WO2012076478A1 - Relais de protection moteur pour optimiser la surveillance et la protection d'un moteur electrique - Google Patents

Relais de protection moteur pour optimiser la surveillance et la protection d'un moteur electrique Download PDF

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motor
monitoring
operational parameter
rotor
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Bérangère DIO
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Schneider Electric Protection and Controle SAS
Alstom Grid Protection and Controle SAS
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors

Definitions

  • the present invention relates to the general field of motor protection relays and more particularly to the monitoring of an electric motor.
  • An electric motor can be protected by protection against overload or excessive temperature factors that can damage it. This protection is usually provided by a motor protection relay configured with appropriate setting values.
  • the motor protection relay is used to detect overload, short circuits and other faults and can be based on electromechanical or digital techniques.
  • motor protection relays based on an integrated logic capable of self-learning certain parameters of the motor to be protected to ensure better protection and monitoring of electric motors.
  • Such a protection relay is the General Electrics Multilin 369. It has the capability learn the following parameters of a specific engine: starting current, starting thermal capacity, acceleration time, cooling time constant, heating time constant, and average motor load. However, some other parameters representative of the induction of the motor are not provided by such relays.
  • the problem to be solved by the present invention is therefore to provide a system which takes into account certain specific operational characteristics of an electric motor to protect it appropriately.
  • the present invention is defined by a monitoring system for monitoring an electric motor, comprising:
  • modeling means for modeling a circle diagram on the basis of the current intensities of said electric motor
  • monitoring means for monitoring said electric motor on the basis of said operational parameter.
  • Modeling or circle diagram method is used to quickly estimate engine operating parameters that provide meaningful engine operating information for optimal and efficient engine monitoring electric.
  • the operational parameters give information about the operating limits of the engine and in particular, the maximum load that can be supported by the engine.
  • said calculation means are intended to use the circle diagram to calculate any one of the following operational parameters: torque, Joule effect loss, rotor resistance, slip, and motor efficiency.
  • said calculation means are intended to directly calculate the slip.
  • the invention also relates to a motor protection relay for protecting an electric motor comprising a monitoring system according to any one of the above characteristics, said relay further comprising:
  • measuring means for measuring said current intensities
  • detection means for detecting an engine anomaly by analyzing at least one of said operational parameters
  • triggering means for cutting off the motor power supply in the event that an anomaly is detected by said detection means.
  • Said detection means are intended to compare each operational parameter with a corresponding predetermined threshold and to send a command the tripping means for switching off the motor power supply when an operational parameter reaches its corresponding predetermined threshold.
  • the invention also relates to an electric motor equipped with an engine protection relay according to the above characteristics.
  • the electric motor further comprises means for acquiring speed values to determine the speed of the rotor.
  • the invention also relates to a method for monitoring an electric motor, comprising the following steps:
  • the invention also relates to a computer program comprising code instructions for implementing the method of monitoring an electric motor according to the above characteristics, when it is executed by the processing means.
  • Figure 1 schematically illustrates a monitoring system for monitoring an electric motor according to the invention
  • FIG. 2 diagrammatically represents a motor and an engine protection relay comprising the monitoring system of FIG. 1, and
  • FIG. 3 schematically illustrates the diagram of the circle enabling the determination of operational engine parameters by the monitoring system of FIG. 1.
  • the present invention is based on the use of the circle diagram method within an engine protection relay in order to determine the representative quantities of a running motor and more particularly of an asynchronous motor.
  • FIG. 1 schematically shows a monitoring system 1 for monitoring an electric motor 3 according to the present invention.
  • the system comprises modeling means 5, calculation means 7 and monitoring means 9.
  • the modeling means 5 model a circle diagram (see Figure 3) based on current intensities of the electric motor 3 such as no-load current, load current and possibly current in the stator when the rotor is blocked.
  • the calculation means 7 calculate at least one operational parameter using the model of the circle diagram.
  • the calculation means 7 are intended to calculate any one of the following set of operating parameters: torque, loss by joule effect, rotor resistance, slip, and motor efficiency. These parameters are representative of the operation of the engine.
  • the variation of the torque produced by the electric motor 3 gives a good indication of the operation of the motor 3 and can be used to diagnose an excessive load connected to the rotor and prevent damage or overheating of the rotor.
  • the joule losses represent the warming of the engine 3 and gives an accurate representation of its dissipation of thermal energy.
  • the slip gives accurate information about the proper functioning of the engine 3.
  • the efficiency measures the efficiency of the engine 3 and corresponds to the ratio of the mechanical output power to the electrical input power supplied to the engine.
  • the resistance of the rotor gives information concerning the energy dissipated by the motor 3.
  • the monitoring means 9 can effectively monitor the electric motor 3 on the basis of at least one of these operational parameters.
  • modeling means 9, the calculation means 7 and the monitoring means 9 may all be part of a processing means.
  • FIG. 2 diagrammatically represents a motor protection relay 11 coupled to the electric motor 3.
  • the motor protection relay 11 comprises processing means 13, measuring means 15, trigger means 17, detection means 19, and the monitoring system 1 according to the present invention.
  • the modeling means 5, calculation 7 and monitoring 9 of the monitoring system 1 may be constituted by algorithmic modules implemented by the processing means 13 of the motor protection relay 11.
  • the detection means 19 may also be constituted by an algorithmic module implemented by the processing means 13.
  • the measuring means 15 measure the current intensity values of the electric motor 3.
  • the detection means 19 detect the malfunctions of the electric motor 3 by analyzing the operational parameters monitored by the monitoring system 1.
  • the means of trigger 17 are intended to cut off the power supply of the engine 3 when an anomaly has been detected.
  • the detection means 19 compare each operational parameter to a corresponding predetermined threshold and send a command to the triggering means 17 to cut off the power supply to the motor 3 when at least one operational parameter reaches its corresponding predetermined threshold. This protects the motor 3 as well as the associated mechanical systems, against overloads, excessive temperatures, breakdowns or any other factor that may damage the motor 3 or any other equipment.
  • stator windings 21 are arranged around the rotor 23.
  • a primary alternating current I ⁇ at a certain frequency w is supplied to the stator windings 21, a rotary magnetic field pattern is created which induces an alternating current I ⁇ in the rotor 23.
  • FIG. 3 diagrammatically represents a diagram of the circle 31 constructed according to a method implemented by the monitoring system or by the processing means 13 of the motor protection relay 11.
  • the motor 3 is started empty at a nominal frequency and voltage.
  • the measuring means 15 measure the current intensity when empty. More particularly, they measure the effective current (RMS) and its angle according to a steady state condition. These two values form an empty current vector OA which can easily be reported on a two-dimensional coordinate system (0, X r Y) corresponding, for example, to a complex plane.
  • the measuring means 15 measure the charging current (i.e., the stator effective charging current and its charging angle). These two values form a load current vector OM which is reported on the two-dimensional coordinate system (0, X r Y).
  • the modeling means 9 construct a circle with its center Co on a line di parallel to the axis y and passing through the points d A and M end of the vectors OA and OM respectively.
  • the circle diagram 31 is used by the processing means 13 to calculate the operational parameters and may optionally be plotted on output means 33 such as a screen.
  • AM vector standard represents an effective current I ' ⁇ proportional to the effective current I ⁇ of the rotor.
  • the distance AM is given as a function of the induced current ⁇ ⁇ , thanks to the following formula: where i l is the own inductance of the stator and ⁇ is the mutual inductance. It should be noted that the value of AM is sufficient to determine certain operational parameters without it being necessary to determine the values of and ⁇ individually.
  • points M and A can also be used to calculate the torque C of the electric motor 3 according to the following formula:
  • QM represents the distance between the points Q and M, where Q is the intersection between the lines (MP) and (ACo) parallel to the X and Y axes respectively.
  • QM is the difference of the abscissa between the points M and A.
  • w is the grating frequency and p is the number of pairs of poles of the motor 3.
  • the circle diagram method already makes it possible to calculate the joule losses and the motor torque by using the currents of current at no load and load.
  • the motor 3 is started while keeping the rotor locked.
  • the measuring means 15 measures a current with locked rotor represented by a stator current vector OG the compound of the rms current of the stator and its corresponding angle under a stream of short-circuited rotor.
  • the current vector with locked rotor OG 1 is then reported on the two-dimensional coordinate system (0, X r Y).
  • the current vector with locked rotor can be used to calculate the losses by Joule effect P 2 of the rotor without it being necessary to know the value of the resistance R ⁇ of the rotor.
  • the loss by Joule effect P ⁇ is equal to the distance between the point Q and a point R representing the intersection of the lines (AGI) and (MP).
  • the distance QR corresponds to the difference of the abscissas between the points A and R.
  • the Joule effect loss P ⁇ can then be used to calculate the rotor resistance R ⁇ .
  • the resistance R ⁇ is determined as a function of the distance between the points A and M and the distance QR according to the following formula:
  • R 2 QR / 3AM 2 .
  • the current vector with locked rotor can also be used to calculate the slip S according to the following formula:
  • 0'G 1 O 'Gi is the distance from the point G ⁇ of the line ( ⁇ ') passing through A and parallel to the axis X.
  • the point G is the intersection between the lines (AM) and (O 'Gi ) and so, O 'G is the distance of the point G with respect to the line ( ⁇ ').
  • 0 ' is the point of intersection between the line parallel to the Y axis and passing through the point G ⁇ and the line parallel to the X axis and passing through the point A.
  • the circle diagram 31 makes it possible to determine the slip S without the need for a speed sensor.
  • the slip can be calculated directly as a function of the rotor speed N and therefore the circle diagram method can still be used to calculate the other operational parameters.
  • the slip S is defined as the ratio between the relative speed of the magnetic field as seen by the rotor 23 on the speed of the rotating field of the stator. Thus, it can be calculated directly according to the following formula:
  • Ns where N is the rotor speed and Ns is the synchronous speed of the magnetic field.
  • Ns corresponds to the theoretical no-slip no-slip speed, which is regulated by the number of pole pairs and the grating frequency.
  • the motor protection relay 11 can be connected to these means 37 in order to receive the rotor speed value.
  • the speed determination means 37 may correspond either to a speed sensor which directly measures the speed of the rotor or to estimation means which calculate the rotor speed.
  • the calculation means 7 are intended to use the circle diagram 31 to calculate the efficiency or the efficiency of the engine by means of the following formula:
  • the point R is the intersection between the lines (AGI) and (PM) and thus, ⁇ can be easily calculated by dividing the distance between the point M and the line (AGI) by the distance between the same point M and the Y axis.
  • processing means 13 contained in the motor protection relay 11 can be used to execute a computer program comprising code instructions, designed to implement the method of determining operational engine parameters using the method of the circle diagram, according to the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un système de surveillance pour surveiller un moteur (3) électrique, comprenant : - des moyens de modélisation (5) pour modéliser un diagramme du cercle sur la base des intensités de courant dudit moteur électrique, - des moyens de calcul (7) pour calculer au moins un paramètre opérationnel en utilisant ladite modélisation du diagramme du cercle, et - des moyens de surveillance (9) pour surveiller ledit moteur électrique (3) sur la base dudit paramètre opérationnel.

Description

RELAIS DE PROTECTION MOTEUR POUR OPTIMISER LA SURVE ILLANCE E T LA PROTECTION D ' UN MOTEUR ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine général des relais de protection moteur et plus particulièrement, la surveillance d'un moteur électrique .
ETAT DE L'ART ANTERIEUR
Un moteur électrique peut être protégé par une protection contre des facteurs de surcharge ou température excessive pouvant l'endommager. Cette protection est d'ordinaire assurée par un relais de protection moteur configuré avec des valeurs de réglage appropriées .
Le relais de protection moteur est utilisé pour détecter une surcharge, des courts-circuits et autres pannes et peut être basé sur des techniques électromécaniques ou numériques.
Cependant, la plupart des relais de protection moteur doivent être paramétrés manuellement par l'installateur avant la mise en service, et ne peuvent s'adapter à un changement des conditions d'utilisation.
Il existe toutefois, des relais de protection moteur basés sur une logique intégrée capables de réaliser un auto-apprentissage de certains paramètres du moteur à protéger pour assurer une meilleure protection et surveillance des moteurs électriques.
Un exemple d'un tel relais de protection est le General Electrics Multilin 369. Il a la capacité d'apprendre les paramètres suivants d'un moteur spécifique : courant de démarrage, capacité thermique de démarrage, temps d'accélération, constante de temps de refroidissement, constante de temps de chauffe, et charge moyenne de moteur. Cependant, certains autres paramètres représentatifs de l'induction du moteur ne sont pas fournis par de tels relais.
Le problème devant être résolu par la présente invention est par conséquent de proposer un système qui prend en compte certaines caractéristiques opérationnelles spécifiques d'un moteur électrique pour le protéger de manière appropriée.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
La présente invention est définie par un système de surveillance pour la surveillance d'un moteur électrique, comprenant :
- des moyens de modélisation pour modéliser un diagramme du cercle sur la base des intensités de courant dudit moteur électrique,
- des moyens de calcul pour calculer au moins un paramètre opérationnel en utilisant ladite modélisation du diagramme du cercle, et
- des moyens de surveillance pour surveiller ledit moteur électrique sur la base dudit paramètre opérationnel .
La modélisation ou la méthode du diagramme du cercle est utilisée pour estimer rapidement les paramètres opérationnels du moteur qui fournissent des informations significatives de fonctionnement du moteur pour une surveillance optimale et efficace du moteur électrique. Les paramètres opérationnels donnent des informations concernant les limites de fonctionnement du moteur et en particulier, la charge maximale qui peut être supportée par le moteur.
Avantageusement, lesdits moyens de calcul sont destinés à utiliser le diagramme du cercle pour calculer l'un quelconque parmi les paramètres opérationnels suivants : couple, perte par effet joule, résistance du rotor, glissement, et rendement du moteur Ainsi, le système de surveillance permet de réaliser un auto-apprentissage de grandeurs représentatives du bon fonctionnement du moteur.
En variante, lesdits moyens de calcul sont destinés à calculer directement le glissement.
L'invention concerne également un relais de protection moteur pour protéger un moteur électrique comprenant un système de surveillance selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus, ledit relais comprenant en outre :
- des moyens de mesure pour mesurer lesdites intensités de courant,
- des moyens de détection pour détecter une anomalie du moteur en analysant au moins un desdits paramètres opérationnels,
- des moyens de déclenchement pour couper l'alimentation électrique du moteur dans le cas où une anomalie serait détectée par lesdits moyens de détection .
Lesdits moyens de détection sont destinés à comparer chaque paramètre opérationnel à un seuil prédéterminé correspondant et à envoyer une commande aux moyens de déclenchement pour couper l'alimentation électrique du moteur lorsqu'un paramètre opérationnel atteint son seuil prédéterminé correspondant.
L'invention concerne également un moteur électrique équipé d'un relais de protection moteur selon les caractéristiques ci-dessus.
Le moteur électrique comprend en outre des moyens d'acquisition des valeurs de vitesse pour déterminer la vitesse du rotor.
L'invention concerne également un procédé pour surveiller un moteur électrique, comprenant les étapes suivantes consistant à :
- construire un diagramme du cercle sur la base des intensités de courant d'alimentation dudit moteur électrique,
- calculer au moins un paramètre opérationnel en utilisant ledit diagramme du cercle,
- surveiller ledit moteur électrique en fonction dudit paramètre opérationnel.
L'invention concerne également un programme informatique comprenant des instructions de code pour mettre en œuvre le procédé de surveillance d'un moteur électrique selon les caractéristiques ci-dessus, lorsqu'il est exécuté par les moyens de traitement.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement à la lecture d'un mode de réalisation préféré de l'invention donné en référence aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 illustre schématiquement un système de surveillance pour surveiller un moteur électrique selon 1 ' invention ;
la figure 2 représente schématiquement un moteur et un relais de protection moteur comprenant le système de surveillance de la figure 1, et
la figure 3 illustre schématiquement le diagramme du cercle permettant la détermination de paramètres de moteur opérationnel par le système de surveillance de la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
La présente invention est basée sur l'utilisation de la méthode du diagramme du cercle au sein d'un relais de protection moteur afin de déterminer les grandeurs représentatives d'un moteur en fonctionnement et plus particulièrement, d'un moteur asynchrone.
La figure 1 représente schématiquement un système de surveillance 1 pour surveiller un moteur électrique 3 selon la présente invention. Le système comprend des moyens de modélisation 5, des moyens de calcul 7 et des moyens de surveillance 9.
Les moyens de modélisation 5 modélisent un diagramme du cercle (voir figure 3) sur la base des intensités de courant du moteur électrique 3 telles que courant à vide, courant de charge et éventuellement, courant dans le stator lorsque le rotor est bloqué.
Les moyens de calcul 7 calculent au moins un paramètre opérationnel en utilisant le modèle du diagramme du cercle. Avantageusement, les moyens de calcul 7 sont destinés à calculer l'un quelconque de l'ensemble des paramètres opérationnels suivants : couple, perte par effet joule, résistance du rotor, glissement, et rendement du moteur. Ces paramètres sont représentatifs du fonctionnement du moteur.
En effet, la variation du couple produit par le moteur électrique 3 donne une bonne indication sur le fonctionnement du moteur 3 et peut être utilisée pour diagnostiquer une charge excessive connectée au rotor et prévenir les dommages ou la surchauffe du rotor. Les pertes par effet joule représentent le réchauffement du moteur 3 et donne une représentation précise de sa dissipation d'énergie thermique. Le glissement donne des informations précises concernant le bon fonctionnement du moteur 3. Le rendement mesure l'efficacité du moteur 3 et correspond au rapport de la puissance de sortie mécanique sur la puissance d'entrée électrique fournie au moteur. Enfin, la résistance du rotor donne des informations concernant l'énergie dissipée par le moteur 3.
Ainsi, les moyens de surveillance 9 peuvent surveiller efficacement le moteur électrique 3 sur la base d'au moins l'un de ces paramètres opérationnels.
II est à noter que les moyens de modélisation 9, les moyens de calcul 7 et les moyens de surveillance 9 peuvent tous faire partie d'un moyen de traitement.
La figure 2 représente schématiquement un relais de protection moteur 11 couplé au moteur électrique 3.
Le relais de protection moteur 11 comprend des moyens de traitement 13, des moyens de mesure 15, des moyens de déclenchement 17, des moyens de détection 19, ainsi que le système de surveillance 1 selon la présente invention.
Par exemple, les moyens de modélisation 5, de calcul 7 et de surveillance 9 du système de surveillance 1 peuvent être constitués par des modules algorithmiques mis en œuvre par les moyens de traitement 13 du relais de protection moteur 11. Les moyens de détection 19 peuvent également être constitués par un module algorithmique mis en œuvre par les moyens de traitement 13.
Les moyens de mesure 15 mesurent les valeurs d'intensité de courant du moteur électrique 3. Les moyens de détection 19 détectent les anomalies de fonctionnement du moteur électrique 3 en analysant les paramètres opérationnels surveillés par le système de surveillance 1. Enfin, les moyens de déclenchement 17 sont destinés à couper l'alimentation électrique du moteur 3 lorsqu'une anomalie a été détectée. En particulier, les moyens de détection 19 comparent chaque paramètre opérationnel à un seuil prédéterminé correspondant et envoient une commande aux moyens de déclenchement 17 pour couper l'alimentation électrique du moteur 3 lorsqu' au moins un paramètre opérationnel atteint son seuil prédéterminé correspondant. Cela permet de protéger le moteur 3 ainsi que les systèmes mécaniques associés, contre les surcharges, températures excessives, pannes ou tout autre facteur pouvant endommager le moteur 3 ou n'importe quel autre équipement. Le moteur électrique décrit sur la figure 2 est un moteur à induction de type asynchrone composé d'enroulements de stator 21 disposés autour du rotor 23. Lorsqu'un courant alternatif primaire I± à une certaine fréquence w est fourni aux enroulements de stator 21, un modèle de champ magnétique rotatif est créé qui induit un courant alternatif I∑ dans le rotor 23.
L'algorithme de détermination des paramètres de moteur opérationnels au sein du relais de protection moteur 11 est illustré sur la figure 3.
En particulier, la figure 3 représente schématiquement un diagramme du cercle 31 construit selon un procédé mis en œuvre par le système de surveillance ou par les moyens de traitement 13 du relais de protection moteur 11.
D'abord, le moteur 3 est démarré à vide à une fréquence et une tension nominales. Les moyens de mesure 15 mesurent l'intensité de courant à vide. Plus particulièrement, ils mesurent le courant efficace (RMS) et son angle selon une condition d'état stable. Ces deux valeurs forment un vecteur de courant à vide OA qui peut être rapporté facilement sur un système de coordonnées bidimensionnel (0, Xr Y) correspondant par exemple, à un plan complexe.
Ensuite, le moteur 3 est démarré avec une charge selon des conditions déterminées choisies par l'utilisateur. Les moyens de mesure 15 mesurent le courant de charge (c'est-à-dire, le courant de charge efficace du stator et son angle de charge) . Ces deux valeurs forment un vecteur de courant de charge OM qui est rapporté sur le système de coordonnées bidimensionnel (0, Xr Y) .
Après avoir rapporté les deux vecteurs de courant à vide et de charge OA et OM sur le système de coordonnées, les moyens de modélisation 9 construisent un cercle avec son centre Co sur une droite di parallèle à l'axe y et passant par les points d'extrémité A et M des vecteurs OA et OM respectivement. Le diagramme de cercle 31 est utilisé par les moyens de traitement 13 pour calculer les paramètres opérationnels et peut éventuellement être tracé sur des moyens de sortie 33 tels qu'un écran.
La distance AM entre les points d'extrémité A et M
(c'est-à-dire, la norme du vecteur AM ) représente un courant efficace I'∑ proportionnel au courant efficace I∑ du rotor. En particulier, la distance AM est donnée en fonction du courant induit Ι∑, grâce à la formule suivante :
Figure imgf000011_0001
où il est l'inductance propre du stator et μ est l'inductance mutuelle. Il est à noter que la valeur de AM est suffisante pour déterminer certains paramètres opérationnels sans qu'il soit nécessaire de déterminer individuellement les valeurs de et μ.
En effet, les pertes par effet joule P∑ du rotor peut être déterminée par les moyens de calcul 7 en fonction de la distance AM selon la formule suivante : P2 = 3 x AM2 x R2 , où R∑ est la résistance du rotor.
De plus, les points M et A peuvent également être utilisés pour calculer le couple C du moteur électrique 3 selon la formule suivante :
Figure imgf000012_0001
QM représente la distance entre les points Q et M, où Q est l'intersection entre les droites (MP) et (ACo) parallèles aux axes X et Y respectivement. En d'autres termes, QM est la différence des abscisses entre les points M et A. D'autre part, w est la fréquence de réseau et p est le nombre de paires de pôles du moteur 3.
Ainsi, la méthode du diagramme du cercle permet déjà de calculer les pertes par effet joule et le couple du moteur en utilisant les intensités de courant à vide et de charge.
Ensuite, pour calculer d'autres paramètres opérationnels, le moteur 3 est démarré en maintenant le rotor bloqué. Alors, les moyens de mesure 15 mesurent un courant avec rotor bloqué représenté par un vecteur de courant de stator OGl composé du courant efficace de stator et de son angle correspondant sous un courant de rotor court-circuité . Le vecteur de courant avec rotor bloqué OGl est ensuite rapporté sur le système de coordonnées bidimensionnel (0, Xr Y) .
Avantageusement, le vecteur de courant avec rotor bloqué peut être utilisé pour calculer les pertes par effet joule P2 du rotor sans qu'il soit nécessaire de connaître la valeur de la résistance R∑ du rotor. En particulier, la perte par effet joule P∑ est égale à la distance entre le point Q et un point R représentant l'intersection des droites (AGI ) et (MP) . La distance QR correspond à la différence des abscisses entre les points A et R .
La perte par effet joule P∑ peut ensuite être utilisée pour calculer la résistance R∑ du rotor. En particulier, la résistance R∑ est déterminée en fonction de la distance entre les points A et M ainsi que la distance QR selon la formule suivante :
R2 =QR/3AM2.
Le vecteur de courant avec rotor bloqué peut également être utilisé pour calculer le glissement S selon la formule suivante :
0'G1 O ' Gi est la distance du point G± de la droite (ΑΟ ' ) passant par A et parallèle à l'axe X. Le point G est l'intersection entre les droites (AM) et (O ' Gi ) et ainsi, O ' G est la distance du point G par rapport à la droite (ΑΟ ' ) . En d'autres termes, 0' est le point d'intersection entre la droite parallèle à l'axe Y et passant par le point G± et la droite parallèle à l'axe X et passant par le point A .
Dans de telles conditions, le glissement S est égal à l'unité et ainsi, pour d'autres conditions, le glissement peut être simplement mesuré sur l'axe O ' Gi (c'est-à-dire, S = 0 'G) . Ainsi, le diagramme du cercle 31 permet la détermination du glissement S sans qu'un capteur de régime soit nécessaire.
On notera que certains moteurs n'ont pas la possibilité d'effectuer un démarrage avec rotor bloqué. Dans ce cas, le glissement peut être calculé directement en fonction du régime rotor N et par conséquent, la méthode du diagramme du cercle peut toujours être utilisée pour calculer les autres paramètres opérationnels.
Le glissement S est défini comme le rapport entre la vitesse relative du champ magnétique telle que vue par le rotor 23 sur la vitesse du champ rotatif du stator. Ainsi, il peut être calculé directement selon la formule suivante :
5 = 1 - *- ,
Ns où N est le régime rotor et Ns est la vitesse synchrone du champ magnétique. En particulier, Ns correspond à la vitesse à vide théorique sans glissement, qui est régulée par le nombre de paires de pôles et la fréquence de réseau.
Ainsi, dans le cas où le moteur 3 est équipé des moyens 37 pour déterminer la vitesse du rotor, le relais de protection moteur 11 peut être connecté à ces moyens 37 afin de recevoir la valeur de régime rotor.
On notera que les moyens de détermination de vitesse 37 peuvent correspondre soit à un capteur de régime qui mesure directement la vitesse du rotor soit à des moyens d'estimation qui calculent le régime rotor Par ailleurs, les moyens de calcul 7 sont destinés à utiliser le diagramme du cercle 31 pour calculer l'efficacité ou le rendement du moteur grâce à la formule suivante :
RM
η =
PM
Le point R est l'intersection entre les droites (AGI) et (PM) et ainsi, η peut être facilement calculé en divisant la distance entre le point M et la droite (AGI) par la distance entre le même point M et l'axe Y.
Il est à noter que les moyens de traitement 13 contenus dans le relais de protection moteur 11 peuvent être utilisés pour exécuter un programme informatique comprenant des instructions de code, conçu pour mettre en œuvre le procédé de détermination de paramètres de moteur opérationnel en utilisant la méthode du diagramme du cercle, selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de surveillance pour surveiller un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de modélisation (5) pour modéliser un diagramme du cercle (31) sur la base des intensités de courant dudit moteur électrique,
- des moyens de calcul (7) pour calculer au moins un paramètre opérationnel en utilisant ladite modélisation du diagramme du cercle, ledit paramètre opérationnel étant l'un quelconque parmi les paramètres opérationnels suivants : couple, perte par effet joule, résistance du rotor, glissement, et rendement du moteur, et
- des moyens de surveillance (9) pour surveiller ledit moteur électrique (3) sur la base dudit paramètre opérationnel.
2. Système de surveillance selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de calcul (7) sont destinés à calculer le glissement en fonction du régime rotor du moteur (3) .
3 . Relais de protection moteur pour protéger un moteur électrique comprenant un système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, ledit relais comprenant en outre :
- des moyens de mesure (15) pour mesurer lesdites intensités de courant, - des moyens de détection (19) pour détecter une anomalie du moteur (5) en analysant ledit au moins un paramètre opérationnel, et
- des moyens de déclenchement (17) pour couper l'alimentation électrique du moteur (3) dans le cas où une anomalie serait détectée par lesdits moyens de détection (19) .
4. Relais selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens de détection (19) sont destinés à comparer chaque paramètre opérationnel à un seuil prédéterminé correspondant et à envoyer une commande aux moyens de déclenchement (17) pour couper l'alimentation électrique du moteur (3) lorsqu'un paramètre opérationnel atteint son seuil prédéterminé correspondant .
5. Moteur électrique équipé d'un relais de protection moteur (11) selon la revendication 3 ou 4.
6. Moteur électrique selon la revendication 5, comprenant en outre des moyens de détermination de vitesse (37) pour déterminer le régime rotor N.
7. Procédé pour surveiller un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- construire un diagramme du cercle (31) sur la base des intensités de courant dudit moteur électrique,
- calculer au moins un paramètre opérationnel en utilisant ledit diagramme du cercle, ledit paramètre opérationnel étant l'un quelconque parmi les paramètres opérationnels suivants : couple, perte par effet joule, résistance du rotor, glissement, et rendement du moteur, et
- surveiller ledit moteur électrique (3) en fonction dudit paramètre opérationnel.
8. Programme informatique comprenant des instructions de code pour mettre en œuvre le procédé de surveillance d'un moteur électrique selon la revendication 7, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110308392A (zh) * 2019-07-04 2019-10-08 哈尔滨工程大学 双支路交流永磁电机机械特性的测试方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10054641B2 (en) 2013-09-20 2018-08-21 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Monitoring synchronization of a motor using stator current measurements
US10128779B2 (en) 2015-08-10 2018-11-13 Schneider Electric USA, Inc. Induction motor long start protection
US10523150B2 (en) * 2016-09-15 2019-12-31 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for motor slip calculation using shaft-mounted sensors
US10928814B2 (en) 2017-02-24 2021-02-23 General Electric Technology Gmbh Autonomous procedure for monitoring and diagnostics of machine based on electrical signature analysis
US10403116B2 (en) 2017-06-20 2019-09-03 General Electric Company Electrical signature analysis of electrical rotating machines
US11588432B2 (en) 2017-11-17 2023-02-21 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Motor monitoring and protection using residual voltage
US11736051B2 (en) 2021-08-05 2023-08-22 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Synchronous motor startup configuration to synchronous mode at a field zero-crossing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3818270A (en) * 1972-12-11 1974-06-18 G Hagiz Overload interrupt systems for three-phase induction motor
JPS5999989A (ja) * 1982-11-27 1984-06-08 Toshiba Corp 多数台電動機の異常検出装置
US4581568A (en) * 1982-12-11 1986-04-08 Fairford Electronics Ltd. Method and apparatus for automatically setting the demand phase lag input to an induction-motor power factor controller

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3818270A (en) * 1972-12-11 1974-06-18 G Hagiz Overload interrupt systems for three-phase induction motor
JPS5999989A (ja) * 1982-11-27 1984-06-08 Toshiba Corp 多数台電動機の異常検出装置
US4581568A (en) * 1982-12-11 1986-04-08 Fairford Electronics Ltd. Method and apparatus for automatically setting the demand phase lag input to an induction-motor power factor controller

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AHMED S ET AL: "A novel DSP based speed sensorless performance evaluation tool for induction motors", CONFERENCE RECORD OF THE 2001 IEEE INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE. 36TH IAS ANNUAL MEETING . CHICAGO, IL, SEPT. 30 - OCT. 4, 2001; [CONFERENCE RECORD OF THE IEEE INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE. IAS ANNUAL MEETING], NEW YORK, NY : IEEE, US, vol. 3, 30 September 2001 (2001-09-30), pages 1551 - 1557, XP010561900, ISBN: 978-0-7803-7114-9, DOI: DOI:10.1109/IAS.2001.955742 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110308392A (zh) * 2019-07-04 2019-10-08 哈尔滨工程大学 双支路交流永磁电机机械特性的测试方法
CN110308392B (zh) * 2019-07-04 2021-12-21 哈尔滨工程大学 双支路交流永磁电机机械特性的测试方法

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