EP4378042A1 - Alimentation d'un contrôleur de paliers - Google Patents

Alimentation d'un contrôleur de paliers

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Publication number
EP4378042A1
EP4378042A1 EP22755108.2A EP22755108A EP4378042A1 EP 4378042 A1 EP4378042 A1 EP 4378042A1 EP 22755108 A EP22755108 A EP 22755108A EP 4378042 A1 EP4378042 A1 EP 4378042A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
supply module
voltage
magnetic bearing
bearing controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22755108.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric Fessler
Fabien Durand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4378042A1 publication Critical patent/EP4378042A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
    • H02J1/102—Parallel operation of DC sources being switching converters
    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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    • 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
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/292—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC

Definitions

  • the subject of the invention is a power supply system comprising a first power supply module and a second emergency power supply module for supplying a magnetic bearing controller of a permanent magnet synchronous motor. More specifically, the second power supply module supplies the magnetic bearing controller by tapping.
  • a magnetic bearing controller is powered using a single power supply module, in the event of a power supply fault, the magnetic bearing controller is no longer functional. Then, the emergency ball bearing of the magnetic bearing, which is no longer controlled by the controller, risks being damaged following an unsustained stoppage of the motor and the freewheeling of the motor shaft. Thus, in the event of a power supply fault, the service life of the backup bearings is greatly reduced .
  • this second power supply module constitutes a backup power supply module, in the event of a power supply failure of the magnetic bearing controller by the first power supply module. 'feed.
  • a magnetic bearing controller of a permanent magnet synchronous motor is powered by a first power supply module, for operation in nominal mode (that is to say in normal operation of the first power supply module), and by a second backup power supply module when a power supply fault occurs at the first power supply module.
  • the use of batteries presents several problems. First of all, the batteries are bulky, which induces a significant bulk. In addition, the batteries have a significant weight.
  • the batteries require a dedicated space for their installation, which must ensure ventilation taking into account their possible gas releases, and the maintenance of an ambient temperature avoiding the risk of thermal runaway.
  • the batteries require electronic charging devices which increase the cost of the solution and make it less flexible, as charged batteries become a prerequisite for the safe use of the rotating machine, while the charging device must also ensure that the batteries do not fully discharge, which would cause them to enter a so-called deep discharge state, which is detrimental to their subsequent proper functioning.
  • the batteries therefore require regular maintenance and, having a limited lifespan, to be changed over time, which has an economic impact.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art, in particular by making it possible to supply an emergency power supply to the magnetic bearing controller.
  • the subject of the present invention is a power supply system for a magnetic bearing controller of a permanent magnet synchronous motor comprising:
  • a first electrical power supply module configured to be connected to an electrical network and to supply voltage to the magnetic bearing controller
  • a second power supply module configured to supply voltage to the magnetic bearing controller, the voltage of the second power supply module being derived from the synchronous motor
  • the second power supply module is configured to supply, in nominal operating conditions, a voltage lower than the voltage supplied by the first power supply module
  • the second power supply module is mounted in parallel with the first power supply module and upstream of the magnetic bearing controller
  • the selector is configured to select the power supply module providing the highest voltage to the magnetic bearing controller.
  • such a system makes it possible to supply emergency power to a magnetic bearing controller without however requiring the use of consumable elements, requiring maintenance and replacements.
  • a battery requires maintenance, must be replaced over time, while being bulky and heavy.
  • a power supply system according to the invention is simple, reliable, robust, maintenance-free and inexpensive.
  • the second power supply module drawing the voltage from the synchronous motor, is used to supply the magnetic bearing controller until the ball bearings of the bearing, called “landers", can take over and receive the motor shaft of the synchronous motor at a speed low enough that the backup ball bearings never experience premature wear or damage.
  • the motor shaft lands on the ball bearings of the bearing, until the final stop of the motor, without causing any damage to the bearing.
  • the selection device comprises a voltage rectifying element
  • the second power supply module is configured to be supplied with voltage by the motor, at nominal operating speed;
  • the second power supply module is configured to be supplied with voltage by the motor, when the motor is freewheeling, the motor acting as a generator; and or
  • the second power supply module is configured to be supplied with voltage by the motor:
  • the selection device comprises at least two OR-ing diodes, the first OR-ing diode is arranged downstream of the first power supply module, and the second OR-ing diode is arranged downstream of the second power supply module,
  • the first power supply module and/or the second power supply module comprises a transformer
  • the voltage accepted by the magnetic bearing controller is between 70Vdc and 800Vdc, preferably between 100Vdc and 750Vdc; and or
  • the second power supply module is configured to supply a minimum voltage comprised between 70Vdc and 120Vdc, preferentially 100Vdc to the magnetic bearing controller at a frequency comprised between 60Hz and 100Hz, preferentially at 80Hz; and or
  • the power supply system comprises a device for monitoring the voltage supplied by the power supply modules;
  • the power supply system comprises downstream of the first power supply module and of the second power supply module a capacitive filter smoothing the voltage;
  • the capacitive filter forms an energy storage means.
  • the present invention also relates to a system for compressing the cycle gas of a refrigeration and/or gas liquefaction system comprising a supply system according to one of the embodiments described.
  • the present invention also relates to a method for supplying a magnetic bearing controller of a permanent magnet synchronous motor comprising a step of selection by a selection device of a supply module supplying the highest voltage to supply the magnetic bearing controller,
  • a first electrical power supply module configured to be connected to an electrical network and to supply voltage to the magnetic bearing controller
  • the second power supply module supplying, in nominal operating conditions, an electric voltage lower than the voltage supplied by the first power supply module
  • a power supply step in which the magnetic bearing controller is powered by the power supply module selected by the selection device.
  • such a supply method makes it possible to maintain a voltage supply to the magnetic bearing controller and to avoid damage to one of the bearings in the event of absence of supply to the magnetic bearing controller.
  • the second power supply module drawing the voltage from the synchronous motor, is used to supply the magnetic bearing controller until the ball bearings of the bearing, called “landers", can take over and receive the motor shaft of the synchronous motor.
  • the motor shaft lands on the ball bearings of the bearing, until the final stop of the motor, without causing any damage to the bearing.
  • the synchronous motor acts as a generator when freewheeling
  • the second power supply module supplies the magnetic bearing controller for a period of time between 1s and 60s, more particularly between 5s and 30s; and or
  • the second power supply module supplies the magnetic bearing controller, the voltage supplied to the magnetic bearing controller reduces over time until it reaches a minimum voltage;
  • the minimum voltage supplied to the magnetic bearing controller is between 70Vdc and 120Vdc and has a frequency between 60Hz and 100Hz;
  • the rest period is between 30s and 160s, more particularly between 100s and 140s, finally more precisely 120s.
  • FIG. 1 is an electrical schematic representation of a power supply system according to one embodiment of the invention.
  • upstream and downstream relating to the arrangement of electrical components, the arrangement of these components is defined according to the direction of the current.
  • a second electric element arranged downstream of a first electric element, is farther from the positive terminal of the voltage supply module than the first element.
  • the invention relates to an electrical circuit of a power supply system 100 configured to supply a magnetic bearing controller 102 of a synchronous motor 106.
  • the bearing controller 102 controls the voltage supply of the magnetic bearings 104.
  • the power supply system includes a first power supply module 130 and a second power supply module 140.
  • the power supply system 100 further includes a selection device 108.
  • the selection module selects the first or the second module power supply 130, 140 for supplying voltage to the magnetic bearing controller 102.
  • the first power supply module 130 is three-phase.
  • the second power supply module 140 is three-phase.
  • the first power supply module 130 is connected to an electrical network.
  • the second power supply module 140 is connected to the synchronous motor 106, and derives the voltage from said motor.
  • variable speed drive 105 When the synchronous motor is operating normally, the second power supply module is powered by a variable speed drive 105.
  • the variable speed drive 105 controls the rotation of the synchronous motor 106 by acting on the voltage and frequency of the power supply. is supplied to the motor by the variable speed drive 105 .
  • synchronous motor 106 When synchronous motor 106 is coasting, it acts as a generator and supplies voltage to the second power supply module.
  • the first power supply module 130 and the second power supply module 140 are arranged electrically in parallel in the electrical circuit of the power supply system 100, upstream of the magnetic bearing controller 102. That is to say that the first power supply module 130 and the second power supply module 140 can be electrically connected in parallel to the same terminal or input of the electrical circuit of the power supply system 100.
  • the second power supply module is configured to supply, in nominal operating conditions, a voltage lower than the voltage supplied by the first power supply module.
  • the voltage supplied by the first power supply module 130 is greater than that supplied by the second power supply module 140.
  • the selection device 108 is configured to select, during a selection step S1, the power supply module 130, 140 which will supply voltage to the magnetic bearing controller 102, during the power supply step S2 ( ).
  • the power supply module 130, 140 supplying the highest voltage is selected, during the selection step S1, by the selection device 108.
  • the selection device 108 may comprise one or more electro-mechanical and/or electrical and/or semiconductor contacts.
  • the selection device 108 may comprise a voltage rectifier element 108a, 108b in the first power supply module, respectively the second power supply module.
  • a type of selection device makes it possible to carry out a passive selection of the most important voltage supplied by the first or the second power supply module.
  • selection device 108 may include first and second voltage rectifying elements 108a, 108b.
  • the first voltage rectifier element 108a is disposed downstream of the first power supply module 130.
  • the second voltage rectifier element 108b is disposed downstream of the second power supply module 140.
  • the first and the second rectifier elements are mounted in parallel in the electrical circuit.
  • the voltage rectifying elements 108a, 108b make it possible to rectify an alternating voltage, and to make it continuous.
  • the selection device 108 comprises two diodes 108c, 108d disposed respectively downstream of the two rectifier elements 108a, 108b.
  • the diodes 108c, 108d are OR-ing diodes.
  • the first power supply module and the second power supply module respectively each comprise a voltage transducer 108e, 108f located between the rectifier element 108a, 108b and the diode 108c, 108d.
  • the voltage Vcp admitted by the bearing controller 102 is between a voltage Vcp_min and a voltage Vcp_max.
  • the voltage Vcp_min can be between 50Vdc and 120Vdc, preferably between 70Vdc and 100Vdc.
  • the Vcp_max is between 750Vdc and 850Vdc, preferably between 750Vdc and 800Vdc.
  • the first power supply module 130 is powered by an electrical network.
  • the voltage of the electrical network can for example be 400 Vac.
  • the first power supply module 130 may not have a transformer. If it is considered that the alternating voltage supplied by the electrical network varies by around ⁇ 20%.
  • the voltage range Valim1 supplied by the first power supply module 130 is then between a voltage Valim1_min and a voltage Valim1_max.
  • the voltage range provided by the first power supply module 130 is between 300Vac and 500Vac, preferably 320Vac and 480Vac, when the power supply system operates in nominal operating mode. That is to say in the absence of failure of the first power supply module 130.
  • the voltage Valim2_nom supplied by the second power supply module 140 is between a voltage Valim2_nom_min and a voltage Valim2_nom_max.
  • Valim 2 can be included, for example between 0Vac and 600Vac.
  • the voltage Valim2_deg supplied by the second power supply module 140, withdrawn from the synchronous motor 106 acting as a generator, is between a value Valim2_deg_min and Valim2_deg_max, where the Valim2_deg_min value is greater than the value of Valim2_nom_min.
  • the minimum voltage Valim2_deg_min must be greater than 0 to enable the bearing controller 102 to be supplied.
  • Valim2_deg_ is between 100Vac and 600Vac.
  • the voltage Valim2_nom, Valim2_deg supplied by the second power supply module 140 reaches, in nominal or degraded operating conditions, a maximum voltage Valim2_nom_max, Valim2_deg_max greater than the maximum voltage tolerated for the bearing controller 102 Vcp_max, for example 560Vac.
  • the maximum voltage Valim2_nom_max supplied by the second power supply module 140 may be greater than the maximum alternating voltage Valim1_max supplied by the first module 130.
  • the selection device 108 would then select the second power supply module 140, as long as the voltage Valim2_nom withdrawn from the synchronous motor 106 is greater than the voltage Valim1 supplied by the first power supply module 130.
  • the voltage supply of the bearing controller 102 be carried out by the first power supply module 130, connected to the electrical network, rather than the second power supply module 140, acting as a backup power source, drawing voltage from synchronous motor 106.
  • At least the first power supply module 130 or the second power supply module 140 comprises a transformer 132, 142.
  • the first power supply module 130 and the second power supply module 140 respectively comprise a transformer 132, 142.
  • transformers 132,142 are three-phase transformers.
  • the first power supply module 130 includes a transformer 132
  • the second power supply module includes a transformer 142.
  • the transformer 132 has a transformation ratio comprised between a minimum transformation value T1_min and a maximum transformation value T1_max.
  • T1_min is equal to 1.01, plus 1.015, and more particularly 1.1.
  • T1_max is equal to 2, more particularly 1.5 and more particularly 1.3.
  • Transformer 132 having a transformation ratio greater than 1, makes it possible to raise the value range of Valim1.
  • the voltage Valim1T is between Valim1T_min and Valim1T_max.
  • Valim1T_min is greater than Valim1_min, and Valim1T_max is greater than Valim1_max.
  • the voltage Valim1T at the output of the transformer 132 supplied to the step controller 102 includes a minimum voltage Valim1T_min between 420Vac and 460Vac and a maximum voltage Valim1T_max between 500Vac and 540Vac.
  • the Valim1T voltage can in this embodiment oscillate between 350Vac and 560 Vac, which corresponds to a direct voltage between 475Vdc and 750Vdc.
  • the use of a transformer 132, having a transformation ratio greater than 1, in the first power supply module 130 makes it possible to raise the maximum voltage Valmi1_max supplied by the first power supply module 130 up to 560Vac.
  • the transformation ratio of the transformer 132 is chosen so that, in nominal operating conditions, the voltage supply Valim1T supplied by the first supply module 130 is always greater than that supplied by the second supply module.
  • power supply 140 (as shown in , curve A, corresponding to the voltage supplied by the first power supply module 130, being above curve B, corresponding to the voltage supplied by the second power supply module 140, on the section B1, corresponding to a operation at rated operating speed).
  • the transformation ratio of the transformer 142 is between a minimum transformation value T2_min and a maximum transformation value T2_max.
  • T2_min is equal to 0.1 and, more particularly 0.2, and more particularly 0.5.
  • T2_max is equal to 0.99, more particularly 0.8 and more particularly 0.7.
  • the voltage supplied Valim2T_nom by the second power supply module 140 at the output of the transformer 142 comprises a minimum voltage Valim2T_nom_min and a maximum voltage Valim2T_nom_max.
  • the voltage Valim2T_nom is between 0Vac and 300 Vac , which corresponds to a DC voltage between 0 and 440 Vdc.
  • the use of a transformer 142, having a transformation ratio less than 1, in the second power supply module 140 makes it possible, in the example, to lower the maximum voltage Valim2_nom_max supplied by the second power supply module 140 to 300 Vac, which is lower than the lower voltage terminal provided by the first power supply module 130, which is 350 Vac.
  • transformer 142 having a transformation ratio less than 1 makes it possible to reduce the voltage range Valim2T_nom supplied by the second voltage module.
  • the maximum voltage Valim2T_nom_max supplied by the second power supply module 140 is lower than the minimum voltage Valim1T_min supplied by the first module of power supply 130. This makes it possible to guarantee, in nominal operating conditions, after passing through the rectifier elements 108a, 108b, that the bearing controller 102 is powered only by the first power supply module 130, connected to the electrical network.
  • the presence of the transformers 132, 142 makes it possible, in the nominal operating mode, to supply a maximum voltage Valim1T_max to the bearing controller 102 less than or equal to the maximum voltage Vcp_max allowed by said controller.
  • the voltage Valim2T_deg supplied by the second power supply module 140 at the output of the transformer 142 (having a transformation ratio mentioned in the example above) is between a value minimum voltage value Valim2T_deg_min and a maximum voltage value Valim2T_deg_max.
  • the minimum voltage value Valim2T_deg_min is between 70Vac and 80Vac.
  • the maximum voltage value Valim2T_deg_max is between 540Vac560Vac , which corresponds to a direct voltage between 100Vdc and 750 Vdc.
  • the voltage supply Valim2T_deg of the bearing controller 102 supplied by the second power supply module 140 using the synchronous motor 106, operating as a generator, is included in the range of voltage values Vcp admitted by the bearing controller 102 (for example between 70Vac and 560Vac).
  • the voltage supplied by the first power supply module 130 or the second power supply module 140 is accepted by the bearing controller 102.
  • the power supply system 100 comprises a device 152 for monitoring the voltage supplied by at least the first power supply module 130, preferably the first and the second power supply modules 130, 140.
  • Monitoring device 152 is connected to selection device 108.
  • the monitoring device 152 can ensure the voltage control of the first and/or the second power supply modules 130, 140.
  • the voltage control is done by acquiring the voltage measured by the voltage transducers 108e and 108f.
  • the monitoring device 152 makes it possible to alert of a failure at the level of the first power supply module, and possibly at the level of the second power supply module.
  • the monitoring device 152 is connected to a control-command device configured to manage the failure modes of the first power supply module 130.
  • the monitoring device 152 can use a PLC system, to ensure the voltage control of the first and/or the second power supply modules 130, 140.
  • the monitor 152 can control the variable speed drive 105 to regulate the power that the variable speed drive 105 supplies to the asynchronous motor.
  • the power supply system comprises downstream of the first power supply module 130 and of the second power supply module 140 a capacitive filter 150 forming an energy storage means.
  • the capacitive filter can be formed by a capacitor, an inductance, or even a metal oxide varistor.
  • the capacitive filter makes it possible, thanks to the energy storage produced, to allow a more flexible transition between the power supply produced by the first power supply module 130, under nominal operating conditions, and the power supply produced by the second power supply module 130.
  • power supply 140 in the event of failure of the first power supply module 130.
  • the reference I in illustrates the fact that in nominal operating conditions, the voltage curve A, corresponding to the first power supply module 130.
  • Curve B1 corresponds to the curve of the voltage supplied by the second power supply module 140.
  • the voltage of curve A can be stabilized at a value VA-1 or oscillate between the voltage values VA-2 and VA-3.
  • the voltage of curve B1 can oscillate between a voltage value VB1-1 and VB1-2.
  • VB1-1 is equal to Valim2T_nom_max.
  • the value of the voltage of curve B1, between VB1-1 and VB1-2 is constantly lower than the minimum value of the voltage of curve A, between the values VA-3 and VA -2.
  • VA-2 is equal to Valim1T_max
  • VA-3 is equal to Valim1T_min
  • the second power supply module 140 being in the "idle"("inactive") state, illustrated in , defining, in French terminology, a state where the second supply module 140 derives the voltage from the synchronous motor 106, but does not supply the bearing controller 102.
  • the selection device 108 selects only the first power supply module 130 to supply voltage to the bearing controller 102.
  • Reference II illustrates the start of the supply of the second power supply module 140, after the first power supply module 130 is energized by the synchronous motor for a first period of time.
  • the voltage supplied by the second power supply module 140 evolves from V0, a zero voltage, to a voltage varying between VB1-1 and VB1-2.
  • Reference III illustrates the fact that even when the second power supply module 140 is sufficiently powered to provide power to the step controller 102, the voltage peaks of the curve B1, having a value VB1-1, are constantly lower than the voltage supplied by the first power supply module 130, under nominal operating conditions.
  • Reference IV illustrates the failure of the first power supply module 130, and the sudden drop in the voltage supplied by this power supply module down to the voltage V0, this results in an almost vertical drop in the voltage illustrated on the curve AT.
  • Reference V illustrates the moment on the graph after curve A of the first power supply module 130 crosses curve B at the crossover point C.
  • the voltage supplied by the second power supply module 140 (illustrated by curve B2, downstream of point C) is greater than the voltage supplied by the first power supply module 130 (illustrated by curve A, downstream of point C). Therefore, the selection device 108 selects the second power supply module 140 to supply voltage to the step controller 102.
  • the voltage supplied by the second module decreases. gradually over time (see reference VI on the ), until reaching the voltage V0, zero. At this time, the supply voltage provided by the first module and the second supply module 130,140 is zero.
  • the voltage supplied by the second power supply module 140 reduces over time due to the reduction in speed of the synchronous motor 106, freewheeling, until the latter stops.
  • the period of time during which the bearing controller 102 is powered by the second power supply module can be between 1s and 60s, more particularly between 5s and 30s. During this period of time, the voltage supplied to the step controller 102 is reduced over time until it reaches a minimum voltage Vmin.
  • This feeding time period is illustrated in and corresponds to the “duty” (“active”) state, defining, in French terminology, a state where the second power supply module 140 provides power to the bearing controller 102.
  • the ball bearings of the bearing 104 can take over and receive the motor shaft 110 of the synchronous motor 106.
  • the motor shaft lands on the ball bearings of the bearing 104 , until the final stop of the engine, without causing any deterioration of the bearing 104.
  • the minimum DC voltage Vmin supplied by the second power supply module 140, before the motor shaft 110 comes to rest on the ball bearings of the bearing 10, can be between 60 Vdc and 140 Vdc, preferably 70 Vdc and 120 VDC.
  • this minimum voltage Vmin is supplied at a frequency Fmin.
  • the frequency Fmin can be between 60 Hz and 100 Hz. This frequency corresponds to the minimum frequency at which the bearing controller 102 can be powered.
  • a rest period follows during which the bearing controller 102 can no longer be powered by the second power supply module 140.
  • This rest period feeding time is illustrated in and corresponds to the “rest” state, defining, in French terminology, a state of rest, where the second power supply device no longer supplies power to the bearing controller 102.
  • the rest period is between 30s and 160s, more particularly between 100s and 140s, even more precisely of the order of 120s.
  • Reference VIII illustrates when the fault of the first power supply module 130 is cleared and the first power supply module allows the bearing controller 102 to be powered again.
  • the supply system 100 is configured to be used in a cycle gas compression system of a refrigeration and/or gas liquefaction system comprising a supply system according to one of embodiments described.
  • the compression system can be a terrestrial device or included on a maritime device such as an LNG carrier.

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Abstract

Système d'alimentation d'un contrôleur de paliers magnétiques d'un moteur à aimants permanents comprenant : - un premier module d'alimentation configuré pour être relié à un réseau électrique et pour alimenter le contrôleur, - un deuxième module d'alimentation configuré pour alimenter le contrôleur de paliers magnétiques, la tension du deuxième module étant dérivée du moteur, - un dispositif de sélection du premier module d'alimentation ou du deuxième module alimentation pour alimenter le contrôleur, le deuxième module alimentation étant configuré pour fournir, dans un régime de fonctionnement nominal, une tension inférieure à la tension fournie par le premier module d'alimentation, le dispositif de sélection étant configuré pour sélectionner le module d'alimentation fournissant la tension la plus élevée au contrôleur.

Description

    Alimentation d’un contrôleur de paliers DOMAINE DE L’INVENTION
  • L’invention a pour objet un système d’alimentation comprenant un premier module d’alimentation et un deuxième module d’alimentation de secours pour alimenter un contrôleur de paliers magnétiques d’un moteur synchrone à aimants permanents. Plus particulièrement, le deuxième module d’alimentation alimente le contrôleur de paliers magnétiques par soutirage.
    •  ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Traditionnellement, il est connu d’alimenter continuellement un contrôleur de paliers magnétiques d’un moteur synchrone à aimants permanents. La perte d'alimentation des paliers magnétiques est gérée au moyen de roulements à bille dont le rôle est de supporter l'arbre de la machine tournante en cas de défaillance de l'alimentation des paliers magnétiques. Ces roulements à billes sont souvent incapables de supporter un ou plusieurs atterrissages de l'arbre lorsque les paliers magnétiques perdent leur alimentation électrique : ils peuvent voir leur durée de vie entamée, ou être endommagés.
  • Dans le cas d’une alimentation d’un contrôleur de paliers magnétiques à l’aide d’un unique module d’alimentation, en cas d’un défaut d’alimentation, le contrôleur de paliers magnétiques n’est plus fonctionnel. Alors, le roulement à bille de secours du palier magnétique, qui n’est plus contrôlé par le contrôleur, risque de subir un endommagement suite à un arrêt non sustenté du moteur et la rotation en roue libre de l’arbre moteur. Ainsi, lors d’un défaut d’alimentation, la durée de vie des roulements de secours est fortement réduite .
  • Pour surmonter ce problème, il est connu d’utiliser un deuxième module d’alimentation, ce deuxième module d’alimentation constitue un module d’alimentation de secours, en cas de défaut d’alimentation du contrôleur de paliers magnétique par le premier module d’alimentation.
  • Traditionnellement, un contrôleur de paliers magnétiques d’un moteur synchrone à aimants permanents est alimenté par un premier module d’alimentation, pour un fonctionnement en mode nominal (c’est-à-dire en fonctionnement normal du premier module d’alimentation), et par un deuxième module d’alimentation de secours lorsqu’un défaut d’alimentation a lieu au niveau du premier module d’alimentation.
  • Il est connu d’utiliser une ou plusieurs batteries en guise de deuxième module d’alimentation.
  • Toutefois, l’usage de batteries présente plusieurs problèmes. Tout d’abord, les batteries sont volumineuses, ce qui induit un encombrement important. En outre, les batteries ont un poids important.
  • En outre les batteries nécessitent un espace dédié pour leur installation, qui doit assurer une ventilation tenant compte de leurs éventuels dégagements gazeux, et le maintien d’une température ambiante évitant les risques d'emballement thermique. Les batteries nécessitent des dispositifs électroniques de charge qui augmentent le coût de la solution et la rendent moins flexible, car des batteries chargées deviennent un prérequis à l'utilisation sûre de la machine tournante, tandis que le dispositif de charge doit également s'assurer que les batteries ne se déchargent pas totalement, ce qui les ferait rencontrer un état dit de décharge profonde, néfaste à leur bon fonctionnement ultérieur. Les batteries nécessitent donc une maintenance régulière et, ayant une durée de vie limitée, d’être changées dans le temps, ce qui a un impact économique.
  • Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, en particulier en permettant de fournir une alimentation de secours au contrôleur de paliers magnétiques.
  • BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
  • A cet effet, la présente invention a pour objet un système d’alimentation d’un contrôleur de paliers magnétiques d’un moteur synchrone à aimants permanents comprenant :
  • - un premier module d’alimentation électrique, configuré pour être relié à un réseau électrique et pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques,
  • - un deuxième module d’alimentation électrique configuré pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques, la tension du deuxième module d’alimentation étant dérivée du moteur synchrone,
  • - un dispositif de sélection du premier module d’alimentation ou du deuxième module d’alimentation pour alimenter le contrôleur de paliers magnétiques en tension,
  • dans lequel
  • le deuxième module alimentation est configuré pour fournir, dans un régime de fonctionnement nominal, une tension inférieure à la tension fournie par le premier module d’alimentation,
  • le deuxième module d’alimentation est monté en parallèle du premier module d’alimentation et en amont du contrôleur de paliers magnétiques,
  • le dispositif de sélection est configuré pour sélectionner le module d’alimentation fournissant la tension la plus élevée au contrôleur de paliers magnétiques.
  • Avantageusement, un tel système permet de fournir une alimentation de secours à un contrôleur de paliers magnétiques sans toutefois requérir l’usage d’éléments consommables, nécessitant une maintenance et des remplacements. Une batterie nécessite une maintenance, doit être remplacée au cours du temps, tout en étant volumineuse et lourde.
  • Un système d’alimentation selon l’invention est simple, fiable, robuste, sans maintenance et peu coûteux.
  • En dérivant la tension du moteur synchrone, il est permis d’alimenter, en tension, sur une courte période de temps, le contrôleur de paliers magnétiques sans requérir un module d’alimentation, indépendant du premier module d’alimentation et du moteur synchrone.
  • Le deuxième module d’alimentation, soutirant la tension du moteur synchrone, permet d’alimenter le contrôleur de paliers magnétiques jusqu’à ce que les roulements à billes du palier, dits « atterrisseurs », peuvent prendre le relai et recevoir l’arbre moteur du moteur synchrone à une vitesse suffisamment basse pour que les roulements à billes de secours ne subissent jamais d'usure prématurée ou de dommage. L’arbre moteur atterrit sur les roulements à billes du palier, jusqu’à l’arrêt final du moteur, sans causer une détérioration quelconque du palier.
  • Le système d’alimentation selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
  • - le dispositif de sélection comprend un élément redressant la tension; et/ou
  • - le deuxième module d’alimentation est configuré pour être alimenté en tension par le moteur, en régime de fonctionnement nominal ; et/ou
  • - le deuxième module d’alimentation est configuré pour être alimenté en tension par le moteur, lorsque le moteur est en roue libre, le moteur agissant comme un générateur; et/ou
  • - le deuxième module d’alimentation est configuré pour être alimenté en tension par le moteur:
  • - à l’aide d’un variateur de vitesse, en régime de fonctionnement nominal, ou
  • - par le moteur agissant comme un générateur lorsqu’il est en roue libre ; et/ou
  • - le dispositif de sélection comprend au moins deux diodes OR-ing, la première diode OR-ing est disposée en aval du premier module d’alimentation, et la deuxième diode OR-ing est disposée en aval du deuxième module d’alimentation,
  • - la première et la deuxième diodes OR-ing étant agencées en parallèle ; et/ou
  • - le premier module alimentation et/ou le deuxième module d’alimentation comprend un transformateur; et/ou
  • - la tension admise par le contrôleur de paliers magnétiques est comprise entre 70Vdc et 800Vdc, préférentiellement entre 100Vdc et 750Vdc; et/ou
  • - le deuxième module d’alimentation est configuré pour fournir une tension minimum comprise entre 70Vdc et 120Vdc, préférentiellement 100Vdc au contrôleur de paliers magnétiques à une fréquence comprise entre 60Hz et 100Hz, préférentiellement à 80Hz; et/ou
  • - le système d’alimentation comprend un dispositif de surveillance de la tension fournie par les modules d’alimentation; et/ou
  • - le système d’alimentation comprend en aval du premier module d’alimentation et du deuxième module d’alimentation un filtre capacitif lissant la tension; et/ou
  • - le filtre capacitif forme un moyen de stockage d’énergie.
  • La présente invention concerne également un système de compression du gaz de cycle d’un système de réfrigération et/ou de liquéfaction de gaz comprenant un système d’alimentation selon l’un des modes de réalisation décrits.
  • La présente invention concerne également un procédé d’alimentation d’un contrôleur de paliers magnétiques d’un moteur synchrone à aimants permanents comprenant une étape de sélection par un dispositif de sélection d’un module d’alimentation fournissant la tension la plus élevée pour alimenter le contrôleur de paliers magnétiques,
  • la sélection se faisant entre :
  • - un premier module d’alimentation électrique, configuré pour être relié à un réseau électrique et pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques, et
  • - un deuxième module d’alimentation électrique, monté en parallèle du premier module d’alimentation électrique, la tension fournie par le deuxième module d’alimentation électrique étant dérivée du moteur synchrone,
  • le deuxième module d’alimentation électrique fournissant, dans un régime de fonctionnement nominal, une tension électrique inférieure à la tension fournie par le premier module d’alimentation électrique,
  • une étape de fourniture d’alimentation dans laquelle le contrôleur de paliers magnétiques est alimenté par le module d’alimentation sélectionné par le dispositif de sélection.
  • Avantageusement, un tel procédé d’alimentation permet de maintenir une alimentation en tension du contrôleur de paliers magnétiques et éviter un endommagement de l’un des paliers en cas d’absence d’alimentation du contrôleur de paliers magnétiques.
  • Le deuxième module d’alimentation, soutirant la tension du moteur synchrone, permet d’alimenter le contrôleur de paliers magnétiques jusqu’à ce que les roulements à billes du palier, dits « atterrisseurs », peuvent prendre le relai et recevoir l’arbre moteur du moteur synchrone. L’arbre moteur atterrit sur les roulements à billes du palier, jusqu’à l’arrêt final du moteur, sans causer une détérioration quelconque du palier.
  • Le procédé d’alimentation selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
  • - le moteur synchrone agit en tant que générateur lorsqu’il est en roue libre; et/ou
  • - le deuxième module d’alimentation électrique alimente le contrôleur de paliers magnétiques durant une période de temps comprise entre 1s et 60s, plus particulièrement entre 5s et 30s; et/ou
  • - le deuxième module d’alimentation électrique alimente le contrôleur de paliers magnétiques, la tension fournie au contrôleur de paliers magnétiques réduit dans le temps jusqu’à atteindre une tension minimum; et/ou
  • - la tension minimum fournie au contrôleur de paliers magnétiques est comprise entre 70Vdc et 120Vdc et a une fréquence comprise entre 60Hz et 100 Hz; et/ou
  • - après que l’alimentation du contrôleur de paliers magnétiques par le deuxième module d’alimentation électrique est suivie d’une période de repos durant laquelle le contrôleur de paliers magnétiques n’est pas alimenté par le deuxième module d’alimentation; et/ou
  • - la période de repos est comprise entre 30s et 160s, plus particulièrement entre 100s et 140s, enfin plus précisément 120s.
    •  BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description et des figures suivantes :
  • - est une représentation schématique électrique d’un système d’alimentation selon un mode de réalisation de l’invention,
  • - est une représentation de l’évolution de la tension fournie par le premier et le deuxième modules d’alimentation lors d’une défaillance du premier module d’alimentation,
  • - illustre un graphique de la variation de l'alimentation réalisée par le second module d’alimentation
  • - illustre un organigramme définissant le procédé d’alimentation selon l’invention.
  • Il est à noter que ces dessins n’ont d’autre but que d’illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l’invention.
  • Pour préciser les termes « amont » et « aval » relatif à l’agencement des composants électriques, l’agencement de ces composants est défini selon le sens du courant.
  • Par exemple, un deuxième élément électrique, agencé en aval d’un premier élément électrique, est plus éloigné de la borne positive du module d'alimentation de tension que le premier élément.
    •  DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
  • Comme représenté sur la , l’invention concerne un circuit électrique d’un système d’alimentation 100 configuré pour alimenter un contrôleur de paliers magnétiques 102 d’un moteur synchrone 106. Le contrôleur de paliers 102 contrôle l’alimentation en tension des paliers magnétiques 104.
  • Le système d’alimentation comprend un premier module d’alimentation électrique 130 et un deuxième module d’alimentation électrique 140. Le système d’alimentation 100 comprend en outre un dispositif de sélection 108. Le module de sélection sélectionne le premier ou le deuxième module d’alimentation 130, 140 pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques 102.
  • Dans un mode de réalisation, le premier module d’alimentation 130 est triphasé.
  • Dans un mode de réalisation, le deuxième module d’alimentation 140 est triphasé.
  • Le premier module d’alimentation 130 est relié à un réseau électrique.
  • Le deuxième module d’alimentation 140 est relié au moteur synchrone 106, et dérive la tension dudit moteur.
  • Lorsque le moteur synchrone fonctionne normalement, le deuxième module d’alimentation est alimenté par un variateur de vitesse 105. Le variateur de vitesse 105 pilote la rotation du moteur synchrone 106 en agissant sur la tension et la fréquence de l'alimentation électrique L’alimentation est fournie au moteur par le variateur de vitesse 105 .
  • Lorsque le moteur synchrone 106 est en roue libre, il agit comme un générateur et alimente en tension le deuxième module d’alimentation.
  • Le premier module d’alimentation 130 et le deuxième module d’alimentation 140 sont agencés électriquement en parallèle dans le circuit électrique du système d’alimentation 100, en amont du contrôleur de paliers magnétiques 102. C’est-à-dire que le premier module d’alimentation 130 et le deuxième module d’alimentation 140 peuvent être reliés électriquement en parallèle à une même borne ou entrée du circuit électrique du système d’alimentation 100.
  • Le deuxième module d’alimentation est configuré pour fournir, dans un régime de fonctionnement nominal, une tension inférieure à la tension fournie par le premier module d’alimentation.
  • L’expression en « régime de fonctionnement nominal » est à mettre en opposition à l’expression « en régime dégradé », et correspond au mode de fonctionnement normal du système d’alimentation 100, sans défaillance du premier module d’alimentation 130.
  • En régime de fonctionnement nominal, la tension fournie par le premier module d’alimentation 130 est plus importante que celle fournie par le deuxième module d’alimentation 140.
  • Le dispositif de sélection 108 est configuré pour sélectionner, lors d’une étape de sélection S1, le module d’alimentation 130, 140 qui va alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques 102, lors de l’étape de fourniture d’alimentation S2 ( ). Le module d’alimentation 130, 140 fournissant la tension la plus importante est sélectionné, lors de l’étape de sélection S1, par le dispositif de sélection 108.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif de sélection 108 peut comprendre un ou plusieurs contacts électro-mécaniques et/ou électriques et/ou à semiconducteur.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif de sélection 108 peut comprendre un élément redresseur de tension 108a, 108b dans le premier module d’alimentation, respectivement le deuxième module d’alimentation. Un tel type de dispositif de sélection permet de procéder à une sélection passive de la tension la plus importante fournie par le premier ou le deuxième module d’alimentation.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif de sélection 108 peut comprendre un premier et un deuxième éléments redresseurs de tension 108a, 108b. Le premier élément redresseur 108a de tension est disposé en aval du premier module d’alimentation 130. Le deuxième élément redresseur 108b de tension est disposé en aval du deuxième module d’alimentation 140. Le premier et le deuxième éléments redresseurs sont montés en parallèle dans le circuit électrique.
  • Les éléments redresseurs de tensions 108a, 108b permettent de redresser une tension alternative, et de la rendre continue.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif de sélection 108 comprend deux diodes 108c, 108d disposées respectivement en aval des deux éléments redresseurs 108a, 108b. Dans un mode de réalisation plus particulier, les diodes 108c, 108d sont des diodes OR-ing.
  • Dans un mode de réalisation, le premier module d’alimentation et le deuxième module d’alimentation comprennent respectivement chacun un transducteur de tension 108e, 108f situé entre l’élément redresseur 108a, 108b et la diode 108c, 108d.
  • La tension Vcp admise par le contrôleur de paliers 102 est comprise entre une tension Vcp_min et une tension Vcp_max.
  • Par exemple, la tension Vcp_min peut être comprise entre 50Vdc et 120Vdc, préférentiellement entre 70Vdc et 100Vdc. Dans cet exemple, la Vcp_max est comprise entre 750Vdc et 850Vdc, préférentiellement entre 750Vdc et 800Vdc.
  • Dans un exemple, le premier module d’alimentation 130 est alimenté par un réseau électrique. La tension du réseau électrique peut par exemple être 400 Vac. Le premier module d’alimentation 130 peut être dépourvu d’un transformateur. Dans le cas où il est considéré que la tension alternative fournie par le réseau électrique varie de l’ordre de ±20%. La plage de tension Valim1 fournie par le premier module d’alimentation 130 est alors comprise entre une tension Valim1_min et une tension Valim1_max.
  • En référence à l’exemple précédent, la plage de tension fournie par le premier module d’alimentation 130 est comprise entre 300Vac et 500Vac, préférentiellement 320Vac et 480Vac , lorsque que le système d’alimentation fonctionne en régime de fonctionnement nominal. C’est-à-dire en l’absence de défaillance du premier module d’alimentation 130.
  • Dans ce même exemple, en régime de fonctionnement nominal, pour une même tension d’entrée au niveau du premier module de tension 130, la tension Valim2_nomfournie par le deuxième module d’alimentation 140, soutirée au moteur synchrone 106 par le biais du variateur de vitesse 105, est comprise entre une tension Valim2_nom_min et une tension Valim2_nom_max.
  • Valim 2 peut être comprise, par exemple entre 0Vac et 600Vac .
  • Par ailleurs, en régime dégradé, lorsque le premier module d’alimentation 130 subit une défaillance, la tension Valim2_deg fournie par le deuxième module d’alimentation 140, soutirée au moteur synchrone 106 agissant comme générateur, est comprise entre une valeur Valim2_deg_min et Valim2_deg_max, où la valeur Valim2_deg_min est supérieure à la valeur de Valim2_nom_min. La tension minimale Valim2_deg_min doit être supérieure à 0 pour permettre l’alimentation du contrôleur de paliers 102.
  • Par exemple, la valeur de Valim2_deg_est comprise entre 100Vac et 600Vac.
  • De cette manière, la tension Valim2_nom, Valim2_deg fournie par le deuxième module d’alimentation 140 atteint, en régime de fonctionnement nominal ou dégradé, une tension maximale Valim2_nom_max, Valim2_deg_max supérieure à la tension maximale tolérée pour le contrôleur de paliers 102 Vcp_max, par exemple 560Vac.
  • En outre, pour un fonctionnement en régime de fonctionnement nominal (sans défaillance du premier module d’alimentation 130), la tension maximale Valim2_nom_max fournie par le deuxième module d’alimentation 140 peut être supérieure à la tension alternative maximale Valim1_max fournie par le premier module d’alimentation 130. Le dispositif de sélection 108 sélectionnerait alors le second module d’alimentation 140, tant que la tension Valim2_nom soutirée au moteur synchrone 106 est supérieure à la tension Valim1 fournie par le premier module d’alimentation 130.
  • Ceci ne correspond pas à un mode de réalisation préférentiel. En effet, en régime de fonctionnement nominal, il est souhaité que l’alimentation en tension du contrôleur de paliers 102 soit réalisée par le premier module d’alimentation 130, relié au réseau électrique, plutôt que le deuxième module d’alimentation 140, agissant comme une source d’alimentation de secours, soutirant la tension du moteur synchrone 106.
  • Dans un mode de réalisation préférentiel, au moins le premier module d’alimentation 130 ou le deuxième module d’alimentation 140 comprend un transformateur 132, 142. Préférentiellement, le premier module d’alimentation 130 et le deuxième module d’alimentation 140 comprennent respectivement un transformateur 132, 142.
  • Dans un mode de réalisation, les transformateurs 132,142 sont des transformateurs triphasés.
  • Dans un mode de réalisation préférentiel, le premier module d’alimentation 130 comprend un transformateur 132, et le deuxième module d’alimentation comprend un transformateur 142.
  • Le transformateur 132 présente un rapport de transformation compris entre une valeur de transformation minimum T1_min et une valeur de transformation maximum T1_max.
  • Par exemple, T1_min est égale à 1,01, plus 1,015, et plus particulièrement 1,1. Par exemple, T1_max est égale à 2, plus particulièrement 1,5 et plus particulièrement 1,3.
  • Le transformateur 132, ayant un rapport de transformation supérieur à 1, permet de rehausser la plage de valeur de Valim1. A la sortie du transformateur, la tension Valim1T est comprise entre Valim1T_min et Valim1T_max. Valim1T_min est supérieure à Valim1_min, et Valim1T_max est supérieure à Valim1_max.
  • Par exemple, pour un rapport de transformation entre 1,1 et 1,3, et pour une tension d’alimentation du réseau électrique de 400Vac, la tension Valim1T à la sortie du transformateur 132 fournie au contrôleur de paliers 102 comprend une tension minimum Valim1T_min comprise entre 420Vac et 460Vac et une tension maximum Valim1T_max comprise entre 500Vac et 540Vac. La tension Valim1T peut dans ce mode de réalisation osciller entre 350Vac et 560 Vac , ce qui correspond à une tension continue comprise entre 475Vdc et 750Vdc.
  • Par conséquent, dans l’exemple précédent, l’usage d’un transformateur 132, ayant un rapport de transformation supérieur à 1, dans le premier module d’alimentation 130 permet de réhausser la tension maximale Valmi1_max fournie par le premier module d’alimentation 130 jusqu’à 560Vac.
  • Avantageusement, le rapport de transformation du transformateur 132 est choisi de manière à ce que, en régime de fonctionnement nominal, l’alimentation en tension Valim1T fournie par le premier module d'alimentation 130 soit toujours supérieure à celle fournie par le deuxième module d’alimentation 140 (comme illustré en , la courbe A, correspondant à la tension fournie par le premier module d’alimentation 130, étant au-dessus de la courbe B, correspondant à la tension fournie par le deuxième module d’alimentation 140, sur le tronçon B1, correspondant à un fonctionnement en régime de fonctionnement nominal).
  • Concernant le deuxième module d’alimentation 140, le rapport de transformation du transformateur 142 est compris entre une valeur de transformation minimum T2_min et une valeur de transformation maximum T2_max.
  • Par exemple, T2_min est égale à 0,1 et, plus particulièrement 0,2, et plus particulièrement 0,5. Par exemple, T2_max est égale à 0,99, plus particulièrement 0,8 et plus particulièrement 0,7.
  • Par exemple, pour un tel rapport de transformation, en régime de fonctionnement nominal, la tension fournie Valim2T_nom par le deuxième module d’alimentation 140 en sortie du transformateur 142 comprend une tension minimum Valim2T_nom_min et une tension maximum Valim2T_nom_max.
  • Par exemple, la tension Valim2T_nom est comprise entre 0Vac et 300 Vac , ce qui correspond à une tension continue comprise en 0 et 440 Vdc.
  • L’usage d’un transformateur 142, ayant un rapport de transformation inférieur à 1, dans le deuxième module d’alimentation 140 permet, dans l’exemple, de rabaisser la tension maximale Valim2_nom_max fournie par le deuxième module d’alimentation 140 à 300 Vac, qui est inférieure à la borne inférieure de tension fournie par le premier module d’alimentation 130, qui est de 350 Vac.
  • La présence du transformateur 142 ayant un rapport de transformation inférieur à 1 permet de réduire la plage de tension Valim2T_nom fournie par le deuxième module de tension.
  • Dans l’exemple présent, en régime de fonctionnement nominal, suite à l’intégration des transformateurs 132, 142, la tension maximale Valim2T_nom_max fournie par le deuxième module d’alimentation 140 est inférieure à la tension minimale Valim1T_min fournie par le premier module d’alimentation 130. Cela permet de garantir en régime de fonctionnement nominal, après le passage au travers des éléments redresseurs 108a, 108b, que le contrôleur de paliers 102 est alimenté uniquement par le premier module d’alimentation 130, relié au réseau électrique.
  • En outre de garantir une alimentation en régime de fonctionnement nominal par le biais du premier module d’alimentation 130, la présence des transformateurs 132, 142 permet en régime de fonctionnement nominal de fournir une tension maximale Valim1T_max au contrôleur de paliers 102 inférieure ou égale à la tension maximale Vcp_max admise par ledit contrôleur.
  • En cas de défaillance d’alimentation par le premier module 130, la tension Valim2T_deg fournie par le deuxième module 140 d’alimentation en sortie du transformateur 142 (ayant un rapport de transformation mentionné dans l’exemple ci-avant) est comprise entre une valeur de tension minimum Valim2T_deg_min et une valeur de tension maximum Valim2T_deg_max.
  • Par exemple, la valeur de tension minimum Valim2T_deg_min est comprise entre70Vac et 80Vac. Et la valeur de tension maximum Valim2T_deg_max est comprise entre 540Vac560Vac , ce qui correspond à une tension continue comprise en 100Vdc et 750 Vdc.
  • De cette manière, l’alimentation en tension Valim2T_deg du contrôleur de paliers 102 fournie par le deuxième module d’alimentation 140 à l’aide du moteur synchrone 106, fonctionnant en tant que générateur, est comprise dans la plage de valeurs de tension Vcp admise par le contrôleur de paliers 102 (par exemple comprise entre 70Vac et 560Vac).
  • Ainsi, en présence des transformateurs 132, 142, la tension fournie par le premier module d’alimentation 130 ou le deuxième module d’alimentation 140 est admise par le contrôleur de paliers 102.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le système d’alimentation 100 comprend un dispositif de surveillance 152 de la tension fournie par au moins le premier module d’alimentation 130, préférentiellement le premier et le second modules d’alimentation 130, 140.
  • Le dispositif de surveillance 152 est relié au dispositif de sélection 108.
  • Le dispositif de surveillance152 peut assurer le contrôle en tension du premier et/ou du second modules d’alimentation 130, 140. Le contrôle de la tension est fait en acquérant la tension mesurée par les transducteurs de tension 108e et 108f.
  • Le dispositif surveillance 152 permet d’alerter d’une défaillance au niveau du premier module d’alimentation, et éventuellement au niveau du second module d’alimentation.
  • Le dispositif de surveillance 152 est connecté à un dispositif de contrôle-commande configuré pour gérer les modes de défaillance du premier module d’alimentation 130.
  • Le dispositif de surveillance152 peut utiliser un système PLC, pour assurer le contrôle en tension du premier et/ou du second modules d’alimentation 130, 140.
  • Le dispositif de surveillance 152 peut piloter le variateur de vitesse 105 pour réguler l’alimentation que le variateur de vitesse 105 fournit au moteur asynchrone.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le système d’alimentation comprend en aval du premier module d’alimentation 130 et du deuxième module d’alimentation 140 un filtre capacitif 150 formant un moyen de stockage d’énergie.
  • Le filtre capacitif peut être formé par une capacité, une inductance, ou encore une varistance à oxyde métallique.
  • Avantageusement, le filtre capacitif permet grâce au stockage d’énergie réalisé, de permettre une transition plus souple entre l’alimentation réalisée par le premier module d’alimentation 130, en régime de fonctionnement nominal, et l’alimentation réalisée par le deuxième module d’alimentation 140, en cas de défaillance du premier module d’alimentation 130.
  • Pour mieux comprendre l’invention, il est proposé de s’intéresser à la , illustrant la suppléance de l’alimentation en tension fournie par le premier module d’alimentation 130 (courbe A) à celle fournie par le second module d’alimentation 140 (courbe B, la portion B1 définissant la portion de la courbe B en régime de fonctionnement nominal, et la portion B2 définissant la portion de la courbe B, en régime dégradé, suite à une défaillance du premier module d’alimentation 130). La illustre également un retour à la normale, une fois la défaillance du premier module solutionnée.
  • La référence I en , illustre le fait qu’en régime de fonctionnement nominal, la courbe de tension A, correspondant au premier module d’alimentation 130.La courbe B1, correspond à la courbe de la tension fournie par le deuxième module d’alimentation 140.
  • La tension de la courbe A peut être stabilisée à une valeur VA-1 ou osciller entre les valeurs de tensions VA-2 et VA-3.
  • En régime de fonctionnement nominal, la tension de la courbe B1 peut osciller entre une valeur de tension VB1-1 et VB1-2.
  • Par exemple, VB1-1 est égale à Valim2T_nom_max.
  • En régime de fonctionnement nominal, la valeur de la tension de la courbe B1, comprise entre VB1-1 et VB1-2, est constamment inférieure à la valeur minimale de la tension de la courbe A, comprise entre les valeurs VA-3 et VA-2.
  • Par exemple, VA-2 est égale à Valim1T_max, et/ou VA-3 est égale à Valim1T_min.
  • Ceci correspond au deuxième module d’alimentation 140 étant dans l’état « idle » (« inactif ») , illustré en , définissant, en terminologie française, un état où le second module d’alimentation 140 dérive de la tension du moteur synchrone 106, mais n’alimente pas le contrôleur de paliers 102. Cela est le cas, indépendamment du fait que l’alimentation en tension du premier module d’alimentation 130 subisse des variations transitoires entre les valeurs VA-2 et VA-3 ou soit permanente à une valeur VA-1. Dès lors, le dispositif de sélection 108 sélectionne uniquement le premier module d’alimentation 130 pour alimenter en tension le contrôleur de paliers 102.
  • La référence II illustre le démarrage de l’alimentation du second module d’alimentation 140, après que le premier module d’alimentation 130 soit alimenté par le moteur synchrone pour une première période de temps. La tension fournie par le second module d’alimentation 140 évolue de V0, une tension nulle, à une tension varier entre VB1-1 et VB1-2.
  • La référence III illustre le fait que même lorsque le deuxième module d’alimentation 140 est suffisamment alimenté pour fournir une alimentation au contrôleur de paliers 102, les pics de tension de la courbe B1, ayant une valeur VB1-1, sont constamment inférieurs à la tension fournie par le premier module d’alimentation130, en régime de fonctionnement nominal.
  • La référence IV illustre la défaillance du premier module d’alimentation 130, et la chute brusque de la tension fournie par ce module d’alimentation jusqu’à la tension V0, cela se traduit par une chute quasiment verticale de la tension illustrée sur la courbe A.
  • La référence V illustre le moment sur le graphique après que la courbe A du premier module d’alimentation 130 croise la courbe B au niveau du point de croisement C. Après le point de croisement C, la tension fournie par le deuxième module d’alimentation 140 (illustrée par la courbe B2, en aval du point C) est plus importante que la tension fournie par le premier module d’alimentation 130 (illustrée par la courbe A, en aval du point C). Par conséquent, le dispositif de sélection 108 sélectionne le deuxième module d’alimentation 140 pour alimenter en tension le contrôleur de paliers 102. Au moment de dépasser la tension fournie par le premier module d’alimentation 130, la tension fournie par le deuxième module décroit progressivement dans le temps (voir référence VI sur la ), jusqu’à à atteindre la tension V0, nulle. A ce moment, la tension d’alimentation fournie par le premier module et le second module d’alimentation 130,140 est nulle.
  • La tension fournie par le second module d’alimentation 140 réduit dans le temps du fait de la réduction de vitesse du moteur synchrone 106, en roue libre, jusqu’à l’arrêt de ce dernier.
  • La période de temps durant laquelle le contrôleur de paliers 102 est alimenté par le deuxième module d’alimentation peut être comprise entre 1s et 60s, plus particulièrement entre 5s et 30s. Durant cette période de temps, la tension fournie au contrôleur de paliers 102 est réduite dans le temps jusqu’à atteindre une tension minimum Vmin. Cette période de temps d’alimentation est illustrée en et correspond à l’état « duty » (« actif »), définissant, en terminologie française, un état où le second module d’alimentation 140 fournit l’alimentation au contrôleur de paliers 102.
  • A partir de cette tension minimum Vmin, les roulements à billes du palier 104, dits « atterrisseurs », peuvent prendre le relai et recevoir l’arbre moteur 110 du moteur synchrone 106. L’arbre moteur atterrit sur les roulements à billes du palier 104, jusqu’à l’arrêt final du moteur, sans causer une détérioration quelconque du palier 104.
  • Dans un mode de réalisation, la tension continue minimum Vmin fournie par le second module d’alimentation 140, avant que l’arbre moteur 110 viennent reposer sur les roulements à billes du palier 10, peut être comprise entre 60Vdc et 140Vdc, préférentiellement 70 Vdc et 120 Vdc.
  • Préférentiellement, cette tension minimum Vmin est fournie à une fréquence Fmin. La fréquence Fmin peut être comprise entre 60 Hz et 100 Hz. Cette fréquence correspond à la fréquence minimum à laquelle le contrôleur de paliers 102 peut être alimenté.
  • Lorsque la tension fournie par le second module d’alimentation 140 atteint V0 et devient nulle, il s’ensuit une période de repos durant laquelle le contrôleur de paliers 102 ne peut plus être alimenté par le deuxième module d’alimentation 140. Cette période de temps d’alimentation est illustrée en et correspond à l’état « rest », définissant, en terminologie française, un état de repos, où le deuxième dispositif d’alimentation ne fournit plus d’alimentation au contrôleur de paliers 102.
  • Préférentiellement, la période de repos est comprise entre 30s et 160s, plus particulièrement entre 100s et 140s, encore plus précisément de l’ordre de 120s.
  • La référence VIII illustre le moment où le défaut du premier module d’alimentation 130 est réglé et que le premier module d’alimentation permet d’à nouveau d’alimenter le contrôleur de paliers 102.
  • Avantageusement, le système d’alimentation 100 selon l’invention est configuré pour être utilisé dans un système de compression du gaz de cycle d’un système de réfrigération et/ou de liquéfaction de gaz comprenant un système d’alimentation selon l’un des modes de réalisation décrits. Le système de compression peut être un dispositif terrestre ou compris sur un dispositif maritime tel qu’un méthanier.
    •

Claims (17)

  1. Système d’alimentation (100) d’un contrôleur de paliers magnétiques (102) d’un moteur synchrone (106) à aimants permanents comprenant :
    - un premier module d’alimentation électrique (130), configuré pour être relié à un réseau électrique et pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques (102),
    - un deuxième module d’alimentation électrique (140) configuré pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques (102), la tension du deuxième module d’alimentation (140) étant dérivée du moteur synchrone (106),
    - un dispositif de sélection (108) du premier module d’alimentation (130) ou du deuxième module d’alimentation (140) pour alimenter le contrôleur de paliers magnétiques (102) en tension,
    dans lequel
    le deuxième module alimentation (140) est configuré pour fournir, dans un régime de fonctionnement nominal, une tension inférieure à la tension fournie par le premier module d’alimentation (130),
    le deuxième module d’alimentation (140) est monté en parallèle du premier module d’alimentation (130) et en amont du contrôleur de paliers magnétiques(102),
    le dispositif de sélection (108) est configuré pour sélectionner le module d’alimentation (130, 140) fournissant la tension la plus élevée au contrôleur de paliers magnétiques (102).
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de sélection (108) comprend un élément redressant la tension (108a, 108b).
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième module d’alimentation (140) est configuré pour être alimenté en tension par le moteur (106):
    - à l’aide d’un variateur de vitesse (105), en régime de fonctionnement nominal ; et/ou
    - par le moteur agissant comme un générateur lorsqu’il est en roue libre.
  4. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de sélection (108) comprend au moins deux diodes OR-ing (108c, 108d), la première diode OR-ing (108c) est disposée en aval du premier module d’alimentation (130), et la deuxième diode OR-ing (108d) est disposée en aval du deuxième module d’alimentation (140), la première et la deuxième diode OR-ing (108c, 108d) étant agencées en parallèle.
  5. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier module alimentation (130) et/ou le deuxième module d’alimentation (140) comprend un transformateur (132, 142).
  6. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension admise par le contrôleur de paliers magnétiques (102) est comprise entre 70Vdc et 800Vdc, préférentiellement entre 100Vdc et 750Vdc.
  7. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième module d’alimentation (140) est configuré pour fournir une tension minimum comprise entre 70Vdc et 120Vdc, préférentiellement 100Vdc au contrôleur de paliers magnétiques (102) à une fréquence comprise entre 60Hz et 100Hz, préférentiellement à 80Hz.
  8. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de surveillance (152) de la tension fournie par les modules d’alimentation.
  9. Système selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend en aval du premier module d’alimentation (130) et du deuxième module d’alimentation (140) un filtre capacitif (150) formant un moyen de stockage d’énergie.
  10. Système de compression du gaz de cycle d’un système de réfrigération et/ou de liquéfaction de gaz comprenant un système d’alimentation (100) selon l’une des revendications précédentes.
  11. Procédé d’alimentation d’un contrôleur de paliers magnétiques (102) d’un moteur synchrone (106) à aimants permanents comprenant :
    une étape de sélection (S1) par un dispositif de sélection (108) d’un module d’alimentation (130, 140) fournissant la tension la plus élevée pour alimenter le contrôleur de paliers magnétiques (102),
    la sélection se faisant entre :
    - un premier module d’alimentation électrique (130), configuré pour être relié à un réseau électrique et pour alimenter en tension le contrôleur de paliers magnétiques (120), et
    - un deuxième module d’alimentation électrique (140), monté en parallèle du premier module d’alimentation électrique (130), la tension fournie par le deuxième module d’alimentation électrique (140) étant dérivée du moteur synchrone (106),
    le deuxième module d’alimentation électrique (140) fournissant, dans un régime de fonctionnement nominal, une tension électrique inférieure à la tension fournie par le premier module d’alimentation électrique (130),
    une étape de fourniture d’alimentation (S2) dans laquelle le contrôleur de paliers magnétiques (102) est alimenté par le module d’alimentation (130, 140) sélectionné par le dispositif de sélection (108).
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moteur synchrone (106) agit en tant que générateur lorsqu’il est en roue libre.
  13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le deuxième module d’alimentation électrique (140) alimente le contrôleur de paliers magnétiques (102) durant une période de temps comprise entre 1s et 60s, plus particulièrement entre 5s et 30s.
  14. Procédé selon l’une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que lorsque le deuxième module d’alimentation électrique (140) alimente le contrôleur de paliers magnétiques (102), la tension fournie au contrôleur de paliers magnétiques (102) réduit dans le temps jusqu’à atteindre une tension minimum.
  15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la tension minimum fournie au contrôleur de paliers magnétiques (102) est comprise entre 70Vdc et 120Vdc et a une fréquence comprise entre 60Hz et 100 Hz.
  16. Procédé selon l’une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que, l’alimentation du contrôleur de paliers magnétiques (102) par le deuxième module d’alimentation électrique (140) est suivie d’une période de repos durant laquelle le contrôleur de paliers magnétiques (102) n’est pas alimenté par le deuxième module d’alimentation (140).
  17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la période de repos est comprise entre 30s et 160s, plus particulièrement entre 100s et 140s, enfin plus précisément 120s.
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