EP1564411B2 - Procédé de détection des erreurs de fonctionnement d'une unité de pompage - Google Patents

Claims (10)

1. Procédé pour la détermination d'erreurs dans le fonctionnement d'un groupe moto-pompe, selon lequel au moins deux grandeurs électriques du moteur, fixant la puissance électrique du moteur, et au moins une grandeur hydraulique variable de la pompe ainsi qu'au moins une grandeur hydraulique supplémentaire fixant la puissance de la pompe sont détectées et, d'une part, les deux grandeurs électriques du moteur, fixant la puissance électrique du moteur, sont combinées mathématiquement, en vue de l'obtention d'au moins une valeur de comparaison et, d'autre part, la au moins une grandeur hydraulique variable de la pompe ainsi que la au moins une grandeur hydraulique supplémentaire, fixant la puissance de la pompe, sont combinées mathématiquement en vue de l'obtention d'au moins une valeur de comparaison, étant précisé que pour la combinaison mathématique, on emploie un modèle mathématique de moteur électrique (1) en liaison avec un modèle mathématique de pompe mécanique-hydraulique (3) et qu'à partir des résultats des combinaisons mathématiques, il est déterminé, par comparaison avec des valeurs pré-établies, si une erreur est présente ou non, la tension d'entrée V_abc et le courant moteur i_abc étant utilisés comme valeurs d'entrée pour le modèle de moteur (1) pour déterminer le couple Te agissant sur l'arbre moteur, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'arbre ω est déterminée à partir du modèle de moteur et ces valeurs dérivées du modèle de moteur (1) ainsi que les grandeurs déterminées par capteurs de la hauteur de refoulement H (pression différentielle) ainsi que du débit de refoulement Q sont combinées mathématiquement dans le modèle de pompe mécanique-hydraulique (3).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la présence d'une erreur est déterminée, il est encore déterminé de quelle erreur il s'agit.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle de moteur électrique (1) est formé par les équations suivantes : $${\mathit{Lʹ}}_s\frac{d{i}_{\mathit{sd}}}{dt}=-{\mathit{Rʹ}}_s{i}_{\mathit{sd}}+\frac{L_m}{L_r}\left({\mathit{Rʹ}}_r{\psi }_{\mathit{rd}}+z_p\omega {\psi }_{\mathit{rq}}\right)+v_{\mathit{sd}}$$

   

   $${\mathit{Lʹ}}_s\frac{d{i}_{\mathit{sq}}}{dt}=-{\mathit{Rʹ}}_s{i}_{\mathit{sq}}+\frac{L_m}{L_r}\left({\mathit{Rʹ}}_r{\psi }_{\mathit{rq}}-z_p\omega {\psi }_{\mathit{rd}}\right)+v_{\mathit{sq}}$$

   

   $$\frac{d{\psi }_{\mathit{rd}}}{dt}=-{\mathit{Rʹ}}_r{\psi }_{\mathit{rd}}-z_p\omega {\psi }_{\mathit{rq}}+{\mathit{Rʹ}}_r{L}_m{i}_{\mathit{sd}}$$

   

   $$\frac{d{\psi }_{\mathit{rq}}}{dt}=-{\mathit{Rʹ}}_r{\psi }_{\mathit{rq}}+z_p\omega {\psi }_{\mathit{rd}}+{\mathit{Rʹ}}_r{L}_m{i}_{\mathit{sq}}$$

   

   $$T_e=z_p\frac{3}{2}\frac{L_m}{L_r}\left({\psi }_{\mathit{rd}}{i}_{\mathit{sq}}-{\psi }_{\mathit{rq}}{i}_{\mathit{sd}}\right)$$

   

   
   OU $$V_s=Z_s\left(s\right)I_s$$

   

   $$\omega ={\omega }_s-s{\omega }_s$$

   

   $$I_r=\frac{V_s}{Z_r\left(s\right)}$$

   

   $$T_e=\frac{3R_r{I}_r^2}{s}$$

   

   OU $${\mathit{L}}_s\frac{d{i}_{\mathit{sd}}}{dt}=-{\mathit{R}}_s{i}_{\mathit{sd}}+z_p\omega L_s{\psi }_{\mathit{rq}}+v_{\mathit{sd}}$$

   

   $${\mathit{L}}_s\frac{d{i}_{\mathit{sq}}}{dt}=-{\mathit{R}}_s{i}_{\mathit{sq}}-z_p\omega L_s{\psi }_{\mathit{rd}}+v_{\mathit{sq}}$$

   

   $$\frac{d{\psi }_{\mathit{rd}}}{dt}=-z_p\omega {\psi }_{\mathit{rq}}$$

   

   $$\frac{d{\psi }_{\mathit{rq}}}{dt}=z_p\omega {\psi }_{\mathit{rd}}$$

   

   $$T_e=z_p\frac{3}{2}\left({\psi }_{\mathit{rd}}{i}_{\mathit{sq}}-{\psi }_{\mathit{rq}}{i}_{\mathit{sd}}\right)$$

   

   
   dans lesquelles
   i_sd est le courant du moteur dans la direction d
   i_sq est le courant du moteur dans la direction q
   ψ_rd est le flux magnétique du rotor dans la direction d
   ψ_rq est le flux magnétique du rotor dans la direction q
   T_e est le couple du moteur
   V_sd est la tension d'alimentation du moteur dans la direction d
   V_sq est la tension d'alimentation du moteur dans la direction q
   ω est la vitesse angulaire du rotor et de la roue à aubes
   R'_s est la résistance équivalente de l'enroulement du stator
   R'_r est la résistance équivalente de l'enroulement du rotor
   L_m est la résistance de couplage inductive entre l'enroulement du stator et l'enroulement du rotor
   L'_s est la résistance équivalente inductive de l'enroulement du stator
   L_r est la résistance inductive de l'enroulement du rotor
   Z_p est le nombre de paires de pôles
   I_s est le courant de phase
   V_s est la tension de phase
   ω_s est la fréquence de la tension d'alimentation
   ω est la vitesse de rotation réelle du rotor et de la roue à aubes
   s est le glissement du moteur
   Z_s(s) est l'impédance du stator
   Z_r(s) est l'impédance du rotor
   R_r est la résistance équivalente de l'enroulement du rotor
   R_s est la résistance équivalente de l'enroulement du stator
   L_s est la résistance inductive de l'enroulement du stator,
   d et q étant deux directions perpendiculaires l'une à l'autre perpendiculairement à l'arbre du moteur,
   et en ce que le modèle de pompe/moteur mécanique-hydraulique est formé par une équation $$J\frac{d\omega }{dt}=T_e-\mathit{B\omega }-T_P$$

   

   
   et au moins l'une des équations $$H_p=-a_{h2}{Q}^2+a_{h1}\mathit{Q\omega }+a_{h0}{\omega }^2$$

   

   $$T_p=-a_{t2}{Q}^2+a_{t1}\mathit{Q\omega }+a_{t0}{\omega }^2$$

   

   
   dans lesquelles
   $\frac{d\omega }{dt}$

   

   est la dérivée dans le temps de la vitesse angulaire du rotor
   T_p est le couple de rotation de la pompe
   J est le moment d'inertie du rotor, de la roue à aubes et du liquide transporté pris dans la route à aubes
   B est la constante de frottement
   Q est le débit de refoulement de la pompe
   H_p est la pression différentielle engendrée par la pompe
   a _h2, a _h1,a _h0 sont les paramètres qui dépeignent la relation entre la vitesse de rotation de la roue à aubes, le débit de refoulement et la pression différentielle, et
   a _t2,a _t1,a _t0 sont les paramètres qui dépeignent la relation entre la vitesse de rotation de la roue à aubes, le débit de refoulement et le moment d'inertie.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans les équations (16) et (17), les grandeurs a_h0- a_h2 et a_t0-a_t2 sont établies, ainsi que dans l'équation (15) les grandeurs B et J, en ce qu'à partir du modèle de moteur électrique (1) conforme aux équations (1) - (5) ou (6) - (9) ou (10) - (14), un couple de moteur (T_e) est déterminé et la vitesse de rotation est calculée d'après les équations (1) - (5) ou (6) - (9) ou (10) - (14), après quoi, à l'aide des équations (16) et (17), une relation entre la pression différentielle et le débit de refoulement, d'une part, et entre le couple de pompe et le débit de refoulement d'autre part, est déterminée.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une bande de tolérance est établie par variance d'au moins l'une des grandeurs a_h0- a_h2 et a_t0-a_t2 et B et J.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs déterminées sont portées dans les équations selon la revendication 4, de telle manière que plusieurs grandeurs d'erreur (r₁ - r₄) en résultent, étant précisé qu'à partir de la combinaison des grandeurs d'erreur la nature de l'erreur est déterminée sur la base de combinaisons de valeurs limites pré-établies.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs déterminées ou des valeurs dérivées de celles-ci sont comparées à des valeurs pré-établies, les valeurs pré-établies définissant chacune une surface, étant précisé qu'il est déterminé si les grandeurs déterminées ou les grandeurs dérivées de celles-ci sont situées ou non sur l'une de ces surfaces (r*₁ - r*₄), et que sur la base de la combinaison des grandeurs d'erreur, la nature de l'erreur est déterminée à partir de combinaisons pré-établies de valeurs limites.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination de la nature de l'erreur s'effectue à partir du tableau suivant : Nature de l'erreur Grandeur d'erreur r₁, r_2, r_3, r_4, Surface de comparaison r₁* r₂* r₃* r₄* Frottement accru dû à des défauts mécaniques 1 0 1 1 Refoulement réduit/ pression différentielle insuffisante 0 1 1 1 Défaut dans la zone d'aspiration/ débit de refoulement insuffisant 1 1 0 1 Arrêt du refoulement 1 1 1 1
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de la détermination d'une erreur, le groupe moto-pompe est excité dans le sens d'une vitesse de rotation modifiée, pour à partir des résultats de mesure ou se présentant alors, spécifier avec plus de précision l'erreur déterminée.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les grandeurs r₁ - r₄ sont définies par les équations : $$\{\begin{array}{cc}\hfill J\frac{d{\hat{\omega }}_1}{dt}=& -B{\hat{\omega }}_1-\left(-a_{t2}{Q}^2+a_{t1}\mathit{Q\omega }+a_{t0}{\omega }^2\right)+T_e+k_e\left(\omega -{\hat{\omega }}_1\right)\hfill \\ \hfill r_1=& q_1\left(\omega -{\hat{\omega }}_1\right)\hfill \end{array}$$

    

    $$\{r_2=q_2\left(-a_{h2}{Q}^2+a_{h1}\mathit{\omega Q}+a_{h0}{\omega }^2-H_p\right)$$

    

    $$\{\begin{array}{cc}\hfill \mathit{Qʹ}=& \frac{a_{h1}\omega +\sqrt{a_{h1}^2{\omega }^2-4a_{h2}\left(H_p+a_{h0}{\omega }^2\right)}}{2a_{h2}}\hfill \\ \hfill J\frac{d{\hat{\omega }}_3}{dt}=& -B{\hat{\mathrm{\omega }}}_3-\left(-a_{t2}{\mathit{Qʹ}}^2+a_{t1}\mathrm{Qʹ\omega }+a_{t0}{\mathrm{\omega }}^2\right)+T_e+k_3\left(\mathrm{\omega }-{\hat{\mathrm{\omega }}}_3\right)\hfill \\ \hfill r_3=& q_3\left(\mathrm{\omega }-{\hat{\mathrm{\omega }}}_{\mathrm{3}}\right)\hfill \end{array}$$

    

    $$\{\begin{array}{cc}\hfill \mathit{\omega ʹ}=& \frac{-a_{h1}{H}_p+\sqrt{a_{h1}^2{H_p}^2-4a_{h2}\left(H_p+a_{h0}{Q}^2\right)}}{2a_{h2}}\hfill \\ \hfill J\frac{d{\hat{\omega }}_4}{dt}=& -B{\hat{\mathrm{\omega }}}_4-\left(-a_{t2}{\mathit{Q}}^2+a_{t1}\mathit{Q\omega ʹ}+a_{t0}{\mathit{\omega ʹ}}^2\right)+T_e+k_4\left(\mathit{\omega ʹ}-{\hat{\mathit{\omega }}}_4\right)\hfill \\ \hfill r_4=& q_4\left(\mathit{\omega ʹ}-{\hat{\mathit{\omega }}}_4\right)\hfill \end{array}$$

    

    
    dans lesquelles
    k₁ , k₂ , k₃ sont des constantes,
    q₁, q₂, q₃, q₄ sont des constantes,
    Q' est le débit de refoulement calculé sur la base de la vitesse de rotation instantanée et de la pression différentielle mesurée,
    ω̂ ₁ est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base des équations mécaniques-hydrauliques (15) et (17),
    ω̂₃ est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base des équations (15), (16) et (17),
    ω̂₄ est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base des équations (15), (16) et (17),
    ω' est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base de la pression différentielle et du débit de refoulement mesuré,
    r₁ - r₄ sont des grandeurs d'erreur, et
    r₁*- r₄* sont des surfaces définies par trois variables, qui représentent un fonctionnement exempt d'erreurs de la pompe.

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