Brevet FR2205767A1 — publié le 19740531

La présente invention concerne les machines électriques tournantes et, plus particulièrement, les machines de puissance à courant alternatif. Elle s'applique notamment aux alternateurs synchrones, mais son application aux moteurs est également possible. On a déjà proposé d'utiliser des supra-conducteurs pour constituer certains au moins des bobinages d'une machine électrique tournante. En effet, les supra-conducteurs offrent théoriquement des avantages séduisants. Les pertes par effet Joule sont très diminuées et, lorsque les bobinages tournants sont constitués de supra-conducteurs, on peut y admettre des courants extrêmement élevés et, corrélativement, diminuer le volume, la masse et le rayon de la partie tournante. Malheureusement, l'emploi des supra-conducteurs, qu'il est nécessaire de maintenir à très basse température, pose des problèmes difficiles à résoudre.En particulier, si l'on cherche à constituer les bobinages tournants, l'accouplement direct entre la partie tournante et l'installation qui l'entraine (ou qu'elle entraine dans le cas d'un moteur) constitue un trajet de fuite thermique dont l'existence se traduit par la nécessité d'un débit de frigories énorme pour maintenir les bobinages à leur température de supra-conductivité. La présente invention vise à fournir une machine électrique tournante répondant mieux que les machines électriques à supra-conducteurs antérieurement proposées aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle présente des pertes thermiques très réduites grâce à la suppression de tout couplage mécanique direct entre la partie tournante et l'organe qui 1 lentraine ou qu'elle entraine. Dans ce but, la machine électrique tournante suivant l'invention, utilisable notamment comme alternateur, comprenant un stator dans lequel tourne un bobinage d'excitation est notamment caractérisée en ce que ledit bobinage d'excitation, constitué en matériau supra-conducteur, est placé dans un cryostat tournant avec lui et couplé par voie purement électromagnétique à un arbre rotatif en métal amagnétique. Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, l'arbre est tubulaire, il entoure le cryostat et le bobinage d'excitation, et il est placé à l'intérieur du stator. Le couplage électro-magnétique impose des courants extrêmement élevés dans l'arbre. En conséquence, celui-ci doit être refroidi. Dans un mode particulier de réalisation de l'in- vention, la machine est munie d'un circuit fermé de refroidissement qui injecte de l'eau déminéralisée à l'intérieur de l'arbre. La force centrifuge maintient cette eau contre la paroi interne de l'arbre où elle se vaporise. La vapeur ou le mélange eauvapeur est prélevé, refroidi, et retourné à l'injection en phase liquide. Dans le cas d'un alternateur à turbine à vapeur, le refroidissement intervient avantageusement dans un échangeur de chaleur où les calories prélevées pour refroidir l'arbre sont transférées à l'eau d'alimentation d'une chaudière qui alimente la turbine entrainant l'arbre. Le cryostat est alimenté lui-même en un gaz liquéfié choisi pour avoir un point d'ébullition inférieur à la température limite de supra-conductivité du matériau constituant le bobinage d'excitation. Ce matériau sera en général l'alliage classique niobium-titune, disponible sous forme de fil. On peut envisager toutefois d'autres matériaux et notamment l'alliage niobiumétain. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un alternateur constituant un mode particulier de lise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accom- pagnent, dans lesquels La figure 1 est un schéma de principe de l'alternateur, représenté en coupe suivant un plan vertical passant par son axe La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 La figure 3 est Un schéma de principe montrant une fraction de 1 'arbre, les épaisseur étant représentées à une échelle très supérieure de celle du rayon pour plus de clarté La figure 4 est un schéma de principe montrant les premières couches du bobinage d'excitation Les figures 5 et 6 sont des courbes montrant la variation du champ harmonique en fonction de la distance à partir de 1 'axe. La figure 7 est une vue de détail à grande échelle de la tête du cryostat et des organes qui l'entourent, en coupe suivant an plan passant par l'axe de 1'alternateurg La figure 8 est un schéma de principe montrant une constitution possible d'une alimentation de l'enroulement rEtorique L'alternateur illustré en figures 1 et 2 comporte un bSti fixe 10 portant un enroulement statorique 11 et dans lequel sont montés des organes rotatifs . Le bâti fixe de l'4iterna teur illustré en figure 1 se compose d'un capot semi-c ylindrique 12 fermé pariun fond 13 et d'un manchon muni d'ouvertures de passage de l'enroulement statorique 11.Cet enroulement statorique peut avoir une constitution générale classique et être bloqué par des cales isolantes (non représentées) qui absorbent le couple mécanique lors du fonctionnement, mais il présente une originalité notable : il n'est pas prévu de carcasse en matériau fertomagnétique, qui serait pratiquement inutile, car les flux d'induction extrêmement élevés dans le matériau le satureraient complètement. Par tailleurs, il n'est pratiquement pas possibletde le constituer en matériau supra-conducteur, car il est soumis à un champ magnétique alternatif intense. Or les matériaux supra-conducteurs ont une hystérésis pagnéti- que telle celle entrainerait un dégagement de chaleur incompatible avec le maintien aux températures de supra-coWductivité. L'enroulement statorique présente une longueur axiale importante par rapport A son diamètre, surtout dans un alternateur de grande puissance. Le bâti porte à ses deux extrémités des paliers 14 et 15 de centrage d'un arbre creux rotatif 16. Ces paliers sont suffisammenÇ éloignés de l'enroulement statorique et de l'en- roulement rotatif d'excitation (qui sera décrit plus loin) pour que le flux magnétique qui les traverse reste faible et ne oon- duise pas à des pèrtes intenses. Les organes rotatifs comprennent 1 'arbre creux 16 et un ensemble cryostat-bobinage d'excitation. Dans le mode de réalisation illustré, l'arbre 16 présente une partie terminale borgne prolongée par un tourillon 17 d'accouplement atec une turbine d'entraînement 18. Cet arbre, étant donné le s contrain- tes auxquelles il est soumis, devra en général être f zrgé d'une seule pièce. Pour des puissances même très élevées, 1'enroule- ment d'excitation, étant supra-conducteur, peut rester de diamètre relativement faible. L'arbre peut donc également être de relativement faible diamètre, ce qui facilite sa fabrication. A titre d'exemple, on peut noter qu'on peut maintenir un diamètre d'arbre de l'ordre du mètre pour une puissance électrique de l'ordre de 1000 MVA. Sur les figures I et 2, les épaisseurs n'ont délibérément pas été représentées à ltéchelle pour plus de clarté. Les paliers de grand diamètre 14 et 15 seront en général des roulements à rouleaux ou à aiguilles. L'ensemble cryostat-bobinage d'excitation 21 tourne sur deux paliers 35 et 36 portés par l'arbre. I1 faut noter ici que la vitesse relative de l'ensemble cryostat-bobinage par rapport à l'arbre restera toujours faible, sauf lors du démarrage, puisqu'elle se limite au glissement nécessaire à lten- trainement du bobinage. L'ensemble 21 illustré en figures 1 et 2 comporte un cryostat. Ce cryostat, étant solidaire de la bobine 24, ne subit que la variation de flux du champ de réaction de l'arbre, qui ntest variable - dans le système lié à la bobine supraconductrice que lors des transitoires, lorsque le glissement change. Le cryostat peut donc être construit de façon classique, en matériaux métalliques. I1 doit seulement résister à la force centrifuge, et être centré de façon extrêmement précise sur l'axe de rotation de l'arbre creux 16. L'enceinte du cryostat comporte une enveloppe extérieure, constituée par une paroi externe 22 et une paroi épaisse intérieure 23, servant de frette au bobinage supraconducteur. Cette paroi 23, à la température de supraconductivité et supportant le poids du bobinage 24, est reliée aux paliers de rotation par des pièces à faible conductivité thermique, comme on le verra plus loin. On maintient sous vide l'intervalle entre les parois pour assurer un isolement aussi élevé que possible. Ce vide peut être réalisé une fois pour toutes, 1 'enceinte étant ensuite scellée. De plus, les parois peuvent être argentées pour diminuer le rayonnement. Le bobinage d'excitation 24, illustré en partie sur la figure 4, est porté Par un tube support 25. I1 n'est soumis en fonctionnement qu'à la force centrifuge et aux contraintes électriques et électromagnétiques liées au courant qui le parcourent. Ces contraintes sont, pour une part, supportées par 1 'enveloppe interne 23 formant frette. On peut également, comte illustré en figure 4, ménager des frettes interabdiaires, Toujours dans le mode de réalisation illustré, on place sur le tube central 25 en matériau amagnétique des cales 26 (deux cales dans le cas d'un bobinage dipolaire). Ces deux cales 26, en matériau isolant, s'étendent suivant deux zones diamétralement opposées du tube 25.On bobine autour d'elles plusieurs couches de matériau supra-conducteur (une seule 27 étant représentée sur la figure 4 pour plus de clarté) jusqu'à obtenir une épaisseur correspondant à celle des cales 26. Ensuite, on place une couche de matériau plastique isolant*appes ainsi bobinées et on frette l'ensemble à l'aide d'un enroulement hél1.codal de fil en matériau présentant le même coefficient de dilatation thermique que celui qui constitue le tube 25. On utilisera avantageusEment du fil d'acier 28 et un tube 25 en acier de même nuance pour obtenir une résistance élevée. Sur la nappe de fil 28, on place des cales 29 ayant un développement angulaire supérieur à celui des cales 26 et on bobine de nouveau du fil supra-conducteur sous forme de spires longitudinales, chaque spire encadrant 1 'une des cales 29. On arrive ainsi à un diamètre qui correspond au diamètre interne de l'enveloppe 22. On obtient ainsi une répartition pseudo-dipolaire en utilisant des cales de pas variable pour limiter les nappes successives de supra-conducteur. Cette struc.tu:re ne fournit qu'une solidité réduite vis-à.vis des couples mécaniques mais elle est possible parce qu'il n'y a pas de couple mécanique important dans ce bobinage. Cette enveloppe interne est complétée par deux joues 33 et 34. Cime on l'a vu plus haut, il est nécessaire de placer les paliers aussi lapin que possible du champ magnétique intense qui règne à proximité du bobinage 24 et de l'enroulement statorique 11. Ceci implique une distance importante entre les joues 33 et 34 ét les paliers qui supportent l'ensemble rotatif. Pour donner à cet ensemble la rigidité nécessaire, tout en gardant une conduction thermique aussi faible que possible, on raccorde avantageusement i'enveloppe interne 23 au tube 25 et aux bagues internes des paliers 35 et 36 par des pièces nervurées de forme générale conique 37. Le palier 36 est placé dans un évidement ménagé au fond de l'arbre creux 16.L'autre palier 35 est montai dans ,un disque 38 fermant l'arbre creux. Les deux paliers, qui - sauf lors des transitoires- ne sont soumis qu'au glissement, peuvent être constitués par des roulements à aiguilles La partie médiane du tube 25 constitue l'enveloppe interne du cryostat et elle est, comme les nervures et la paroi interne 23, en acier inoxydable à faible conductivité thermique. L'arbre 16 doit d'une part avoir une résistance mécanique élevée, d'autre part ne présenter qu'une résistance faible sur le trajet de circulation des courants intenses nécessités par l'entrainement du bobinage d'excitation 24. Ce résultat peut être atteint à l'aide de diverses constitutions. Dans le mode de réalisation illustré en figure 3, l'arbre 16 est constitué, aU moins dans sa partie tubulaire, par une couche externe 30 d'acier amagnétique de haute tenue au cisaillement, (par exemple, acier inoxydable 18.8), sur laquelle est plaquée une couche 31 de cuivre ou d'aluminium de pureté élevée. On compense ainsi le mauvais comportement mécanique des métaux bons conducteurs purs par la haute résistance mécanique de 11 acier. L'acier est de préférence placé à l'extérieur de l'arbre pour faciliter le refroidissement, comme on le verra plus loin. Pour solidariser les couches 30 et 31, on munit la couche d'acier de cannelures 32 sur toute sa longueur pour entrainer le cuivre ou l'aluminium en rotation. Ces cannelures peuvent présenter une saillie très faible (5X à 15 % de l'épaisseur d' acier). L'épaisseur optimale de la couche de cuivre ou d'aluminium 31 est fonction du rayon R1et du nombre de pôles de la bobine 24. Si cette bobine est dipolaire, l'optimum de puissance est obtenu pour une épaisseur qui, pour un alternateur de grande puissance, est en général de l'ordre de R1x 0,3, mais ce chiffre n'est qu'indicatif, car on peut par exemple augmenter cette épaisseur pour améliorer le rendement en perdant un peu sur la puissance, ou réciproquement si on cherche avant tout une haute puissance spécifique. Pratiquement on peut considérer que l'épaisseur restera comprise entre 0,2 R1et 0,35 R1pour tous les alternateurs de puissance. Une autre solution (non représentée sur les dessins) consiste à constituer l'arbre creux 16 en alliage léger à base d'aluminium ou de zirconium(du genre "duralumin" ou "zircaloy" par exemple ). Bien que la résistivité de ces alliages soit supérieure à celle du cuivre ou de l'aluminium pur, elle reste encore acceptable et la tenue au cisaillement est suffisante pour des puissances ne dépassant pas 600 MVA. L'épaisseur optimale est multipliée par le rapport des résistivités, en compa raison avec lasolution précédente. Cette solution a 1 Davantage de la simplicité. Enfin, pour les très grandes puissances on peut {utiliser un arbre creux composite, mais avec un placage interne d'ailia- ge à tenue mécanique meilleure que celle du cuivre, par exemple en alliage à base d'aluminium ou de zirconium. Les courants dans l'arbre creux 16, qui créent le couple moteur par leur interaction avec le bobinage supra-conducteur, doivent être; les plus élevés possibles. Leur intensité est une fonctions croissante du glissement, et celui-ci reste toujours suffisamment faible pour ne pas constituer une ltitation. Celle-ci est; due à l'échauffement de l'arbre, qu'il faut refroidir énergiquement par un circuit permettant d'évacuer la chaleur dissipée par des courants de plusieurs milliers d ' am- pères par centimètre de circonférence en maintenant l "arbre à une température ne dépassant pas 100 à 150 C. Dans le mode de réalisation particulier illustré en figures 1 et 7, ce circuit est prévu pour refroidir 1 'arbre 16 par un film d'eau en ébullition retenu en contact avec la sur face interne de 1 ' arbre par la force centrifuge. Cette solution est rendue possible par le fait que les différences de po- tentiel le long de l'arbre sont faibles, ce qui élimine les problèmes d'électrolyse. Dans un cas particulier qui peut être considéré comme typique, où la puissance échangée est de l'ordre de 100 W/cm , et où l'intensité par centimètre de périphérie est d'enviroh 17.000 ampères pour une épaisseur d ' aluiiniur de 10 cm, la différence de potentiel est d'environ 0,5 volt par mètre. Le circuit de refroidissement d'arbre illustré en figures 1 et 7 comporte, à l'extérieur de l'alternateur, une pompe 39 qui alimente en eau, déminéralisée pour éviter tout en tartrage e tararage, une chambre nnulaire 40 ménagée dans la face d'un di tributeur fixe 41 qui est en regard d'un moyeu 42 portant la bague interne du roulement 35. Dans ce moyeu est pratiqué un passage 43 qui débouche' à proximité du disque 38. Ce passage peut être orienté de façon à fonctionner en écope lorsque l'ensemble cryostat-bobinage tourne et à projeter l'eau vers la paroi de l'ar- bre 16. Les phases se séparent automatiquement du fait du mouvement tourbillonnaire de l'eau. La vapeur est collectée par un conduit de grande section 44 ménagé dans le moyeu et qui débouche dans une chambre annulaire 45 du distributeur. Des joints toriques glissants 46 limitent les fuites entre distributeur et moyeu. La vapeur collectée est condensée et retournée à la pompe. On récupère avantageusement la chaleur dans un échangeur 47 où passe une fraction du débit allant à la chaudière 48 d'alimentation de la turbine. Cet échangeur, qui fonctionne donc en économiseur, permet (avec les cycles thermiques actuels) de multiplier par 0,6 environ le coût thermique des pertes. En dépit des pertes ohmiques dans l'arbre 16, le bilan thermique est beaucoup plus favorable que dans un alternateur à supra-conducteur où l'arbre entrainerait directement l'enroulement d'excitation, car la puissance frigorifique nécessaire pour maintenir en froid le bobinage 24, du fait de la suppression de toute transmission mécanique par des organes à basse température, est divisée par un facteur de l'ordre de 4 104. Le circuit d'alimentation en hélium liquide est placé dans le distributeur 41 et le moyeu 42. L'hélium gazeux est collecté dans la partie médiane du tube 25 percée de trous et ramenée vers 1 'extérieur par une conduite fixe 49 terminée par une collerette munied'un joint glissant 49a. Des entretoises isolantes non représentées maintiennent dans la conduite 49 une tubulure d'amenée 50 munie d'une gaine 51 dans laquelle règne un vide d'isolement. La tubulure 50 projette l'hélium liquide au droit de fentes du tube 25 et la force centrifuge le rejette vers l'extérieur, c'est-à-dire vers les bobinages, lorsque l'ensemble tourne. La séparation des phases liquide et gaz s'effectue ainsi automatiquement.L'hélium liquide est amené à la conduite 50 d'une installation d'alimentation non représentée et repris dans la conduite 49 par une tubulure 52 (figure 1), après vaporisation. L'enroulement statorique 11 est soumis à un flux très élevé. Les conducteurs constituant cet enroulement doivent en conséquence etre divisés, ou, en d'autres termes, chaque conducteur élémentaire doit avoir un diamètre très inférieur à la profondeur de peau : pratiquement, le diamètre devra être compris entre 0,5 à 3 millimètres. Si ce fil était utilisé en série, la tension aux bornes de l'alternateur serait de plusieurs MV, donc très excessive. Aussi est-il nécessaire de les utiliser en parallèle, en transposant les conducteurs. Une solution particulièrement simple consiste à toronnerensemble sept fils élémentaires isolés électriquement, de façon que le flux coupé soit égal dans les sept fils et qu'il n'y ait pas de courants de circulation , puis de toronner ensemble sept torons élémentaires, obtenant ainsi un conducteur comprenant quarante neuf conducteurs élémentaires, qu'on relie à leur extrémité par une soudure, et qui fonctionnent donc en parallèle. Cet exemple est donné à titre indicatif et toute solution toronnée compacte où les fils sont tordus en hélice de façon à assurer la transposition est également acceptable. De plus, il faut remarquer que l'espace offert au conducteur est beaucoup plus grand puisqu'il n'est pas limité à des encoches et que le courant total peut être plus élevé, à densité de courant constante. L'enroulement du stator selon l'invention, est avantageusement constitué sous forme cylindrique, les centres des deux cylindres constituant une phase, 53 et 54 par exemple, étant disposés,autour de l'arbre creux,de façon à couper tout le flux d'un pôle du bobinage supra-conducteur ; par exemple, comme illustré sur la figure 2, ils sont symétriques par rapport à l'axe de rotation dans le cas d'un bobinage supra-conducteur dipolaire. - Un enroulement triphasé ainsi constitué, parcouru par des courants triphasés équilibrés, donne sur son axe un champ tournant à la fréquence du courant dit "de réaction d'induit". Lorsque l'alternateur fournit une puissance active, c'est ce champ qui exerce sur la bobine supra-conductrice un couple résistif et l'équilibre est atteint lorsque ce couple est égal au couple moteur produit par les nappes de courant portées par l'arbre creux. Mais lorsqu'on s'éloigne du centre, à ce champ, fixe dans le système tournant, s'ajoute un champ tournant h à la fréquence triple du fondamental.Si on désigne par R2 le rayon du cercle portant les centres des cylindres constituant les bobinages statoriques, ce champ h à fréquence triple varie avec la distance r à l'axe, de O à R2, comme illustré sur la figure 5, c'est-à-dire beaucoup plus vite que le flux coupé par un conducteur de rayon r : cette particularité permet de disposer, très près de l'arbre creux 16, un conducteur (non représenté) en série avec le reste de l'enroulement constituant chacune des phases, mais parcouru par un courant en sens inverse et donnant un champ h' L'amplitude de chacun des champs h et h' à fréquence triple de la fréquence du courant fournie, varie alors en fonction de r comme représenté en figure 6 où l'échelle des amplitudes est supérieure à celle de la figure 5.On peut calculer la position du conducteur unique en opposition, pour laquelle la somme H des deux champeharmoniques trois est nulle pour un rayon-R3 correspondant à une profondeur dans 1 'arbre creux 16, égale à la moitié de la profondeur de peau à la fréquence de l'harmonique pour le conducteur intéressé dans l'arbre creux. Cette disposition, si elle se traduit par une perte-d'ailleurs faible-de puissance spécifique, améliore en contre-partie le rendement par diminution des courants induits parasites dans 1 'arbre creux 16. Ce conducteur unique ajouté à chaque cylindre se placerait entre le cylindre et l'arbre tournant, dans le plan joignant 1'axe de l'alternateur à celui du cylindre. Au lieu de la disposition qui vient d'être décrite, on peut utiliser celle illustrée schématiquement en figure 2. Elle consiste à constituer un cylindre ne comportant pas de conducteur dans un petit espace probe de l'arbre. Le cylindre d'enroulement sera alors équivalent à l'association d'un cylin dre-entiglr; de, conducteursen série avec un cylindre d'effet con- trair érieur et de beaucoup plus petite dimension. Cette solution présente par rapport à la précédente l'avantage d'être un peu plus simple. Quelle que soit la disposition adoptée, il est possible, par un groupement approprié des conducteurs de 1 'enroulement statorique, d'obtenir une tension de sortie beaucoup plus élevée que dans un alternateur utilisant un rotor normal, et en particulier d'atteindre une tension qui rend inutile l'interposition d'un transformateur élévateur entre l'alternateur et le réseau de transport. Par exemple, pour un alternateur de 4,5 m de long, on peut facileaent obtenir une tension pour chaque spire statorique de 1000 volts environ et chaque spire est facile àisoler de la suivante. Il suffit alors de 500 conducteurs en série pour obtenir la tension de 500kV qui est celle du réseau de transport actuel. En contrepartie, il est bien évident que ce choix d'une tension de sorte élevée impose une technologie particulière d'isolement, celui-ci devant être particulièrement efficace. Le stator devant par ailleurs être refroidi', il sera nécessaire d'assurer ce refroidissement par un fluide diélectrique, tel que le pyra lène, si l'oui choisit un liquide, ou l'hydrogène, si on choisit un gaz. L'énormé multipôle magnétique rotatif qui constitue le bobinage d'eicitation 24 (dipôle dans le cas qui vient d'être décrit) crée'un champ magnétique tournant intense. A défaut de précautions particulières, ce champ serait gênant à des distances atteignant quelques dizaines de mètres, bien que son intensité diminue proportionnellement à la puissance trois de la distance Pour courtcircuiter le flux magnétique qui sort de 1'aiterna- teur, on prévoit avantageusement un écran ferromagnétique ou conducteur segvrntde moyens d'extinction par courants induits. Cet écran, qui peut être une tôle de matériau ferreux une couche de ferrite ou une tôle en un métal bon conducteur de ltélectricit6, sera, en général, placé à une distance de l'axe de l'alternateur égal à cinq fois au moins le rayon dtl bobinage supra-cbnducteur 24. Cet écran peut être constitué par un plancher métallique situé largement au-dessus de l'alternateur et se prolongeant latéralement par des cloisons. Il peut, par exemple, s'agir d'une tôle d'aluminium de 2 cm d'8paisseur. Cette solutibn est peu coûteuse, car une centrale comporte toujours une salle de commande qui sera alors placée sur le plancher. La distance minimum de cinq fois le rayon ne repr6- sente pas une contrainte, car, de toute façon, la hauteur sous plafond de la salle des machines doit être suffisante pour permettre le décapotage de l'alternateur et de sa turbiné ou des ses turbines d'entrainement. Le fonctionnement de l'alternateur ressortant te la des- cription qui précède il ne sera que sommairement i diqu. Lorsque l'arbre rotatif tourne, entrainé parla turbin , le bo binage supra-conducteur travaillant dans l'hélium de ide a une résistance nulle et se comporte comme une self-inductance pure. Il piège donc un flux magnétique constant et même la partie réactive (donc démagndtisante) du charrpde réaction d'in- duit ne fait qu'augmenter le courant dans le bobinage d'exci tation, celui-ci étant supposé court-circuité. La force centrifuge tendà refouler l'hélium liquide vers le bobinage à partir du tube central d'amenée et garantit le maintien en froid.Un dispositif auxiliaire doit toutefois être prévu pour amorcer le fonctionnement de l'alternateur lors du démarrage de celui-ci. Lorsque effet ensemble cryostat-bobinage est au repos, il n'y a pas de forcecentrifuge et le bobinage n'est pas, du moins dans sa majeure partie, à la température de supra-conductivité. Ce bobinage est toutefois capable de supporter un courant de quelques ampères, car les fils ou rubans d'alliage supra-conducteurs sont toujours revêtus d'un dépôt de cuivre. Pour fournir au bobinage le courant nécessaire à 1 1exci- tation et à l'amorçage de la montée en champ magnétique lors de la période de démarrage, une alimentation depuis l'exté- rieur doit être prévue. On peut évidemment envisager d'alimenter directement le bobinage à l'aide de contacts glissants (à bagues et balais) placés dans le tube central. Mais cette solution présente un grave inconvénient, car les bobinages supra-conducteurs actuels exigent des courants importants, atteignant 500 ampères. Il est en conséquence préférable d'adopter la solution schématisée en figure 8. Elle consiste à alimenter des pistes de frottement 55- 56 portées par un organe fixe situé dans le tube 25, par exemple par la collerette terminale de la conduite 49 en courant alternatif à tension relativement élevée.La puissance restant faible, (de l'ordre de 100 watts), on voit que l'emploi d'une tension de l'ordre de 100 volts permet de réduire le courant à une valeur de l'ordre de l'ampère. Le courant, prélevé à l'aide de balais 57- 58, alimente un transformateur 59 abaisseur de tension. Un redresseur 60 (pont à diode semi-conductricss par exemple} permet alors d'alimenter le bobinage. Cette alimentation peut être complétée par un interrupteur supra-conducteur à commande centrifuge qui referme le bobinage sur lui-même lorsqu'une vitesse prédéterminée est atteinte, vitesse qui correspond à un fonctionnement en rée supra-conducteur. Il va sans dire que l'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemple, mais en couvre au cqntraire toutes les variantes dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1- Machine électrique tournante, utilisable comme alternateur, comprenant un stator dans lequel tourne un bobinage d'excitation, caractérisée en ce que ledit bobinage d'excitation, constitué en matériau supra-conducteur, est placé dans un cryostat tournant avec lui et couplépar voie purement électro-magnétique à un arbre rotatif en métal amagnétique. 2 - Machine tournante suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre rotatif est tubulaire et contient le cryostat et le bobinage d'excitation. 3 - Machine tournante suivant la revendication 2, caractérisée en ce que 1 'arbre tubulaire est constitué soit en alliage léger de caractéristiques mécaniques élevée' et faible résistivité électrique, soit par un cylindre creux en acier amagnétique doublé intérieurement d'une couche de métal ou alliage bon conducteur. 4 - Machine tournante suivante la revendication 3, caractérisée en ce que le cylindre présente des saillies longitudinales internes qui retiennent le doublage en cuivre, en aluminium, ou en alliage léger à base d'aluminium ou de zirconium. 5 - Machine tournante suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit fermé de refroidissement de 1' arbre tubulaire, comportant des moyens pour injecter dans l'arbre de l'eau qui forme un film contre la paroi interne lorsque 1' arbre tourne, des moyens pour collecter la vapeur ou l'émulsion eau-vapeur formée par ébullition de l'eau au contact de l'arbre, et des moyens pour refroidir l'eau avant de la réinjecter dans l'arbre. 6 - Machinesuivant la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement de l'eau sont constitués par un échangeur de chaleur avec 1 'eau d'alimentation d'une chaudière de production de la vapeur d'entrainement d'une turbine couplée à la machine. 7 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le cryostat est constitué par une enceinte annulairedélimitée par deux enveloppes métalliques, l'enveloppe interne étant constituée de façon suffisamment résistante pour servir de frette au bobinage d'excitation. 8 - Machine suivant la revendication 7, carctérisée en ce que le cryostat se prolonge axialement par des flasques cannelé-s ou nervurés , fixés à un tube central tournant dans des paliers montés dans l'arbre et placés à une distance axiale du bobinage suffisante pour que le champ magnétique y soit faible. 9 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que l'arbre tubulaire est porté par des paliers d'extrémité placés à une distance axiale du bobinage d'excitation suffisante pour que le champ électromagnétique dans les paliers soit une fraction faible du champ autour dudit bobinage. 10 - Machine suivant la revendication 9, caractérisée en ce que l'arbre tubulaire est forgé d'une seule pièce avec un prolongement plein de petit diamètre, de couplage avec une turbine d'entraînement. Il - Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bobinage d'excitation est constitué de nappes, parallèles à l'axe de la machine, de fil supra-conducteur, nappes frettées par des fils d'acier enroulés en hélice. 12 - Machine suivant la revendication 11, caractérisée par une feuille en matériau isolant tel que du plastique, percée de trous de passage du liquide de refroidissement, plac8eentre chaque nappe de fil supra-conducteur et les fils de frettage qui la retiennent, ladite feuille évitant le cisaillement du supra-conducteur par les fils d'acier. 13 - Machine suivant la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que les fils d'aciers sont de même nuance que l'acier qui constitue un tube central portant le bobinage supraconducteur. 14 - Machine suivant 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator, à température ambiante, est constitué de conducteurs électriques isolés les uns des autres, le diamètre de chaque conducteur étant beaucoup plus petit que la profondeur de peau à la fréquence de travail et lesdits conducteurs étant transposés pour éviter les courants de circulation et utilisés en parallèle. 15 - Machine suivant la revendication 14, caractérisée en ce que les conducteurs sont toronnés en groupes contenant entre 17 et 150 fils, chaque groupe constituant un conducteur unique bobiné de façon classique pour constituer l'enroulement statorique. 15 - Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enroulement statorique comporte des cylindres disposés parallèlement à l'axe et dans une disposition telle qu'ils embrassent pratiquement pa tota- lité du flux du bobinage d'excitation, chaque cylind * étant constitué de façon à compenser l'harmonique trois du champ de réaction d'induit ù la moitié de la profondeur de pénétration dans l'arbre tournant. 17 - Machine suivant la revendication 16, caractérisée en ce que lesdits moyens de compensation sont constitués par des conducteurs montés en série-opposition avec les cylindres du stator, placés entre les cylindres et l'arbre tournant. 18 - Machine suivant la revendication 16, caractérisée en ce que chaque cylindre comporte, sur toute sa longueur, une partie démunie de conducteurs à proximité de l'arbre tournant. 19 - Machine suivant l'une quelconque des revengications précédentes, caractérisée par des moyens pour fournir' un courant d'excitation au bobinage d'excitation pendant la, période de démarrage. 20 - tachine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un écran disposé entre le stator de la machine et les installations extérieures susceptibles d'étre troublées par le champ électromagnétique du bobinage d'excitatiop, placé Q une distance au moins égale à cinq fois le rayon dudit bobinage. 21 - Machine suivant la reuendication 20, caraotérisée en ce que ledit écran est constitué en matériau bon conducteur de l'électr1cité,'en matériau ferreux ou en ferrite.