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PERFECTIONNEMENTS AUX GROUPES DE SECOURS AUTOMATIQUES ACTIONNES PAR
MOTEURS THERMIQUES.
On sait que, d'une manière courante,les groupes de secours et notamment les groupes électrogènes à mise en route automatique comprennent d'une part, une génératrice de secours dont le rotor est pourvu d'un volant emmagasineur d'énergie et est entraîné en permanence par un moteur électrique auxiliaire, pouvant être la génératrice, alimenté par le courant secteur lequel alimente conjointement le réseau de distribution et d'autre part, un moteur thermique qu'un embrayage contrôlé électriquement, par exemple un embrayage magnétique, solidarise automatiquement avec le rotor de la génératrice de secours en cas de panne de secteur.
Au moment où la panne se produit, enclenchant l'embrayage, l'énergie emmagasinée dans le volant sert simultanément à l'alimentation du réseau de distribution et au lancement du moteur thermique.
Lors du retour du courant secteur, l'embrayage se débraie, le moteur thermique s'arrête, mais l'ensemble comprenant le rotor de la génératrice de secours, son volant et le moteur auxiliaire a nouveau alimenté par le secteur reste en rotation.
La présente invention a pour objet un perfectionnement des groupes de secours du type décrit ci-dessus en vue d'améliorer leurs conditions d'intervention.
Les principes du perfectionnement, sont basés sur les considérations suivantes: on sait que, dans les groupes de secours dont un ensemble d'éléments emmagasineurs d'énergie tourne en permanence, l'énergie emmagasinée ne peut être libérée que du fait d'une baisse de régime de leur vitesse de rotation.
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Cette obligation de baisse de vitesse présente des inconvénients quant à l'établissement rapide et exact dans le courant de secours, de caractéristiques électriques identiques à celles du courant secteur, par exemple de la fréquence, dans le cas d'un courant alternatif. L'invention est en effet indépendante de la nature du courant secteur, étant entendu que - la génératrice de secours et le moteur électrique auxiliaire sont d'un type approprié au secteur.
Or, dans un système rotatif emmagasineur d'énergie ayant un moment d'inertie donné, il y a intérêt, pour la libération d'énergie, à ce que la différence des carrés des vitesses angulaires initiales et finales des organes en rotation de ce système rotatif, soit la plus grande possible.
D'autre part, pour arriver au même résultat de faible variation des caractéristiques électriques entre le courant secteur et le courant de secours, il y a intérêt à éviter de demander au moteur thermique, lors de sa mise en intervention, l'énergie nécessaire pour-la remise en vitesse immédiate des éléments emmagasineurs d'énergie.
Sur la base des considérations ci-dessus, l'invention apporte, comme avantages par rapport aux dispositifs connus, pour une valeur déterminée du moment d'inertie des éléments tournants emmagasineurs d'énergie :
1 une réduction sensible de la variation de vitesse du rotor de la génératrice de secours,
2 un établissement plus rapide des caractéristiques électriques désirées pour le courant de secours après démarrage du moteur thermique.
A cet effet, l'invention prévoit d'une part, un emmagasinage total ou partiel d'énergie cinétique de réserve dans un volant calé sur l'arbre du moteur électrique auxiliaire entraînant en permanence le rotor de la génératrice de secours et d'autre part, l'emploi, pour ce moteur auxiliaire, d'une vitesse de régime nettement supérieure à celle correspondante de la génératrice de secours, la liaison mécanique entre ces deux machines électriques étant établie en conséquence.
Eventuellement, ce volant peut être calé sur un arbre entraîné par le moteur auxiliaire sans être l'arbre de celui-ci, de toute façon,la vitesse de cet arbre étant supérieure à celle de la génératrice.
Eventuellement aussi, un ou plusieurs volants peuvent être utilisés dans ces conditions sur des arbres entraînes par le moteur auxiliaire ou par l'alternateur fonctionnant en moteur.
Dans le cas de l'emmagasinage total de l'énergie cinétique de réserve, dans le volant calé sur l'arbre du moteur auxiliaire ou sur le ou les arbres entraînés, la liaison mécanique entre cet arbre et celui de la génératrice de secours doit être capable de supporter la puissance instantanée de la restitution d'énergie.
Pour cette raison, l'invention prévoit en outre de l'emmagasinage total d'énergie décrit ci-dessus, une autre solution consistant dans une répartition appropriée de l'emmagasinage d'énergie entre un volant calé sur l'arbre moteur auxiliaire ou le ou les arbres entraînés en régime tournant à grande vitesse et un.volant calé sur l'arbre de la génératrice de secours, laquelle peut aussi éventuellement servir de moteur.
Il est avantageux que la génératrice soit maintenue en période d'attente à une vitesse de régime supérieure à la fréquence du courant du secteur.
La surélévation de la vitesse de régime d'emmagasinage d'énergie et le ou les volants sont calculés de telle sorte, que la vitesse instantanée au moment de l'intervention du groupe de secours, ne descende pas au-dessous d'une certaine valeur correspondant à la limite inférieure des tolérances admises pour les caractéristiques électriques du courant de secours.
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L'invention sera aisément comprise en se reportant au dessin schématique joint dans lequel : la fig. 1 représente l'une des dispositions connues décrites au début, la fig. 2 représente la disposition nouvelle selon l'invention avec un emmagasinage total de l'énergie cinétique sur le moteur auxiliaire, la fig. 3 représente la disposition nouvelle selon l'invention avec répartition de l'emmagasinage de l'énergie cinétique sur la génératrice de secours et sur le moteur auxiliaire.
Dans ces trois figures, le moteur thermique, l'embrayage magnétique, la générale ce de secours et le moteur électrique auxiliaire, symboliquement représentés par des rectangles, sont respectivement référencés 1, 2, 3 et 4.
L'entraînement de la génératrice de secours 3 par le moteur auxiliaire 4 peut être d'un type quelconque approprié et, comme exemple, on a représenté le type par poulies et courroie, la poulie de la génératrice étant référencée 5 et celle du moteur auxiliaire étant référencée 6.
Dans les fig. 1 et 3, le volant calé sur l'arbre de la génératrice est référencé 7, et dans les fig. 2 et 3, le volant calé sur l'arbre du moteur auxiliaire est référencé 8.
En outre, des dispositions nouvelles ci-dessus, l'invention prévoit l'interposition, dans la liaison mécanique reliant le moteur auxiliaire et la génératrice, d'un système à roue libre dont le sens de prise est tel que le rotor de la génératrice de secours peut tourner éventuellement à une vitesse supérieure à la vitesse théorique résultant de la vitesse du moteur auxiliaireet de la liaison mécanique ci-dessus, abstraction faite du système à roue libre.
On pourrait d'ailleurs également envisager l'emploi d'un embrayage à contrôle électrique pour remplacer la roue libre.
Dans le cas d'une liaison par poulies et courroie, il est commode de placer le système, à roue libre ou à embrayage dans la poulie du moteur auxiliaire, mais le principe selon l'invention de l'une ou l'autre de ces adjonctions est indépendant du type de la liaison mécanique entre ces deux machines électriques et de l'emplacement dudit système.
Le fonctionnement d'une nouvelle disposition selon l'invention est alors le suivant : le courant secteur étant établi, le moteur auxiliaire entraîne la génératrice en permanence, par l'intermédiaire de leur liaison mécanique et du système à roue libre, lequel à ce'moment est en prise.
Lors d'une interruption du courant secteur, le moteur auxiliaire cesse d'être alimenté; l'embrayage à contrôle électrique 2 des fig. 1, 2 et 3 s'enclenche et l'énergie emmagasinée dans le ou les volants assure la continuation du mouvement de rotation du moteur auxiliaire et de la génératrice en même temps qu'il provoque le démarrage du moteur thermique.
Dès que ce moteur est en état de fournir une puissance motrice suffisante, il entraîne la génératrice et le volant éventuellement calé sur l'arbre de cette machine et peur prendre sa vitesse de régime sans avoir à entraîner le moteur auxiliaire et son volant. L'allègement résultant de puissance à fournir par le moteur thermique, depuis son démarrage jusqu'à sa mise en régime, permet l'établissement plus rapide des caractéristiques électriques désirées pour le courant de secours.
Quant au moteur auxiliaire, son alimentation est rapidement as- surée, avec une temporisation convenable, par branchement automatique sur le courant de secours.
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Lors du rétablissement du courant secteur, l'alimentation du moteur auxiliaire est à nouveau assurée par le secteur après débrayage représenté en 2 de la liaison avec le moteur thermique, et le cycle décrit ci-dessus peut recommencer.
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IMPROVEMENTS TO AUTOMATIC RESCUE GROUPS ACTIONED BY
THERMAL ENGINES.
It is known that, in a common way, the emergency groups and in particular the generators with automatic start-up comprise on the one hand, an emergency generator whose rotor is provided with an energy storage flywheel and is driven. permanently by an auxiliary electric motor, which can be the generator, supplied by the mains current which jointly supplies the distribution network and on the other hand, a heat engine that an electrically controlled clutch, for example a magnetic clutch, automatically fastens with the rotor of the emergency generator in the event of a power failure.
When the failure occurs, engaging the clutch, the energy stored in the flywheel is used simultaneously to supply the distribution network and to start the heat engine.
When the mains current returns, the clutch disengages, the heat engine stops, but the assembly comprising the rotor of the emergency generator, its flywheel and the auxiliary motor again supplied by the mains remains in rotation.
The object of the present invention is to improve emergency units of the type described above with a view to improving their operating conditions.
The principles of improvement are based on the following considerations: it is known that, in emergency groups where a set of energy-storing elements is constantly rotating, the stored energy can only be released due to a drop in speed of their rotation speed.
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This speed reduction obligation has drawbacks as regards the rapid and exact establishment in the emergency current of electrical characteristics identical to those of the mains current, for example of the frequency, in the case of an alternating current. The invention is in fact independent of the nature of the mains current, it being understood that - the emergency generator and the auxiliary electric motor are of a type suitable for the mains.
Now, in a rotary energy storage system having a given moment of inertia, it is advantageous, for the release of energy, that the difference of the squares of the initial and final angular speeds of the rotating members of this system rotary, or as large as possible.
On the other hand, to achieve the same result of small variation in the electrical characteristics between the mains current and the emergency current, it is advantageous to avoid asking the heat engine, when it is put into operation, the energy necessary for -the immediate revival of the energy storage elements.
On the basis of the above considerations, the invention provides, as advantages over known devices, for a determined value of the moment of inertia of the rotating energy-storing elements:
1 a significant reduction in the speed variation of the rotor of the emergency generator,
2 faster establishment of the desired electrical characteristics for the emergency current after starting the heat engine.
To this end, the invention provides on the one hand, a total or partial storage of reserve kinetic energy in a flywheel wedged on the shaft of the auxiliary electric motor permanently driving the rotor of the emergency generator and on the other hand. hand, the use, for this auxiliary engine, of a speed significantly higher than that corresponding to the emergency generator, the mechanical link between these two electrical machines being established accordingly.
Optionally, this flywheel can be wedged on a shaft driven by the auxiliary motor without being the shaft thereof, in any event, the speed of this shaft being greater than that of the generator.
Optionally also, one or more flywheels can be used under these conditions on shafts driven by the auxiliary engine or by the alternator operating as a motor.
In the case of the total storage of the reserve kinetic energy, in the flywheel wedged on the shaft of the auxiliary motor or on the driven shaft (s), the mechanical connection between this shaft and that of the emergency generator must be capable of supporting the instantaneous power of the energy return.
For this reason, the invention further provides for the total energy storage described above, another solution consisting in an appropriate distribution of the energy storage between a flywheel wedged on the auxiliary motor shaft or the or the driven shafts rotating at high speed and a flywheel wedged on the shaft of the emergency generator, which can also optionally serve as an engine.
It is advantageous for the generator to be maintained in a standby period at an operating speed greater than the frequency of the mains current.
The increase in the speed of the energy storage regime and the flywheel (s) are calculated in such a way that the instantaneous speed at the time of the intervention of the emergency unit does not drop below a certain value corresponding to the lower limit of the tolerances allowed for the electrical characteristics of the emergency current.
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The invention will be easily understood by referring to the accompanying schematic drawing in which: FIG. 1 shows one of the known arrangements described at the start, FIG. 2 shows the new arrangement according to the invention with total storage of the kinetic energy on the auxiliary motor, FIG. 3 shows the new arrangement according to the invention with distribution of the storage of kinetic energy on the emergency generator and on the auxiliary motor.
In these three figures, the heat engine, the magnetic clutch, the emergency general and the auxiliary electric motor, symbolically represented by rectangles, are respectively referenced 1, 2, 3 and 4.
The drive of the emergency generator 3 by the auxiliary motor 4 can be of any suitable type and, as an example, the type by pulleys and belt has been shown, the pulley of the generator being referenced 5 and that of the auxiliary motor. being referenced 6.
In fig. 1 and 3, the flywheel fixed to the generator shaft is referenced 7, and in figs. 2 and 3, the flywheel mounted on the shaft of the auxiliary motor is referenced 8.
In addition, from the new arrangements above, the invention provides for the interposition, in the mechanical connection connecting the auxiliary motor and the generator, of a freewheel system, the direction of engagement of which is such that the rotor of the generator. The emergency unit can possibly rotate at a speed greater than the theoretical speed resulting from the speed of the auxiliary motor and the mechanical link above, apart from the freewheel system.
One could also consider the use of an electrically controlled clutch to replace the freewheel.
In the case of a pulley and belt connection, it is convenient to place the system, freewheel or clutch in the pulley of the auxiliary motor, but the principle according to the invention of one or the other of these additions is independent of the type of mechanical connection between these two electrical machines and the location of said system.
The operation of a new arrangement according to the invention is then as follows: the mains current being established, the auxiliary motor drives the generator permanently, by means of their mechanical connection and of the freewheeling system, which in this case moment is in gear.
When the mains power is interrupted, the auxiliary motor ceases to be supplied; the electrically controlled clutch 2 in fig. 1, 2 and 3 engages and the energy stored in the flywheel (s) ensures the continuation of the rotational movement of the auxiliary motor and of the generator at the same time as it causes the thermal engine to start.
As soon as this engine is able to provide sufficient motive power, it drives the generator and the flywheel, if any, fixed on the shaft of this machine and can pick up its operating speed without having to drive the auxiliary engine and its flywheel. The resulting reduction in the power to be supplied by the heat engine, from its start-up to its start-up, allows the desired electrical characteristics to be established more quickly for the emergency current.
As for the auxiliary motor, its power supply is quickly ensured, with a suitable delay, by automatic connection to the emergency current.
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When the mains current is restored, the supply to the auxiliary motor is again provided by the mains after disengaging the connection with the heat engine shown at 2, and the cycle described above can start again.