit numérique peut être adapté en outre pour contrôler un fonctionnement du circuit électrique de dissipation à chaque interruption de l’alimentation électrique du moteur de la vanne.

Aussi de façon générale pour l’invention, les moyens de commande peuvent être adaptés en outre pour recevoir des signaux de mesure de contrainte qui sont transmis par au moins un capteur de contrainte de la vanne pendant l’utilisation du système pour actionner cette dernière, et pour commander les moyens de commutation afin d’interrompre l’alimentation électrique du moteur de la vanne lorsque les signaux de mesure indiquent des contraintes supérieures à un seuil. L’apparition de sur-efforts excessifs dans la vanne est ainsi évitée. Notamment, un fonctionnement du circuit électrique de dissipation peut avantageusement être contrôlé par le circuit numérique lorsque les signaux de mesure indiquent que les contraintes mesurées sont supérieures au seuil.

Encore de façon générale pour l’invention, les moyens de commande, et le circuit numérique le cas échéant, peuvent de préférence être constitués à partir de composants non-programmables, en étant dépourvus de composants programmables. Un suivi de qualification du système est ainsi simplifié, puisqu’il peut être limité à une procédure de qualification initiale. Une telle précaution est particulièrement avantageuse lorsque l’exigence de qualification est stricte, comme c’est le cas notamment pour une application de l’invention dans le cadre d’une centrale nucléaire de production d’électricité.

Un second aspect de l’invention propose un équipement de contrôle d’un écoulement de fluide, qui comprend :
- une source de tension électrique ;
- un système qui est conforme au premier aspect de l’invention ; et
- une vanne motorisée comprenant un moteur,
dans lequel les moyens de commutation du système relient la source de tension électrique à des bornes d’alimentation du moteur de la vanne.

En particulier, la vanne motorisée peut comprendre au moins un capteur de contrainte, et l’équipement peut alors être configuré de sorte que pendant un actionnement de la vanne, le système déclenche une interruption de l’alimentation électrique du moteur de la vanne lorsque le capteur de contrainte produit des signaux de mesure qui indiquent des contraintes supérieures à un seuil.

Dans un tel équipement conforme à l’invention, la source de tension électrique peut être de type triphasé à 380 V de tension interphase, et le système agencé et dimensionné pour être inséré dans une armoire de distribution de puissance électrique.

Enfin, un équipement conforme à l’invention peut être installé pour contrôler un circuit de fluide d’une usine de production d’électricité, notamment d’une centrale nucléaire.

Brève description des figures

Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

FIG. 1, déjà décrite, représente les éléments principaux d’une vanne motorisée ;

FIG. 2, déjà décrite, est un diagramme de variation d’intensité d’un sur-effort qui est subi par une vanne conforme àFIG. 1, en fonction d’un délai d’ouverture d’un contacteur utilisé pour alimenter électriquement la vanne ;

FIG. 3est un schéma général d’un équipement conforme à l’invention, pour contrôler un écoulement de fluide ; et

FIG. 4est un schéma électrique d’un système d’actionnement de vanne qui peut être utilisé dans l’équipement deFIG. 3.

Description détaillée de l’invention

Pour raison de clarté, les dimensions d’éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, certains de ces éléments ne sont représentés que symboliquement, et des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.

A titre d’illustration mais sans effet de limitation, le mode de réalisation de l’invention qui est décrit en détail maintenant reprend la structure d’équipement deFIG. 1, dans le cas d’un servomoteur 3 qui est du type asynchrone triphasé alimenté avec 380 V (volt) de tension interphase. L’invention consiste à remplacer le contacteur électromécanique 13 par des moyens de commutation 14 à base d’IGBT, comme décrit ci-dessous, et à utiliser en plus, optionnellement, un circuit de protection 16 qui est enrichi d’une fonction de dissipation d’énergie. Cette fonction de dissipation d’énergie est destinée à être effective à chaque interruption de l’alimentation électrique du servomoteur 3 de la vanne 1, et constitue un freinage électrique pour le servomoteur.

FIG. 3montre une réalisation de l’invention sous la forme d’un nouveau module de puissance 11 à utiliser pour actionner la vanne 1. Ce nouveau module de puissance 11 peut être de l’un des types N660 ou N680 pour être inséré dans une armoire électrique Normabloc^®, bien connue de l’Homme du métier. Il constitue le système électrique d’actionnement de la vanne motorisée tel qu’introduit dans la partie générale de la présente description, et l’association de ce module de puissance 11 avec la source de tension électrique 20 et la vanne motorisée 1 constitue l’équipement de contrôle d’un écoulement de fluide. Les références 21, 22 et 23 désignent les trois bornes de la source de tension électrique 20, qui délivrent deux-à-deux les tensions électriques alternatives de 380 V-crête décalées en phase de 120°, et les références 31, 32 et 33 désignent les trois bornes d’alimentation du servomoteur 3 de la vanne 1.

Dans la réalisation de l’invention qui est décrite en détail ci-dessous, le module de puissance 11 contient les éléments suivants :
- une ou plusieurs carte(s) de commutation 14, qui porte(nt) les transistors IGBT utilisés pour connecter chaque bobine de stator du servomoteur 3 à l’une des sorties 21, 22, 23 de la source de tension électrique 20. Chaque connexion qui est ainsi réalisée entre l’une des bobines de stator et l’une des sorties 21, 22, 23 de la source 20 est appelée branche de commutation, correspondant aux moyens de commutation mentionnés dans la partie générale de la présente description ;
- une ou plusieurs carte(s) de commande 15 pour contrôler les transistors IGBT de chaque carte de commutation 14, et qui constitue(nt) les moyens de commande mentionnés dans la partie générale de la présente description ;
- une carte de protection 16, qui produit aussi la fonction de freinage électrique pour le servomoteur 3 ; et
- une carte numérique 17, qui contient un circuit numérique pour contrôler le fonctionnement de la carte de protection 16, afin de produire la fonction de freinage électrique.
D’une façon qui est usuelle dans ce domaine technique, les entrées et sorties de signaux de chaque carte de commande 15 et de la carte numérique 17 sont pourvues d’interfaces d’isolation galvanique, par exemple de type électro-optique et notées E/O. En outre, selon un mode usuel de conception, au moins une paire comprenant une carte de commutation 14 et une carte de commande 15 qui lui est associée, est dédiée séparément à chaque branche de commutation. Ainsi, l’exemple représenté dansFIG. 3etFIG. 4montre une configuration à cinq branches de commutation.

La ou les carte(s) de commutation 14 porte(nt) en outre une résistance de shunt SH pour chaque branche de commutation, qui est connectée en série avec les transistors IGBT de cette branche de commutation. Ces résistances SH permettent de contrôler les courants électriques qui sont transmis aux bobines du servomoteur 3, pour confirmer les fonctionnements de commutation des transistors IGBT et aussi pour détecter des intensités excessives qui pourraient survenir pour ces courants.

Dans chaque carte de commande 15, LOG15 désigne un circuit logique, DR pour «driver» en anglais désigne un composant de commande qui est connecté à la grille d’un des transistors IGBT des cartes de commutation 14, AMP1 désigne un amplificateur qui est disposé pour amplifier une tension électrique existant au niveau d’une des résistances SH, et COMP1 désigne un comparateur à seuil qui permet de détecter des situations d’intensité excessive pour le courant qui est transmis par la branche de commutation correspondante. Les circuits logiques LOG15 sont configurés pour piloter les composants de commande DR en fonction de signaux de surintensité OCP, pour «over-current protection» en anglais, qui sont délivrés par les comparateurs COMP1 et d’une consigne d’alimentation ou de non-alimentation notée ON/OFF qui est délivrée par la carte numérique 17.

Dans la carte numérique 17, LOG17 désigne un autre circuit logique qui est configuré pour transmettre la consigne d’alimentation ou de non-alimentation ON/OFF à chaque carte de commande 15, en fonction de signaux de requête RQ d’actionnement de la vanne 1 qui sont reçus de la part d’un pilote applicatif 12, et des signaux de sur-courant OCP. Le circuit logique LOG17 transmet en outre à la carte de protection et de freinage électrique 16 au moins un signal d’activation de la fonction de freinage électrique.

De préférence, chaque carte de commande 15 et la carte numérique 17 sont constituées uniquement à partir de composants non-programmables tels que des amplificateurs opérationnels, des comparateurs et des portes logiques analogiques, sans utiliser de composants programmables, ni d’appareils numériques à fonctionnalités limitées connus sous l’acronyme ANFL et tels que définis dans la norme IEC 62671 de la Commission Electronique Internationale (ISBN 978-2-83220-630-0).

Pour l’application de l’invention à une vanne motorisée à capteur de contrainte qui est décrite ici, chaque carte de commande 15 possède au moins une voie de contrôle supplémentaire qui est connectée en entrée à la sortie du ou de l’un des capteur(s) de contrainte 8 de la vanne 1. Cette voie de contrôle supplémentaire comprend un amplificateur AMP2 qui est configuré pour amplifier les signaux de mesure de contrainte produits par le capteur de contrainte 8, et un comparateur à seuil COMP2 qui est connecté en entrée à la sortie de l’amplificateur AMP2. La sortie du comparateur à seuil COMP2 est connectée aux circuits logiques LOG15 et LOG17, pour produire un signal d’existence de sur-effort, noté OSP pour «over-stress protection». Ce signal OSP est ensuite utilisé pour déclencher une séquence d’arrêt de la rotation du servomoteur 3 lorsque le capteur 8 révèle l’existence d’une contrainte à un endroit de la vanne 1 qui est supérieure au seuil. Comme expliqué plus loin, cette séquence d’arrêt comprend une interruption de l’alimentation électrique du servomoteur 3, qui est produite par les cartes de commutation 14, et le freinage électrique qui est produit par la carte 16. De cette façon, la rotation du servomoteur 3 est arrêtée dans un temps très court, ce qui réduit ou évite l’apparition de sur-efforts excessifs dans la vanne 1.

FIG. 4est un schéma de circuits électriques possibles pour la ou les carte(s) de commutation 14 ainsi que pour la carte 16 de protection et de freinage électrique. La ou les carte(s) de commutation 14 porte(nt) trois branches de commutation notées BC1, BC2 et BC3 pour la rotation du servomoteur 3 dans un sens, et deux branches supplémentaires BC4 et BC5 pour inverser le sens de rotation du servomoteur 3. La branche de commutation BC1 connecte la borne 21 de la source de tension électrique 20 à la borne 31 de la bobine L1 du stator du servomoteur 3. De même, la branche de commutation BC2 (respectivement BC3) connecte la borne 22 (resp. 23) de la source de tension électrique 20 à la borne 32 (resp. 33) de la bobine L2 (resp. L3) du stator du servomoteur 3. De façon connue pour un moteur asynchrone, ses bobines de stator L1, L2 et L3 sont connectées en étoile par leurs autres bornes respectives. Pour permettre d’inverser le sens de rotation du servomoteur 3, la branche de commutation BC4 (respectivement BC5) connecte la borne 22 (resp. 21) de la source de tension électrique 20 à la borne 31 de la bobine L1 (resp. 32 de la bobine L2) du stator du servomoteur 3. Toutes les branches de commutation BC1 à BC5 peuvent être identiques, et portées par des cartes de commutation 14 qui sont distinctes. Chaque branche de commutation BC1,…, BC5 comprend deux transistors IGBT qui sont désignés par IGBT1 et IGBT2, et qui sont connectés en série et en sens contraire à l’intérieur de chaque branche de commutation : l’émetteur du transistor IGBT1 est connecté à l’émetteur du transistor IGBT2 à travers une borne intermédiaire de la branche de commutation dite borne de point milieu et désignée par M. Le collecteur du transistor IGBT1 est connecté à la borne correspondante 21, 22, 23 de la source de tension électrique 20, et le collecteur du transistor IGBT2 est connecté à la borne d’alimentation correspondante 31, 32, 33 du servomoteur 3. Chaque branche de commutation BC1,…, BC5 comprend en outre la résistance de shunt SH correspondante, dont la fonction est de permettre de contrôler par les cartes de commande 15 le fonctionnement de commutation de cette branche de commutation, et aussi de détecter si un courant excessif circule dans cette branche de commutation, comme déjà décrit plus haut. Une diode D1 est connectée entre l’émetteur et le collecteur de chaque transistor IGBT1, avec son sens passant de l’émetteur du transistor IGBT1 vers le collecteur de ce même transistor IGBT1. De même, une diode D2 est connectée entre l’émetteur et le collecteur de chaque transistor IGBT2, avec son sens passant de même de l’émetteur du transistor IGBT2 vers le collecteur de ce même transistor IGBT2. La carte de commande 15 qui est affectée à l’une des branches de commutation BC1,…, BC5 transmet deux signaux de commande à cette dernière : une première tension de commande entre la grille du transistor IGBT1 et la borne de point milieu M de cette branche de commutation, et une seconde tension de commande entre la grille du transistor IGBT2 et la borne de point milieu M de la même branche de commutation. La première tension de commande permet de rendre la branche de commutation passante pour les alternances positives de la tension d’alimentation délivrée par la borne correspondante de la source de tension électrique 20 par rapport au point commun des bobines L1-L3, et la seconde tension de commande permet de rendre cette même branche de commutation passante pour les alternances négatives de la même tension de d’alimentation. Des valeurs nulles pour les deux tensions de commande des transistors IGBT1 et IGBT2 d’une même branche de commutation suppriment la capacité d’alimentation du servomoteur 3 à travers cette branche de commutation. Des modèles de cartes de commande 14 qui sont conçues pour produire ce fonctionnement d’alimentation et de non-alimentation sont disponibles commercialement.

Le circuit de la carte de protection et de freinage électrique 16, qui a été appelé circuit électrique de dissipation dans la partie générale de la présente description, comprend l’association des branches suivantes en parallèle entre les deux nœuds A et B:
- une branche séparée de pont redresseur RD pour chacune des bornes 31, 32 et 33 d’alimentation du servomoteur 3. Chaque branche RD comprend deux diodes D3 et D4 qui sont connectées en série et dans le même sens passant du nœud B vers le nœud A, avec une borne intermédiaire entre les deux diodes qui est connectée à la borne correspondante 31, 32, 33 d’alimentation du servomoteur 3 ;
- une branche LT à fonction de limitation de tension, qui comprend une diode Zener Z avec sa cathode connectée au nœud A et son anode connectée au nœud B ;
- au moins une branche à fonction de freinage capacitif, comprenant un condensateur C_Fr et optionnellement une résistance de charge R_Ch connectée en série avec le condensateur C_Fr, dans ce cas avec un interrupteur commandé qui est connecté en parallèle avec la résistance de charge R_Ch ;
- au moins une branche de décharge comprenant une résistance de décharge R_L ; et
- au moins une branche à fonction de freinage résistif, comprenant une résistance de freinage R_Fr et un autre interrupteur commandé qui est connecté en série avec la résistance R_Fr.
Les deux interrupteurs commandés peuvent être des transistors IGBT supplémentaires, respectivement notés IGBT3 pour celui de la branche à fonction de freinage résistif et IGBT4 pour celui de la branche de freinage capacitif.
Lorsque le servomoteur 3 tourne en étant alimenté en 380 V de tension-crête interphase, la tension entre les nœuds A et B est d’environ 600 V-DC, en étant filtrée par la combinaison du condensateur C_Fr avec la résistance R_L qui ont des valeurs élevées. L’interrupteur commandé IGBT3 est alors commandé par la carte numérique 17 pour être dans son état bloqué. La diode Zener Z est sélectionnée avec une tension de seuil d’environ 650 V, afin de protéger contre des surtensions qui seraient supérieures à ce seuil. Pendant une durée de rotation continue du servomoteur 3 et toute la séquence suivante d’arrêt de cette rotation, l’interrupteur commandé IGBT4 est maintenu par le circuit logique 17 pour être passant, de sorte que la résistance de charge R_Ch n’intervient pas. Lorsque les branches de commutation BC sont toutes interrompues simultanément par les cartes de commande 15, une force électromotrice de coupure qui est produite par le servomoteur 3 est écrêtée éventuellement par la diode Zener Z et le courant électrique correspondant est absorbé par le condensateur C_Fr puis conduit par la résistance de freinage R_Fr. Pour cela, la carte numérique 17 commute l’interrupteur commandé IGBT3 dans son état passant avec un faible retard temporel par rapport à la commutation des transistors IGBT1 et IGBT2 pour interrompre l’alimentation électrique du servomoteur 3. Ensuite, le condensateur C_Fr se décharge complètement à travers les résistances R_L et R_Fr. L’Homme du métier saura, à l’énoncé précédent du fonctionnement du freinage électrique, sélectionner les valeurs du condensateur C_Fr et des résistances R_L et R_Fr, ainsi que celle du retard de commutation de l’interrupteur commandé IGBT3, pour produire un freinage électrique efficace. Ce freinage électrique est mis en œuvre pour chaque interruption de l’alimentation électrique du servomoteur 3, que cette interruption soit causée par un sur-effort qui a été détecté par le ou l’un des capteur(s) de contrainte 8, ou causée par une surintensité qui a été détectée par l’intermédiaire d’une des résistances de shunt SH, ou soit produite en réponse à une requête RQ qui provient du pilote applicatif 12. Le circuit logique LOG17 peut alors transmettre en retour au pilote applicatif 12, un signal RT qui confirme l’interruption d’alimentation électrique.

Claims (13)

1. Système électrique (11) d’actionnement pour une vanne motorisée (1), comprenant des moyens de commutation (14) pour établir, maintenir puis interrompre une alimentation électrique d’un moteur (3) de la vanne à partir d’une source de tension électrique (20), et des moyens de commande (15) adaptés pour activer les moyens de commutation,
   caractérisé en ce que les moyens de commutation (14) comprennent des transistors bipolaires à grilles isolées (IGBT1, IGBT2) qui sont agencés pour connecter électriquement, pendant une utilisation du système (11) pour actionner la vanne (1), la source de tension électrique (20) à des bornes (31, 32, 33) d’alimentation du moteur (3) de la vanne à travers des chemins de conduction électrique des transistors bipolaires à grilles isolées, et en ce que des sorties électriques des moyens de commande (15) sont connectées aux grilles des transistors bipolaires à grilles isolées.
2. Système (11) selon la revendication 1, adapté pour une source de tension électrique (20) de type source alternative, et adapté pour que pendant l’utilisation du système, des bornes (21, 22, 23) de la source de tension électrique sont reliées une à une aux bornes (31, 32, 33) d’alimentation du moteur (3) de la vanne (1) à travers les chemins de conduction électrique de deux transistors bipolaires à grilles isolées (IGBT1, IGBT2) qui sont connectés en série avec des sens de conduction opposés à l’intérieur de branches de commutation (BC1,…, BC5) séparées, le système comprenant en outre une diode (D1, D2) respective pour chacun des deux transistors bipolaires à grilles isolées de chaque branche de commutation, la diode étant connectée en parallèle avec le transistor bipolaire à grille isolée correspondant de sorte que ledit transistor bipolaire à grille isolée et ladite diode aient des sens de conduction respectifs qui sont opposés.
3. Système (11) selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un circuit électrique de dissipation (16) qui est agencé pour être connecté aux bornes (31, 32, 33) d’alimentation du moteur (3) de la vanne (1), en parallèle avec des bobines (L1, L2, L3) dudit moteur, ledit circuit électrique de dissipation étant adapté pour absorber électriquement au moins une partie d’une quantité d’énergie qui est libérée par le moteur lorsque l’alimentation électrique dudit moteur est interrompue.
4. Système (11) selon la revendication 3, dans lequel le circuit électrique de dissipation (16) comprend les branches de circuit suivantes, qui sont connectées en parallèle :
   - des branches de pont redresseur à diodes (RD), une branche de pont redresseur par borne (31, 32, 33) d’alimentation du moteur ;
   - une branche à fonction de limitation de tension (LT), de préférence comprenant une diode Zener (Z) ;
   - au moins une branche à fonction de freinage capacitif, comprenant un condensateur (C_Fr) ;
   - au moins une branche de décharge comprenant une résistance de décharge (R_L) ; et
   - au moins une branche à fonction de freinage résistif, comprenant une résistance de freinage (R_Fr) et un interrupteur commandé (IGBT3) qui est connecté en série avec la résistance de freinage pour contrôler un fonctionnement de freinage résistif.
5. Système (11) selon une des revendications précédentes, comprenant en outre un circuit numérique (17) adapté pour transmettre des ordres d’établissement et d’interruption d’alimentation électrique aux moyens de commande (15), et pour recevoir des signaux de retour relatifs à une exécution de chacun desdits ordres, et de préférence aussi des signaux indicateurs de courants électriques transmis au moteur de la vanne (1) qui sont supérieurs à une limite.
6. Système (11) selon la revendication 5 et la revendication 3 ou 4, dans lequel le circuit numérique (17) est adapté en outre pour contrôler un fonctionnement du circuit électrique de dissipation (16) à chaque interruption de l’alimentation électrique du moteur (3) de la vanne (1).
7. Système (11) selon une des revendications précédentes, dans les moyens de commande (15) sont adaptés en outre pour recevoir des signaux de mesure de contrainte qui sont transmis par au moins un capteur de contrainte (8) de la vanne (1) pendant l’utilisation du système pour actionner ladite vanne, et pour commander les moyens de commutation (14) afin d’interrompre l’alimentation électrique du moteur (3) de la vanne lorsque les signaux de mesure indiquent des contraintes supérieures à un seuil.
8. Système (11) selon une des revendications précédentes, agencé et dimensionné pour être inséré dans une armoire de distribution de puissance électrique.
9. Système (11) selon une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande (15), et le circuit numérique (17) le cas échéant, sont constitués à partir de composants non-programmables en étant dépourvus de composants programmables.
10. Equipement de contrôle d’un écoulement de fluide, comprenant :
    - une source de tension électrique (20) ;
    - un système (11) qui est conforme à une des revendications précédentes ; et
    - une vanne (1) motorisée comprenant un moteur (3),
    dans lequel les moyens de commutation (14) du système (11) relient la source de tension électrique (20) à des bornes (31, 32, 33) d’alimentation du moteur (3) de la vanne (1).
11. Equipement selon la revendication 10, dans lequel la vanne (1) motorisée comprend au moins un capteur de contrainte (8), et l’équipement est configuré de sorte que pendant un actionnement de la vanne (1), le système (11) déclenche une interruption de l’alimentation électrique du moteur (3) de ladite vanne lorsque le capteur de contrainte produit des signaux de mesure qui indiquent des contraintes supérieures à un seuil.
12. Equipement selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la source de tension électrique (20) est de type triphasé à 380 V de tension interphase, et le système est conforme à la revendication 8.
13. Equipement selon une des revendications 10 à 12, installé pour contrôler un circuit de fluide d’une usine de production d’électricité, notamment d’une centrale nucléaire.