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La présente invention a pour objet un équipement générateur d'éner- gie électrique conçu, étudié et réalisé de manière à lui assurer une sécuri- té de marche pratiquement totale, quels que soient les incidents de marche qui peuvent survenir en exploitation.
L'équipement conforme à l'invention est caractérisé par une combi- naison de dispositions élémentaires tendant toutes à garantir la sécurité d'exploitation, notamment dans le cas d'équipements autonomes desservant un réseau autonome ne pouvant pas attendre en cas d'accident, l'aide d'un ré- seau extérieur. A ce titre, l'invention est tout particulièrement avantageu- se pour la production d'énergie électrique à bord des navires, pour l'alimen- tation des services auxiliaires et c'est sous cette forme préférée qu'elle sera décrite et exposée ci-après.
L'équipement conforme à l'invention est caractérisé notamment par les particularités suivantes, qui peuvent être dans chaque cas déterminé, utilisées isolément ou en combinaison :
Conformément à une première caractéristique, l'équipement, compor- tant au moins une génératrice principale entraînée par un moteur primaire, comporte des dispositions, dont le choix et la combinaison font l'objet de l'invention, et destinés à assurer en permanence la fourniture normale du courant à un réseau autonome en cas de défaillance du moteur primaire desti- né à assurer le service normal.
Ces dispositions s'appliquent en particulier en marine au cas où une génératrice principale est entraînée normalement par l'arbre d'hélice d'un navire, et alimente normalement le réseau des services auxiliaires, et ont pour objet essentiel de conserver au courant du réseau une tension et une fréquence normales, au cas où, par suite d'un accident quelconque d'ex- ploitation, la vitesse de l'arbre d'hélice tombe au-dessous d'une valeur mi- nimum prédéterminée. Ces dispositions prévoient essentiellement la sépara- tion de la génératrice principale d'avec l'arbre d'hélice, et le branchement automatique d'au moins un moteur primaire auxiliaire séparé pour l'entraîne- ment soit de la génératrice principale, soit d'une autre génératrice.
Selon une deuxième caractéristique, applicable dans le cas, d'ail- leurs de beaucoup le plus fréquent, d'une installation génératrice et d'une distribution à courants alternatifs, l'équipement conforme à l'invention comporte un système perfectionné pour assurer la stabilité et la sécurité de marche des alternateurs, combinant des dispositifs conçus pour faciliter le branchement d'un alternateur en parallèle avec au moins un autre alternateur se trouvant déjà en service et à assurer la continuité de son fonctionnement normal, au moyen de circuits amortisseurs spéciaux créant un couple synchro- nisant, et d'impédances spéciales insérées dans les conducteurs de sortie pour limiter à des valeurs prédéterminées l'intensité des courant débités;
un dispositif comprenant encore un dispositif commandant automatiquement le branchement de l'alternateur à brancher avant la réalisation parfaite du syn- chronisme de cet alternateur avec l'alternateur déjà en service.
Pour mieux faire comprendre l'économie générale de l'invention, on va en décrire des modes préférés de réalisation, en se référant au dessin schématique annexé, sur lequel : la figo 1 représente schématiquement un équipement pour l'alimenta- tion des services auxiliaires à bord d'un navire avec une génératrice action- née par l'arbre d'hélice par l'intermédiaire d'une transmission mécanique; la figo 2 représente schématiquement une installation analogue avec génératrice entraînée par transmission électrique;
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la figo 3 représente schématiquement le montage à transducteur étudié en vue du couplage d'un alternateur à brancher en parallèle avec un alternateur déjà en fonctionnement normal ;
la fig. 4 représente schématiquement le montage d'un nombre quel- conque d'alternateurs, soit 3 dans le cas figuré, calculés conformément à l'invention, avec leurs appareils accessoires; la figo 5 représente schématiquement un montage connu à compoun- dage; la fig. 6 représente schématiquement un montage de même genre, avec des caractéristiques conformes à l'invention; la figo 7 représente un dispositif également conforme à l'invention, comportant d'autres dispositionso
L'équipement représenté sur la figo 1 est conçu pour l'alimenta- tion des auxiliaires d'un navire, par courants triphasés, ce type de courant étant choisi à titre d'exemple.
Cet équipement comporte d'une part un grou- pe générateur d'alimentation normale, actionné par l'arbre d'hélice 1, et comprenant un alternateur principal 2, entraîné par l'arbre 1, par l'inter- médiaire d'un dispositif variateur de vitesse, de préférence un train épicy- cloïdal différentiel 3 de système connu dont le planétaire est actionné par un moteur triphasé shunt 4 à collecteur à vitesse variable par décalage des balais; le moteur 4 est sous la dépendance d'un servo-moteur 5 qui règle le décalage de ses balais et par suite sa vitesse de rotation, par un procédé connu :
le servo-moteur 5 est lui-même sous la dépendance d'un régulateur électrique, électronique ou magnétique, de système connu, non représenté dont le rôle est de maintenir une fréquence pratiquement constante aux bornes de l'alternateur 2, et par suite dans la distribution triphasée 5 ; en faisant tourner plus ou moins vite le moteur triphasé à collecteur, et par suite le planétaire du train épicycloidal; l'alternateur 2 est relié au différentiel 3 par un embrayage 6 mécanique ou électromagnétique de type connu;
enfin, en bout d'arbre de l'alternateur 2, est monté un volant 7 de grand moment de gi- ration (PD2) et, après ce volant une dynamo tachymé trique 80 L'équipement selon la figo 1 comporte d'autre part :au moins un groupe-générateur de se- cours comprenant un moteur primaire 10, de préférence un moteur Diesel, ac- couplé à un alternateur de secours 11 de même fréquence et même tension nomi- nales que l'alternateur 2 ; en bout d'arbre est montée une dynamo excitatrice 120
Enfin, l'équipement comporte des dispositifs auxiliaires, non re- présentés, de genre connu, pour la commande automatique des manoeuvres, ces dispositifs comprenant par exemple, et non limitativement :
un régulateur de fréquence, un dispositif signalant que la génératrice 2 a atteint sa vitesse inférieure admissible, et opérant la fermeture de contacts électriques qui provoquent le débrayage de l'accouplement 6 de l'alternateur 2, (lequel, après ce débrayage, continue à tourner sous l'action du volant 7), mettent en marche les moteurs primaires 10, et quand les moteurs 10 atteignent la vites- se convenable, couplent en parallèle sur les barres 9, le ou les alternateurs 11 avec l'alternateur 2. Ces dispositifs peuvent être d'un type connu : tachymètre à contacts, voltmètres à contacts, rhéostats à contacts, etc...
La fige 1 représente un équipement à courants triphasés, à titre d'exemple. Mais l'invention comprend également d'autres cas plus simples, notamment le cas du courant continu, pour lequel la question de fréquence ne se pose pas, .
L'équipement conforme à 'la figo 1 fonctionne comme il suit :
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en marche normale régulière, la fourniture du courant est assurée sans difficulté par l'alternateur 2 tournant à vitesse constante.
En cas de variation de la vitesse de rotation de l'arbre 1, notam- ment en cas de ralentissement, l'équipement électronique (ou électromagnéti- que) de commande de décalage des balais du moteur à collecteur 4 réagit en agissant sur le servo-moteur 5, dans le sens voulu pour éviter que la vites- se de rotation de l'alternateur 2 et la fréquence dans la distribution 9 di- minuento
Si le ralentissement est de faible importance, et si la vitesse de rotation de l'arbre 1 se maintient au-dessus d'un minimum prédéterminé, la correction nécessaire sera obtenue avant que le moteur à collecteur 4 ait atteint sa vitesse maximum,
et le fonctionnement de l'équipement aura pour seul effet une modification du rapport de transmission du différentiel 3 pour adapter le régime de fonctionnement de ce dernier à la nouvelle allure du navireo
Si la cause du ralentissement disparaît, le moteur à collecteur 4, sous l'action du régulateur de fréquence, diminue de vitesse à mesure que s'accroît la vitesse de l'arbre 1, et le régime normal se rétablit sans qu'il y ait eu de variation de la fréquence.
Au contraire, si la vitesse de rotation de l'arbre 1 continue à diminuer, le moteur à collecteur 4 atteint sa vitesse maximum correspondant au déplacement angulaire maximum des balais, et à partir de ce moment, il n'est plus possible de maintenir à leurs valeurs normales la fréquence et la tension du courant fourni par l'alternateur 2.
Alors commence la période troublée, de courte durée et à fréquence variable, période dans laquelle, conformément à l'invention, s'opère automa- tiquement la substitution des groupes auxiliaires autonomes 10-11 à l'alter- nateur 20
Cette substitution s'opère par les moyens suivants : le montage d'ensemble comporte, suivant l'invention, un groupe d'ap- pareils électriques connus en eux-mêmes et commandés par des contacts action- nés par des contacts actionnés par les couronnes porte-balais du moteur à collecteur 4, lorsque les couronnes porte-balais atteignent, dans leur dépla- cement de réglage précédemment décrit, des positions de fin de course prédé- terminées. Le montage détermine ainsi les manoeuvres suivantes; a) le débrayage automatique instantané de l'alternateur 2, par ou- verture de l'embrayage 6.
Dans la période qui suit, le volant 7 possédant un grand moment de giration, associé à la roue polaire de l'alternateur 2, entretient, pendant un temps notable, le fonctionnement de cet alternateur 2; b) le démarrage automatique des groupes de secours 10-11, lesquels, sous l'action de leur régulateur de vitesse, prennent une accélération rapi- de jusqu'au voisinage de leur vitesse normale ; c) la masse en parallèle des alternateurs de secours 11 avec l'al- ternateur principal 2, sur les barres 9, selon un procédé qui sera décrit ultérieurement et qui constitue une caractéristique essentielle de l'inven- tion ;
d) la coupure des circuits de bord qui ne sont pas indispensables (cuisines, ventilateurs, treuils, guindeaux, etc..) pour diminuer la charge de l'alternateur 2 et s'opposer à son ralentissement pendant la plus grande durée possibleo
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Le procédé de mise en parallèle mentionné en c), des alternateurs 11 avec l'alternateur 2, présente les caractéristiques suivantes : les alternateurs 11 sont munis, non de régulateurs électromécani- ques, mais de régulateurs électromagnétiques ou électroniques judicieusement connectés;
comme il est connu, ces régulateurs présentent l'avantage d'élimi- ner tout retard entre l'augmentation de vitesse et l'augmentation de la ten- sion aux borneso D'autre part, la mise en parallèle s'opère, non pas à l'in- stant précis où l'alternateur à coupler, dans l'augmentation de sa vitesse, atteint exactement la fréquence de l'alternateur déjà en marche, mais avant que la concordance précise soit réalisée, même si les phases ne sont pas en- core en concordance.
Les essais de la demanderesse ont montré en effet que le couplage des alternateurs, pour le matériel utilisé à bord des navires, dans les con- ditions réelles prévues, et par des moyens spéciaux compris dans l'invention, se fait sans risque d'incident, à un instant qui précède la concordance des vitesses et sans que la concordance des phases soit indispensable-. Cette possibilité s'explique par les raisons suivantes. Par hypothèse, on se trou- ve en période troubléeo L'alternateur 2, débrayé, continue à tourner et à fournir du courant, grâce seulement à l'énergie cinétique du volant 7, sa vi- tesse et sa fréquence diminuent constamment. On accepte systématiquement la possibilité d'une perturbation supplémentaire transitoire.
Les moyens prati- ques pour réduire au minimum cette perturbation sont les suivants : les al- ternateurs 2 et 11 sont munis d'enroulements amortisseurs convenablement cal- culés, et le couplage des alternateurs 11 sur les barres se fait par l'inter- médiaire de résistances mises temporairement en circuit. Chaque alternateur 11 est connecté à un dispositif-de contrôle de vitesse et de fréquence; un peu avant que l'alternateur 11 ait atteint la vitesse correspondant à la fré- quence de l'alternateur 2 entraîné par le volant 7, un dispositif automatique de couplage provoque l'enclenchement du disjoncteur de l'alternateur 11.
Cet enclenchement se fait en deux temps :au premier temps, les résistances précitées sont mises en circuit et limitent les échanges de courant; au deu- xième temps, une minuterie commande l'élimination des résistances par mises en court-circuit de leurs bornes.
Dans un deuxième mode préféré de réalisation de l'invention, repré- senté sur la fige 2 du dessin annexé, le montage est caractérisé par le fait que la transmission entre l'arbre d'hélice et l'alternateur principal desti- né à l'alimentation en marche normale des services auxiliaires n'est plus mé- canique, comme dans le mode de réalisation conforme à la figo 1, mais électri- que., Sur la fig. 2, les organes homologues du montage portent les mêmes ré- férences que sur la fig. 1.
Au lieu d'un réducteur à différentiel dont l'organe primaire est calé sur l'arbre d'hélice, la transmission, dans le deuxième mode de réali- sation, comporte essentiellement une génératrice électrique 13, de préféren- ce à courant continu, calée sur l'arbre d'hélice 1 tournant à la vitesse de cet arbre ou entraînée au moyen d'une transmission, telle qu'un train d'en- grenages dont la roue primaire est calée sur l'arbre d'hélice, et débitant sur des barres 14, et un moteur 15, également de préférence à courant conti- nu, entraînant l'alternateur 2, également accouplé à un volant 70
La fréquence de l'alternateur 2 est contrôlée par un régulateur de fréquence électrique, électronique ou magnétique, de construction connue, non représenté,
qui intervient en faisant varier l'excitation de la génératrice 13 de manière à maintenir constante la tension à ses bornes malgré les varia- tions de vitesse de l'arbre 1, dans toute la mesure possible, d'autre part en faisant varier l'excitation du moteur 15, de façon à compenser l'influen-
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ce d'une diminution de la tension de la génératrice 13, par suite d'une dimi- nution de la vitesse de l'arbre 1, trop importante pour que ses effets puis- sent être componsés par augmentation de l'excitation de la génératrice 13.
Si la transmission électrique est à courant alternatif, on utilise des procédés correspondants connus de réglage de la vitesse de l'alternateur
20
D'autre part, non nécessairement, mais de préférence, l'alternateur
2 peut être entraîné par le moteur primaire (Diesel) 10, et remplacer l'alter- nateur 11 du mode de réalisation suivant la fige 2. A cet effet, entre le moteur primaire 10 et le volant 7 est intercalé un deuxième embrayage 16.
Selon une disposition préférée, l'embrayage 16 est manoeuvrable en marche, ce qui permet de démarrer par inertie le moteur primaire 10, lequel se substitue automatiquement au moteur 15 pour entraîner l'alternateur 2.
Le montage conforme à la figo 2 présente par rapport à celui de la figo 1 des avantages notableso En effet, en comparant le montage de la figo2 à celui de la fig. 1, le spécialiste remarquera ce qui suit : l'ensemble for- mé par la génératrice 13 et le moteur 15 n'est pas, malgré sa faible vitesse, sensiblement plus coûteux que la transmission mécanique 3 avec son moteur de réglage 4 et ses autres appareils accessoires. La transmission électrique atténue les effets des variations cycliques importantes de l'appareil moteur de propulsion quand ce dernier comporte un moteur Diesel, et permet d'éviter les amortisseurs élastiques et les limiteurs de couple coûteux, nécessaires dans le cas d'une transmission par engrenages.
Il est possible d'utiliser un volant 7 de plus grand moment de giration, du fait que, les variations cy- cliques du couple moteur primaire n'étant plus transmises, il n'y a plus à craindre de réactions dangereuses dues au volante La marge de réglage per- mettant de maintenir constante la fréquence de l'alternateur 2 est plus gran- de, malgré des variations plus importantes de la vitesse de l'arbre 1, du fait que cette marge est obtenue en deux temps par deux moyens :variation d'excitation de la génératrice 13 et ensuite du moteur 15. Il est plus faci- le de séparer cinêmatiquement de l'arbre d'hélice 1 l'alternateur principal 2, du fait que le dispositif de débrayage de la transmission 3 est remplacé par un interrupteur automatique ou contacteur disjoncteur 17 contre la génératri- ce 13 et le moteur 15.
Un avantage spécialement important résultant de l'em- ploi d'une transmission électrique est la possibilité de loger l'alternateur 2, non plus au voisinage de l'arbre 1 où la place est restreinte, mais à un en- droit quelconque de navireo Un autre avantage important, notamment en ce qui concerne l'économie de matériel, de poids et d'encombrement, est la possibili- té d'utiliser l'alternateur 2 aussi bien comme alternateur principal en-traîné par l'arbre d'hélice 1, que comme alternateur auxiliaire entraîné par le mo- teur primaire !0.
Dans le cas de la figo 2, s'il existe dans l'équipement des alterna- teursauxiliaires complètement autonomes, qui doivent être couplés en parallè- le avec l'alternateur 2, la mise en parallèle se fait par le procédé décrit en se référant à la figo 1.
Selon un autre aspect de l'invention, représenté schématiquement par les fig. 3 et 4 du dessin annexé, l'équipement conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs ayant pour rôle de faciliter le couplage d'un alternateur entraîné par un moteur primaire, avec au moins un autre alternateur, ou avec les barres collectrices d'une usine génératrice, ou avec un réseau déjà en fonctionnement normale
La mise en parallèle de l'alternateur à brancher est facilitée par le fait que le couplage se fait automatiquement et un peu avant que l'alter-
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nateur en cours de démarrage soit arrivé à un synchronisme rigoureux.
A cet effet, l'inducteur de l'alternateur comporte un enroulement amortisseur qui développe un couple asynchrone qui se compose avec le couple d'entraînement développé par le moteur primaire en imprimant à l'inducteur une vitesse plus grande que la vitesse qui serait imprimée par le moteur pri- maire seulement. Les amortisseurs entourent complètement la roue polaire et ne présentent qu'une faible résistance. Grâce à ces dispositions au cours de l'augmentation graduelle de la vitesse du moteur primaire et,par consé- quent,de l'alternateur à brancher, les écarts entre la fréquence et la phase du matériel déjà en marche normale, et la fréquence et la phase de l'alter- nateur à brancher diminuent jusqu'à s'annuler, sous l'action du couple asyn- chrone développé par l'inducteur de l'alternateur.
Immédiatement après le branchement de l'alternateur à coupler, les phases n'étant pas en concordance, il apparaît entre les machines déjà en service normal, débitant à fréquence normale f et l'alternateur à coupler, fournissant une tension à fréquence f', f' étant inférieure à f, une tension dont la fréquence est égale à la moyenne des deux fréquences, soit : f + f',
2 et dont l'amplitude est modulée à une fréquence égale à la moitié de la dif- férence de ces fréquences f - f', ce qui détermine, comme il est connu, la
2 naissance d'un courant de circulation qui, selon la pratique courante, est considéré comme indésirable, car il peut atteindre dans les équipements con- ventionnels, des intensités dangereuses.
Pour limiter l'intensité de courant de circulation débité par l'al- ternateur, l'équipement comporte, selon l'invention, des impédances insérées en série avant le démarrage dans les conducteurs de sortie de l'alternateur à coupler, et qui sont éliminées quand le synchronisme est réalisé.
Dans le cas de dispositif simplifié, ces impédances sont essentiel- lement des résistances ohmiques calculées pour limiter à une valeur prédéter- minée, l'intensité du courant synchronisant qui traverse l'alternateur à cou- pler, de façon qu'elle ne puisse atteindre une valeur dangereuse; ces résis- tances sont insérées temporairement dans les .circuits et, après le couplage, éliminées successivement suivant un programme déterminé. Selon une disposi- tion préférée, ces résistances sont au nombre de deux par phase et, lors du branchement, sont court-circuitées successivement au moyen de deux contacteurs commandés avec des temporisations convenables par l'interrupteur principal de branchement monté entre l'alternateur à coupler et l'équipement déjà en ser- vice normal.
La manoeuvre initiale de couplage consiste à fermer les conducteurs de sortie de l'alternateur à brancher, préalablement mis en marche et conve- nablement excité mais, conformément à l'invention, avant qu'il ait atteint sa vitesse nominale correspondant à la fréquence de fonctionnement du réseau.
Cette manoeuvre initiale peut se faire à la main. De préférence, elle est commandée par un dispositif taohymétrique mesurant la vitesse de l'alterna- teur à coupler et commandant à l'instant voulu la fermeture de l'interrupteur de branchement. Ce dispositif peut être, par exemple, un dispositif mécani- que à différentiel dont les planétaires sont entraînés respectivement par deux moteurs synchrones ou asynchrones à faible glissement, branchés respec- tivement sur le réseau et sur l'alternateur à coupler, ce dispositif étant conçu et réglé de manière à commander le couplage au cours de la diminution et avant l'annulation de l'écart entre les fréquences.
Dans un mode plus perfectionné de réalisation de l'invention, les impédances insérées dans les conducteurs de sortie sont, non plus des résis-
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tances ohmiques sensiblement pures, mais des impédances comportant au moins une résistance ohmique et une inductance et même éventuellement une capaci- tance, l'inductance pouvant, suivant le programme à réaliser et le mode de construction adopté, jouer le rôle principal.
Cette disposition permet non seulement de réduire l'intensité du courant dans les conducteurs de sortie de l'alternateur à brancher, comme dans le cas d'impédances formées de résis- tances purement ohmiques mais aussi de démoduler les courants d'échange en- tre les machines, de façon à permettre à ces courants de jouer un rôle impor- tant dans la création des couples synchronisants, tout en limitant leur in- tensité comme dans le cas précédent de la résistance ohmique pure, dès que la tension modulée qui le fait circuler tend à l'accroître au-delà d'une va- leur limite prédéterminéeo
Les moyens utilisés à cet effet sont les suivants
Insertion dans chacune des phases de l'alternateur à coupler d'une impédance variable, chacun des circuits de ladite impédance ayant une borne connectée à l'une des bornes dudit alternateur,
et l'autre borne connectée à une borne de même phase d'un alternateur ou du réseau déjà en service normale
Modulation de la valeur de l'impédance par la tension modulée exis- tant entre les bornes des deux systèmes électriques non encore synchronisés, de telle manière que l'impédance soit maximum quand ladite tension modulée est maximum et suive dans le même sens les variations de cette tension.,.
La valeur maximum de l'impédance est calculée de telle façon que l'intensité des courants de circulation ne puisse pas dépasser une valeur maximum prédé- terminéeo
La description du dispositif suivant, donnée à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé, (figo 3) fera comprendre la mise en oeuvre de l'invention :
On suppose qu'il s'agit de coupler un alternateur triphasé 21 sur un alternateur 22 déjà en fonctionnemento On intercale entre les bornes R21' S21'T21 de l'alternateur 21 et les bornes correspondantes T22' T22' T22 de l'alternateur 22, les enroulements alternatifs d'un système transduc- teur triphasé 24.
Ce système transducteur 24 possède deux enroulements distincts à courant continu servant, ainsi qu'il est connu, au réglage de l'impédance des circuits à courants alternatifs de l'appareil.
Le premier enroulement à courant continu 25 est parcouru par un courant fixe réglable à la valeur voulue pour obtenir la saturation du cir- cuit magnétique du transducteur qui détermine la valeur minimum de l'impédan- ce des circuits alternatifso Ce courant continu peut être fourni par exem- ple par un redresseur 26 alimenté par l'alternateur 220
Le deuxième enroulement à courant continu 27 est alimenté par un redresseur 28 à partir des tensions existant entre les bornes R21 et R22' S21 et S22' T21 et T22 des deux machines 21 et 22, c'est-à-dire par les ten- sions modulées qui créent les courants de circulation entre l'alternateur à coupler 21 et l'alternateur en service 220
Les proportions de ce deuxième enroulement sont telles que, lors- que la tension modulée passe par un maximum, son action s'oppose à celle du premier enroulement,
ce qui entraîne l'annulation de la saturation continue du circuit magnétique du transducteur et, par suite, l'augmentation à sa va- leur maximum de l'impédance de l'enroulement alternatif de cet appareil.
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Cette impédance maximum a été choisie pour limiter à la valeur désirée l'in- tensité des courants de circulation entre les deux alternateurs à coupler.
Au fur et à mesure que la tension modulée s'abaisse, l'effet du deuxième enroulement de réglage diminue, ce qui entraîne la diminution de l'impédance de l'enroulement alternatif. Par suite, les courants de circu- lation, tout en étant inférieurs à la valeur estimée dangereuse, sont supé- rieurs à ce qu'ils seraient si l'impédance était restée constante, et l'ac- tion synchronisante de ces courants est, par conséquent, maintenue à une va- leur élevée permettant l'accélération ou le ralentissement rapide qui amène- ront l'alternateur à coupler 21 à la même fréquence que celle de l'alterna- teur 22.
Quand la concordance des phases entre les deux alternateurs est réalisée, la tension aux bornes des enroulements alternatifs du transducteur est réduite à une très faible valeur. On peut donc mettre en court-circuit ces enroulements en reliant directement entre elles les correspondantes des deux alternateurs, et ensuite éliminer complètement l'appareil transducteur qui n'a plus de rôle à jouer une fois les alternateurs couplés.
Selon un autre aspect de l'invention, on prévoit un dispositif conçu et réalisé de façon à assurer la sécurité et la stabilité de marche des al- ternateurs, notamment des alternateurs fonctionnant en parallèle, en les maintenant en service en cas d'indicent d'exploitation, au cas d'un défaut tel qu'un court-circuit survenu dans une jonction entre alternateur et bar- res collectrices, dans un circuit de distribution, ou dans un récepteur d'uti- lisation.
Dans les systèmes de protection connus jusqu'à présent, des équi- pements de production et de distribution de courant alternatifs, on applique le principe consistant à couper aussi rapidement que possible, soit le cir- cuit où s'est produit le défaut, soit les génératrices qui débitent sur ce défaut.
D'autre part, on a fait connaître, notamment dans le cas des grands réseaux, des dispositifs de réenclenchement rapide, qui fonctionnent après la formation d'un défaut, et branchent de nouveau l'alternateur coupé, dis- positifs qui assurent pratiquement, malgré une interruption passagère de courte durée, la permanence du service, dans les cas fréquents où le défaut a disparu spontanément après un temps très court.
Toutefois, il se présente des situations où il n'est pas désirable de couper, en cas de défaut même persistant un certain temps, un alternateur débitant sur ce défaut, car la coupure peut avoir des conséquences dangereu- ses, notamment pour l'ensemble de l'installation dont l'équipement électri- que constitue une partie.
Par exemple, à bord des navires possédant une centrale et une dis- tribution à courants alternatifs de type moderne, la coupure du ou des alter- nateurs comporte le risque de priver le navire de courant, c'est-à-dire pra- tiquement de le mettre en détresse. Il peut donc se présenter des cas où l'appareillage est trop perfectionné, et où le remède apporté à un simple incident peut provoquer un accident grave.
Pour remédier à cet inconvénient des dispositions connues, on pro- cède selon l'invention, d'un principe tout à fait différent des principes classiques, qui leur est même opposé et qui consiste, en cas de défaut, à ne pas couper les alternateurs mais, au contraire, à les maintenir branchés, et cela dans des conditions et moyennant des artifices tels qu'ils puissent supporter sans dommage l'augmentation de charge résultant du défaut, qu'ils conservent leur couplage en parallèle entre eux et avec les autres alterna-
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teurs débitant sur le réseau, continuent à fonctionner pendant une durée no- table et reprennent sans autre perturbation leur fonctionnement normal, après l'élimination du défaut.
Cet aspect de l'invention est caractérisé par trois particularités essentielles, d'une part l'utilisation d'alternateurs concus et dimensionnés de façon à pouvoir rester branchés sans risque d'échauffement inadmissible, même en cas de défaut relativement persistant; d'autre part, l'association aux alternateurs précités d'excitatrices largement dimensionnées possédant un système d'excitation leur assurant des surexcitations et désexoitations rapides; enfin, l'adjonction, aux excitatrices précitées, de régulateurs à action très rapide, permettant de réaliser des excitations, surexcitations et désexcitations elles-mêmes très rapides.
Pour mieux faire comprendre l'idée générale de l'invention sur ce point, et sa mise en oeuvre pratique, on va en décrire ci-après un mode pré- féré de réalisation, choisi à,titre d'exemple non limitatif, décrit dans le cas d'un seul alternateur (les autres alternateurs étant construits d'une manière semblable) en se référant au dessin annexé (figo 4).
L'équipement conforme à l'invention comporte : - au moins un alternateur 31, en pratique triphasé. Cet alterna- teur est caractérisé par deux particularités essentielles.
D'une part, il présente une réaction d'induit de valeur telle que l'intensité de son courant de court-circuit, même avec excitation maximum, soit assez réduite pour que l'alternateur puisse la supporter sans dommage pendant un temps notable.
On a cherché autrefois à limiter la surélévation de tension des alternateurs, entre la marche à pleine charge nominale et la marche à vide des valeurs de 7-8% Actuellement, on admet une surélévation de tension de l'ordre de 20%. Selon l'invention, on cherche systématiquement à obtenir, en acceptant une réaction d'induit correspondante, une surélévation de ten- sion beaucoup plus importante, soit,de 30 à 40%, au moins, de préférence 35% Le rapport entre le courant de court-circuit tolérable et le courant de plei- ne charge nominale est alors de 3,0 à 3,5 au moins et l'alternateur peut sup- porter sans dommage ce courant pendant une durée notable, soit 5 à 6 pério- des.
D'autre part, l'alternateur est muni d'enroulements amortisseurs très efficaces constitués de préférence par des barres, notamment en cuivre, traversant les pièces polaires près de leurs surfaces périphériques, de ma- nière à être entourées par un flux magnétique de grande intensité, ces bar- res étant réunies à leurs extrémités par des cercles en métal. Ces enroule- ments amortisseurs contribuent à maintenir à une valeur élevée la réactance de la machine et à réduire, conformément à l'invention, l'intensité du cou- rant de court-circuit.
En ce qui concerne le circuit magnétique, le rapport entre le nom- bre des ampères-tours de l'induit à pleine charge et le nombre des ampères- 'tours magnétisants est de l'ordre de 2 à 3.
On remarquera que les moyens utilisés pour obtenir les résultats mentionnés ci-dessus déterminent une diminution des dimensions du .fer, sans augmentation de celles du cuivre et, par rapport aux exécutions antérieures, ne déterminent aucune augmentation d'encombrement, de poids, ni de prix.
L'alternateur 31 est branché sur les barres 29, par l'intermédiai- re d'un appareil de coupure 30, qui,peut être un interrupteur à pouvoir de ooupure modéré, et sans grande rapidité de ooupure ou même un jeu de sec- @ tionneurs.
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L'équipement comporte encore: une excitatrice 31, largement dimen- sionnée, fonctionnant en marche normale à une tension notablement inféreure/ à la tension maximum, en vue de procurer des surexcitations et des désexci- tations rapides du circuit magnétique de l'alternateur.
La tension maximum est de 2 à 3 fois,de préférence 2,5 fois la tension de marche normale.Avec cette valeur, on obtient sans autres arti- fices la rapidité d'action nécessaire sur le champ inducteur de l'alternateur.
Dans un mode préféré de réalisation,l'excitatrice (qui est à auto-excitation pour l'amorçage), comporte elle-même deux ou trois circuits d'excitation,l'un de ces circuits est un circuit shunt,mais pourrait être également un circuit série dans les cas où il y aurait avantage à le faire.
Le ou les autres sont alimentés par un dispositif de régulation et de réponse rapide décrit ci-après.
- Un régulateur 32 de tension d'alternateur, à action très rapide agissant sur l'excitation des excitatrices en coopérant avec une excitatrice conçue et réalisée comme décrit précédemment, pour obtenir des surexcitati- ons et désexcitations très rapides de l'alternateur.
Dans un mode de réalisation,d'ailleurs non exclusif, qui a permis d'obtenir des résultats probantsle montage du régulateur 32 comporte essen- tiellement:
Un dispositif de comparaison de la tension aux bornes de 1'.alter- nateur avec un tension de référence fournie par une source auxiliaire.Dans un exemple de réalisation,la tension alternative aux bornes de l'alterna- teur,ramenée par un moyen connu (tel qu'un transformateur de tension), est redressée,et la tension continue est comparée, par montage en opposition, dans un dispositif de comparaison connu, à une tension de référence,
fournie par exemple par une batterie.L'écart entre la tension redressée et la ten- sion de référence représente le paramètre de régulation.Ce paramètre agit sur un régulateur magnétique tel qu'un transducteur.A cet effet,un courant résultant de la tension d'écart, traverse l'enroulement de contrôle du transducteur, de manière à faire varier très rapidement dans le sens voulu la tension aux bornes de l'excitatrice, c'est-à-dire à l'augmenter dès la formation du défaut,et à la diminuer dès la suppression de ce défaut,si celui-ci disparaît spontanément, ou sous l'action des autres appareils du montage.
Un autre mode non exclusif de réalisation consiste dans un mon- tage suivant figures 5,6 ou 7.
Dans le montage figure 5,la régulation est effectuée suivant un mode connu de compoundage utilisant un transformateur d'intensité 41, placé à la sortie d'une phase de l'alternateur 42 pour envoyer dans l'enroulement d'excitation supplémentaire 45 de l'excitatrice 47, par l'intermédiaire du circuit 43 et du resdresseur 44, un supplément d'excitation dépendant de l'intensité débitée par l'alternateur 42 et renforçant le flux de l'exci- tatrice 47 et, par voie de conséquence,celui de l'alternateur 42.
Ce dispositif à l'inconvénient de dépendre uniquement de l'in- tensité débitée par l'alternateur,et l'on sait que le renforcement du flux de l'alternateur pour que la tension à ses bornes reste constante,n'est pas le même pour différents facteurs de puissance,différentes vitesses et différentes températures.
Le montage figure 44 conforme à 1 'invention, est exempt de ces inconvénients et comporte la combinaison de deux dispositifs ayant chacun un rôle distinct et utilisant des moyens également distincts dans un en- semble qui assure, au cours d'une variation de charge,le rétablissement de la
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tension dans un temps très courte
Pour que l'un des dispositifs ne trouble pas le bon fonctionne- ment de l'autre, et ne provoque pas des oscillations inacceptables,il est fait en sorte que le dispositif utilisant le principe de compoundage décrit précédemment ne soit en action que pendant le temps très court de la va- riation de charge'.Dès que le régime est à nouveau stable,il n'a plus d'effet sur l'excitation de l'alternateur ou sur son excitatrice.
Le schéma figure 44 représente cette combinaison.Un régulateur 48 de genre connu,qui pour l'exemple peut être un appareil à deux secteurs roulants 51 ,assure le réglage de la tension en régime pratiquement sta- ble,c'est-à-dire sans variations brusques de charge,quels que soient le facteur de puissance,la vitesse et réchauffement de l'alternateur.11 est demandé à cet appareil,non d'être d'un fonctionnement rapide,mais d'ajuster la tension avec la précision désirée quand le régime est à nouveau établi et stable.Il suffit pour cela de le régler avec un degré d'amortissement suffisant.11 peut être monté en potentiomètre double,
'cest-à-dire que ses résistances 49 sont branchées en parallèle aux bornes d'une batterie d'accu- mulateurs 50 et les secteurs 51 sont connectés à l'enroulement normal d'ex- citation 46 de l'excitatrice.Ce montage a l'avantage de permettre une in- version de courant dans l'enroulement 46 lorsqu'il y a décharge brusque de l'alternateur,et de limiter ainsi l'augmentation de la tension au-dessus de la valeur affichéeo
Le dispositif de réponse rapide qui vient suppléer le régulateur 48 uniquement pendant le temps de la variation de charge est constitué par un transformateur d'intensité 41 monté dans une des phases de l'alternateur 49.Il alimente un redresseur 44 par le circuit 430Pour simplifier la figure,
le transformateur 41 et le redresseur 44 sont représentés monophasés,Il n'y a,que des avantages à prévoir un système triphasé intéressant les trois phases de l'alternateur au lieu d'une seule.
Le redresseur '44 alimente par le circuit 53 le primaire d'un transformateur 52, dit transformateur d'impulsion,et le secondaire de ce transformateur alimente par le circuit 54 l'enroulement de,réglage 55 con- centrique à l'enroulement normal d'excitation 46 de l'excitatrice 470
EMI11.1
Quandilalternateur 42 débite unâcourant d'intensité constante,le transformateur 41 débite dans le circuit 43 et le redresseur 44 un courant alternatifd'intensité également constante à la fréquence du courant de 1' alternateur 42.Le redresseur 44 débite à son tour un courant continu d'inten- sité constante dans le circuit 53 et le primaire du transformateur d'impul- sion 52Ce courant étant continu ,d'intensité constante,il n'apparaît au- cun courant dans le secondaire du transformateur 52, ni dans le circuit 54,
ni dans l'enroulement 45.
Par contre, lorsqu'il y a variation du courant débité par l'al- ternateur 42 ,l'intensité du courant continu dans le circuit-53 est variable et il en résulte l'apparition d'un courant de même'nature dans le circuit 54, c'est-à-dire un courant qui va augmenter, comme.celui du cir- cuit 53 et s'étendre avec lui.
De courant dans l'enroulement 45 va donc naître et augmenter comme augmente le courant débité par l'alternateur 42.Il y a donc un renforcement quasi instantané de l'excitation de l'excitatrice 47 et bien avant que 1' équipage mobile du régulateur 48 ne se soit mis en mouvement.Il'est facile de combiner la rapidité de ce dernier pour que les deux actions se succèdent sans se gêner.En dimensionnant suffisamment le transformateur 41,le redres- seur 44 et le transformateur 52,on peut obtenir un renforcement très énergi- que de l'excitation de l'excitatrice 470
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Dans le montage conforme à la figure 7,le redresseur 44 est ali- menté par un transformateur de tension 41 branché entre deux conducteurs de sortie de ]!alternateur 42.Comme précédemment,
ce redresseur 44,et le transformateur 41 pourraient être triphasés au lieu de monophasés, et in- téresser les trois phases de l'alternateur au lieu d'une seule.Toutefois, entre le redresseur 44 et le transformateur 41,se trouve insérée une réac- tance variable 55,dite transducteur.On sait qu'avec ce genre d'appareil,la réactance varie avec l'excitation et c'est le rôle de l'enroulement d'ex- citation 56 de la faire varier dans de grandes limites.
Le redresseur 44 alimente directement l'enroulement de réglage 45 de l'excitatrice 47,mais tant que le courant dans l'enroulement d'exci- tation 56 est nul,la réactance est assez grande pour qu'aucun courant sensi- ble et utilisable n'alimente le redresseur.L'enroulement d'excitation 56 est alimenté par l'intermédiaire d'un circuit 54 par le secondaire d'un transformateur d'impulsion 52 ,dont le primaire est alimenté comme dans le cas de la figure 6 par un circuit 53, un redresseur 58 et un transformateur d'intensité 570 Comme il a été décrit dans le cas précédent,il n'y a pas de courant dans le circuit 54 et,par conséquent,dans l'enroulement d'exci- tation 56,
tant que l'intensité du courant débité par l'alternateur dans le primaire du transformateur d'intensité 57 est constante.lais s'il y a augmentation brusque de l'intensité de ce courant,il naît dans le circuit un courant continu qui sature le transducteur 55 et le redresseur 44 se trouve alimenté et envoie à son tour du courant dans le circuit 45.L' excitation de l'excitatrice 47 se trouve donc renforcée pendant le temps de l'augmentation de la charge de l'alternateur 42.
Ce dispositif, suivant figure 7,est moins rapide que celui de la figure 6, du fait de la présence du transducteur 55 et de sa constante de temps, mais il a l'avantage de conduire malgré sa complexité plus grande, à des appareils 41 et 44 moins volumineux,donc moins coûteux,puisqu'ils ne sont mis en service qu'au moment de la variation de charge et seulement pendant la durée de celle-ci.
Sur les barres 29 des fig.3 et 4, sur lesquelles débitent les alternateurs tels que 21, des récepteurs d'utilisation tels que 33 sont branchés par l'intermédiaire d'appareils de coupure tels que 34-Pour ces derniers,suivant l'invention,il n'est pas nécessaire de choisir des dis- joncteurs rapides,ni à grand pouvoir de coupure.Il suffit d'utiliser des appareils capables de couper un récepteur siège d'un défaut après la ter- minaison de la période transitoire d'établissement du défaut.
Au point de vue de l'exploitation, le montage présente les avan- tages suivants:
Le couplage en parallèle d'un altérnateur réalisé et équipé con- formément à l'invention,avec d'autres alternateurs,est particulièrement aisé,en raison'de la forte réaction d'induit et de l'action efficace des amortisseurs.
Si le défausse produit entre des barres générales,les alternateurs continuent à fonctionner en parallèle,le défaut étant en parallèle avec les circuits de distribution normale,en débitant un courant d'intensité totale admissible, déterminée à l'avance par un réglage judicieux des circuits de commande des régulateurs.A la suppression du défaut,soit spontanée,soit opérée par des moyens extérieurs au dispositif selon l'invention,les alter- nateurs sont toujours en parallèle, et reprennent ,sans nouvelle perturba- tion,leur fonctionnement normale.
La sécurité procurée par le procédé et le montage conformes à l'invention s'étend aux récepteurs d'utilisation eux-mêmes.
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L'invention permet de munir ces récepteurs de dispositifs de protection plus simples,moins rapides et moins coûteux que les dispositifs de coupure rapide habituelso
L'emploi de ces derniers pourrait même ne pas être avantageux.En effet,s'ils sont trop rapides, ils isolent l'appareil affecté d'un défaut, pen- dant le régime transitoire des alternateurs,à savoir- avant que la tension sur les barres ait été réduite à zéro, et à un moment où l'intensité des courants débités par les alternateurs est maximumo
Au contraire si, grâce à l'application de l'invention,on utilise des dispositifs de protection plus simples et de fonctionnement moins rapi- de,ils n'isoleront le récepteur siège du défaut qu'après la fin du régime transitoire (5 à 6 périodes) pour les réseaux à 50 ou 50 périodes,
à ce mo- ment la tension à leurs bornes sera nulle,et les appareils de coupure n'au- ront plus de puissance à couper, la tension étant nulle et l'intensité à couper sera relativement faible,étant celle du régime permanent,corrigée par les réglages opérés par le fonctionnement du régulateur d'excitation.
On a mentionné ci-dessus l'emploi d'un transducteur, cet appareil étant choisi de préférence à cause de sa rapidité d'action,mais un autre appareil dé propriétés équivalentes pourrait être adopté, sans qu'on sorte des limites de l'invention.
REVENDICATIONS l.- Equipement générateur d'énergie électrique constitué par au moins une génératrice principale entraînée par.un moteur primaire principal, et au moins un moteur primaire auxiliaire caractérisé par le fait que,lors- que la vitesse de rotation du moteur primaire tombe au-dessous d'une valeur minimum prédéterminée,l'équipement assure une alimentation ininterrompue du réseau et des récepteurs, en particulier dans le cas d'une distribution à courant alternatif,avec maintien de la tension et de la fréquence,
par le branchement automatique en temps voulu d'au moins un moteur primaire auxi- liaire séparé pour l'entraînement d'une génératrice qui peut être la géné- ratrice principale précitéeo
2.- Equipement constitué par au moins une génératrice principale entraînée par l'appareil moteur d'un navire,et au moins un moteur primaire auxiliaire séparé pour la production de courant électrique à bord d'un navire, en-particulier d'un bateau pour trafic maritime équipé de moteurs Diesel,dans lequel 1 appareil moteur du navire entraine par l'arbre d'hélice au moyen d'une transmission au moins une génératrice de courant,qui doit, malgré les fluctuations éventuelles de la vitesse de rotation de l'arbre d'hélice,
assurer la fourniture du courant aux équipements auxiliaires,ca- ractérisé par le fait que,en cas d'une perturbation dans le service,quand la vitesse de rotation de l'arbre d'hélice tombe au-dessous d'una valeur minimum prédéterminée,l'équipement assure une alimentation ininterrompue du réseau auxiliaire,et cela en particulier dans le cas d'une distribution à courant alternatif,avec maintien de la tension et de la fréquence par le branchement automatique en temps voulu d'au moins un moteur primaire auxili- aire séparé pour l'entraînement d'une génératrice qui peut être la génératri- ce principale entraînée par l'arbre d'hélice.
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