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la présente invention a pour objet un équipement électrique destiné à la propulsion des navires.
On connaît déjà des équipements électriques de pro- pulsion de types variés, avec moteurs à courant continu ou à courantsalternatifs.
Les équipements à courant continu présentent de grandes qualités de souplesse et de facilité d'adaptation.
Toutefois, leur construction est difficile et coûteuse; du fait notamment de l'existence nécessaire des collec- teurs. Ils exigent d'autre part l'adjonction de dispositifs de manoeuvre et de protection délicats, encombrants et coûteux.
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Les équipements à courants alternatifs sont de con- ception plus simple et de construction plus robuste, mais ne présentent pas la souplesse de marche désirable. De plus, le$ alternateurs des types classiques à faible réaction d'induit et à courant de court-circuit de grande intensité affectés à l'alimentation d'un moteur de propulsion doivent être protégés au moyen de disjoncteurs à grand pouvoir de coupure et à action rapide. Le fonctionnement de ces dis- joncteurs implique la cessation de l'alimentation du ou des moteurs d'hélice, souvent à des moments où le navire a besoin de ces moteurs, ce qui le prive de la liberté-de manoeuvre.
D'autre part, .la mise en parallèle des unités génératrices par les procédés classiques est toujours une opération incommode, et l'exploitation des alternateurs et moteurs des types connus exige des spécialistes, sujétion coûteuse, notamment dans le cas des bâtiments de tonnage peu important.
Dans ce dernier cas, les réalisations connues sont celles où chaque moteur polyphasé ou groupe de moteurs poly- phasés accouplés directement à l'hélice et entre eux, est alimenté par un seul générateur de courant alternatif poly- phasé, de manière que la variation de vitesse de l'hélice soit obtenue par variation de la fréquence du courant débité par le générateur, sans qu'il y ait à s'inquiéter de la manoeuvre, toujours un peu délicate avec les alternateurs habituels, du couplage en parallèle de plusieurs unités, de leur maintien en phase lors des à-coups brutaux donnés par l'hélice par temps houleux et enfin, de leur tendance au décrochage lors des changements de régime (marche lente, 1/2 ou toute), demandée par le commandement.
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Le maintien en phase a toujours été considéré jusqu'à ce jour comme suffisamment délicat, non seulement pour cher- cher à éviter cette marche en parallèle chaque fois qu'il a' été possible d'agir autrement, mais en outre, de chercher à le rompre volontairement par des relais à maximum ou minimum d'intensité ou à retour de puissance, dès que les régimes des différentes unités fonctionnant en parallèle présentent des écarts jugés trop importants pour être sans danger, et particulièrement quand une ou plusieurs unités se déversent, même momentanément, dans une autre.
L'invention a pour objet de résoudre ce problème et de considérer la propulsion des navires en courant polyphasé comme entrant dans le cas général du fonctionnement d'une centrale comprenant une ou plusieurs unités génératrices et alimentant un ou plusieurs moteurs accouplés aux hélices.
L'invention est basée sur une particularité particulièrement remarquable des alternateurs polyphasés à grande réactance.
Cette particularité est mise en évidence par le phénomène suivant : si une machine synchrone à induit ou inducteur tournant (commutatrice ou moteur synchrone) est branchée sur un réseau fournissant à tension constante du courant poly- phasé, et si sa marche est stable, dépourvue d'oscillations et ne présentant pas de tendance au décrochage, ces der- nières (oscillations et tendance au décrochage) apparais- sent, si l'on insère entre cette machine et le réseau une résistance presque purement ohmique dont la valeur est approximativement égale à celle de l'induit de la machine.
Si l'on règle cette résistance pour que les cacliaatins, tout en restant inquiétantes, ne provoquent pas le décrochage et si l'on aggrave la chute de tension entre le réseau à tension constante et la machine synchrone, non par uen nouvelle résistance ohmique, mais par une réactance presque purement réactive, présentant une chute de tension à ses bornes pouvant être égale et même supérieure à la chute de
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tension ohmique précédente, non seulement les oscillations n'augmentent pas, mais elles disparaissent et la marche redevient stable, malgré cette importante chute de tension - totale.
Si cette réactance supplémentaire, au,lieu d'être installée à l'extérieur de la machine, lui est incorporée grâce à une disposition et à un dimensionnement judicieux du bobinage et des encoches, on obtient =!alternateur à grande réactance dont le caractère d'indécrochabilité est remarquable.
Non seulement les variations de charges les plus dures, allant de la marche à vide à, la marche en court-cir- cuit, ne rompent pas' la stabilité en parallèle de plusieurs unités de puissance et vitesse différentes et conçues suivant les mêmes principes, mais les variations du facteur de puis- sance dues à un manque d'alimentation en combustible de la machine motrice ou à un excès de cette alimentation, ne compromettent pas cette stabilité.Les alternateurs couplés en parallèle apparaissent indécrochables.
Cette qualité essentielle permet de résoudre le pro- blème de la propulsion des navires en courant alternatif polyphasé par un ou plusieurs moteurs polyphasés accouplés ensemble sur la même hélice et alimentés par plusieurs unités génératrices de courant polyphasé.
Par temps de houle, l'hélice même émergée, ne provoque pas, par les variations de charge qu'elle entraîne, de rupture de la stabilité de marche en parallèle et les varia- tions de régime ordonnées par le commandement sont faciles à réaliser, puisqu'il est sans importance pour la stabilité de la marche en parallèle que momentanément un groupe se trouve déchargé complètement par rapport aux autres et absorbe de l'énergie au lieu d'en fournir.
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L'invention va être maintenant décrite sous la forme d'un exemple de réalisation non limitatif réalisé à l'aide des moyens indiqués ci-dessus, et;représenté sur le dessin ' annexé.
Plusieurs moteurs primaires 1, soit dans le cas consi- déré des moteurs à piston du type Diesel entraînent, par l'intermédiaire de volants 2, des alternateurs triphasés 3 et leurs excitatrices 4. Pour simplifier le dessin, les conducteurs des trois phases sont représentés sous forme de schéma unifilaire.
Des interrupteurs de;sectionnement 5 permettent de les brancher en parallèle ou de les débrancher séparément.
Après les interrupteurs 5, tous les alternateurs sont respectivement réunis sur un jeu de barres commun 6, reliéas elles-mêmes à un groupe 7 de deux interrupteurs qui, par inversion des connexions donnent,:suivant une technique connue, un sens déterminé de rotation ou le sens inverse à un moteur de propulsion 8 entraînant l'hélice 9. Le moteur 8 est un moteur à cage, préféré comme le plus simple et le plus robuste.
Un rhéostat de démarrage 10, inséré après les bornes de sortie de l'enroulement du moteur et avant le point neutre, permet d'éliminer des à-coups trop brutaux et de réaliser une mise en vitesse progressive.
Le courant d'excitation fourni aux enroulements d'ex- citation de chaque alternateur par l'excitatrice corres- pondante est réglé par un rhéostat d'excitation 11 inséré, selon le dessin, dans le circuit d'excitation de l'excita- trice.
Des régulateurs 12, actionnés par servo-moteurs commandés à distance par des boutons 13 "plus vite" et 14 "moins vite", permettant de modifier simultanément la
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vitesse de tous les moteurs primaires 1 en agissant sur l'admission de combustible.
La manoeuvre de l'équipement conforme à la présente invention s'opère de la façon suivante :
On sait d'avance, par les essais effectués sur le navire après son lancement et après sa mise en exploita- tion commerciale, que ce navire, pour naviguer à une cer- taine allure, a.besoin que son hélice tourne à une cer- taine vitesse et ahsorbe, à cette vitesse, une certaine puissance.
On met donc en marche à vide le nombre de moteurs primaires estimé nécessaire, en égalisant leurs vitesses au moyen des boutons-13 "plus vite" et 14 "moins vite", et l'on couple les alternateurs entraînés par ces moteurs en parallèle sur les barres générales communes 6. En même temps, on égalise les tensions au moyen des rhéostats d'excitation 11. On sait en effet que, pour qu'un moteur électrique tel que le moteur de propulsion 8 fonctionne dans de bonnes conditions à des fréquences d'alimentation et à des vitesses de rotation différentes, il faut que l'induction et par suite, le flux dans son circuit magné- tique, restent sensiblement constants.
Cette condition est satisfaite si la tension varie proportionnellement à la fréquence, la vitesse en charge ; étant pratiquement, aux variations éventuelles de glissement près, proportionnelle à cette fréquence.
Sur la base des essais et de l'expérience acquise ,en exploitation, on sait donc d'avance que, sur un navire une déterminé, pour/certaine vitesse du moteur de propulsion
8, il faudra réaliser une certaine vitesse des groupes électrogènes, correspondant à une certaine fréquence des alternateurs 3, et à une certaine tension à leurs bornes.
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Cette fréquence et cotto tension communes étant régléos après couplage en parallèle des alternateurs 3,' on ferme celui des interrupteurs 7 qui donne le sens de rotation désiré, et on manoeuvre le rhéostat 10 de démarrage du moteur de propulsion 8. On donne ainsi au navire la vitesse désirée.
Les alternateurs conformes à l'invention ont la propriété de pouvoir, très facilement et sans aucun risque d'incident, être couplés en parallèle en dehors du synchro- nisme, ainsi que de la concordance des phases, comme il est exposé ci-dessus.
Il doit être bien entendu que l'équipement qui vient d'être décrit ne concerne qu'un mode de réalisation parti- culier de l'invention, et que des variantes de constitution ou de fonctionnement sont possibles sans en modifier l'idée fondamentale ou en dépasser la portée.
Par exemple, et sans limitation
Les moteurs primaires peuvent être d'un type quelconque de moteur thermique, par exemple des machines à vapeur à pistons, des turbines à vapeur ou à gaz, etc... Dans le cas des machines à vapeur, par exemple, les régulateurs correspondant aux régulateurs 12, agissent sur l'admission de vapeur.
Le moteur de propulsion 8 peut être un moteur poly- phasé à rotor en court-circuit, à simple cage ou à double cage, ou un moteur à rotor bobinée dans ce cas, un rhéostat de démarrage correspondant au rhéostat 10 est inséré dans le circuit rotorique du moteur.
Les rhéostats d'excitation 11 des' alternateurs 3 peuvent être insérés dans le circuit des enroulements induc- teurs des alternateurs 3, bien qu'il soit préférable de les insérer dans les circuits inducteurs des excitatrices. On peut d'ailleurs utiliser concurremment des rhéostats d'al-
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ternateurs et des rhéostats d'excitatrices.
Suivant une disposition très avantageuse, les alter- nateurs peuvent être munis de régulateurs automatiques de tension d'un type connu, tels que les régulateurs à secteurs roulants qui permettent'd'éviter d'avoir à manoeu- vrer les rhéostats d'excitation 11, ceux-ci pouvant être supprimés ou conservés seulement comme appareils de mise au point exceptionnelle ou de secours. Les régulateurs auto- matiques de tension de type convenable maintiennent cons- tante la tension à fréquence constante, et, à fréquence variable, font varier la tension proportionnellement à la fréquence.