Brevet FR2330872A1 — publié le 19770603

La présente invention est relative à un circuit électrique de démarrage autonome de moteur à turbine, notamment de moteur à turbine d'hélicoptère. Dans les moteurs à turbine de faible puissance destinés à la propulsion de véhicules, telsque des hélicoptères, la question du poids de l'équipement embarqué est primordiale. On est donc conduit à limiter le plus possible le nombre des éléments ainsi que leur dimensionnement. En particulier, on dispose d'une source d'énergie électrique sous forme d'une batterie d'accumulateurs assurant d'une part l'alimentation du réseau des auxiliaires de bord pendant l'arrêt du moteur à turbine, d'autre part la mise en route autonome de la turbine au moyen d'un moteur électrique auxiliaire appelé couramment dynamo-démarreur. Celui-ci, apres le démarrage de la turbine, fonctionne alors en générateur pour assurer la recharge de la batterie et l'alimentation des auxiliaires sur le réseau de bord. On sait que dans les circuits habituels de démarrage de moteurs, on utilise une batterie d'accumulateurs qui alimente > à travers un relais de démarrage, le moteur électrique auxiliaire de démarrage, jusqu'à ce que le moteur principal à mettre en route ait atteint un régime suffisant pour entretenir son mouvement propre. Dans le cas particulier des moteurs à turbine, la période de lancement de la turbine avant que le point d'allumage soit atteint est de l'ordre de 10 à 15 secondes en raison des inerties mises en jeu, et cette solution classique présente un certain nombre d'inconvénients a) il se produit à la mis,ewsous tension du démarreur sur la batterie un appel de courant important se traduisant par une impulsion de l'ordre du millier d'ampères, avec pour conséquence un échauffement anormal des éléments du circut le courant décroît ensuite rapidement suivant une loi sensiblement hyperbolique. b) lors du démarrage, la turbine oppose une grande inertie et des chocs mécaniques violents se produisent dans les engrenages pouvant entratner la rupture de pièces. c) la tension électrique disponible aux bornes du démarreur, surtout aux basses températures, peut-suivant l'état de charge de la batterie être insuffisante pour fournir le couple d'entratnement pendant la période nécessaire au lancement de la turbine. Une solution connue consiste à intercaler entre la batterie et le démarreur un régulateur de courant à haut rendements par exemple du type à découpage, destiné à assurer une meilleure répartition de la courbe dé transfert d'énergie entre batterie et démarreur, et permettant de fournir à ce dernier un courant asservi à une valeur de consigne, par exemple de l'ordre de 600 A. La pointe de courant initiale est ainsi supprimée et le courant garde une valeur constante jusqu'à ce que, la force contre électromotrice du démarreur et la chute de ten sion ohmique devenant égalesà la tension de la batterie, le régulateur soit saturé. Le courant décroît ensuite suivant une loi sensiblement hyperbolique comme précédemment. Cependant, cette solution laisse toujours subsister l'inconvénient que, la tension aux bornes de la batterie étant fortement diminuée aux basses températures, le démarrage de la rurbine reste aléatoire si l'intensité du courant ne peut entre maintenue à sa valeur de consigne pendant une durée suffisante pour assurer le lancement de la turbine et lui permettre d'atteindre son régime d'auto-entretien. Une solution évidente aonsisterait alors à surdimensionner la batterie pour que, quelles que soient les conditions extérieures, on dispose toujours de l'énergie nécessaire au démarrage de la turbine. On a vu précédemment que les impératifs de limitation de poids conduisaient à écarter cette solution. L'invention a pour objet un circuit de démarrage dans lequel le dernier inconvénient précité est surmonté sans augmentation sensible de poids du matériel grâce à un mode de couplage particulier du circuit d'alimentation par batteries au moment du démarrage. Le circuit de démarrage, suivant l'invention, comporte un moteur électrique du genre dynamo-démarreur accouplé mécaniquement au moteur à turbine pour provoquer son lancement, et deux batteries d'accumulateurs branchées aux bornes d'un réseau auxiliaire et reliées audit moteur électrique par l'intermédiaire d'un circuit régulateur de courant, et il est caractérisé en ce que les deux batteries sont de mêmes caractéristiques et sont reliées entre elles et audit régulateur par un contacteur à deux positions, l'une correspondant à la phase de démarrage pour laquelle les batteries sont branchées en série, l'autre correspondant au régime normal pour laquelle les batteries sont branchées en parallèle aux bornes dudit réseau auxiliaire. Dans cette disposition suivant laquelle on utilise, au lieu d'une batterie unique, deux batteries de mimes caractéristiques, c'est-à-dire de meme tension et même capacité, le poids des deux batteries est approximativement équivalent à celui de la batterie unique dans l'équipement usuel. En revanche, la tension disponible pendant la phase de démarrage où les deux batteries sont branchées en série est trbs nettement supérieure à celle que fournirait la batterie unique dans les mêmes conditions d'environnement. Un exemple numérique précis permettra de mieux apprécier cet avantage : au lieu d'une batterie unique de 26 V, 40 Ah, on peut adopter deux batteries identiques de 26V, 20 Ah, dont le poids total est équivalent à celui de la batterie unique.Le démarreur nécessite par exemple un courant de 400 ampères pour assurer un démarrage correct. Si aux basses températures, la batterie unique ne fournit plus que 15V par exemple, la puissance disponible sur le démarreur sera alors de 400 A sous 15V Dans le second cas, on aura 200 A sous 30 V, ce qui par l'effet du régulateur assurant l'adaptation courant-tension entre batterie et démarreur, fournit la moeme puissance, mais à partir d'une tension double. On voit donc que le démarrage est dans ces conditions largement facilité. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et au dessin annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation conforme à l'invention. On voit sur ce dessin, le moteur à turbine 10 à mettre en route, relié par un accouplement mécanique 18 à un moteur électrique auxiliaire du genre dynamodémarreur 13, par exemple un moteur à courant continu à exitation compound. Ce moteur 13 est alimenté par l'intermédiaire d'un circuit régulateur de courant 14 au moyen de deux batteries d'accumulateurs 11 et 12 ayant les mêmes caractéristiques. Le circuit régulateur 14 est du type à découpage, dans lequel la tension de batterie est découpée en créneaux à fréquence fixe et à rapport cyclique variable et ensuite filtrée. I1 est par exemple constitué par un circuit modulaire à transistors de puissance, branché en série sur l'alimentation du moteur 13 et dont le rapport cyclique de découpage est commande par un amplificateur d'écart entre une tension de consigne et une tension proportionnelle au courant de sortie. Les batteries 11 et 12 sont reliées entre elles et au régulateur 14 par l'intermédiaire d'un contacteur 15 à deux positions et à commande manuelle 19, branché par exemple sur la batterie 11, de telle sorte que, en position de repos dc contacteur, elles sont reliées en parallèle aux bornes 20 d'un réseau auxiliaire, généralement le réseau des auxiliaires de bord dans le cas d'un héliccp- tère, et en position d'excitation du contacteur, elles sont reliées en série avec le régulateur 14 A cet effet, le contacteur 15 comporte deux contacts mobiles 151, 152;; On voit que, quand ils occupent la position de gauche ( position d'excitation ) ces contacts établissent le branchement en série des batteries 11, 12, le ptle positif de 3a batterie 11 étant relié au pCle négatif de la batterie 12 et le régulateur 14 étant branché entre le pôle positif de cette dernière et le pôle négatif de la batterie 11. Quand les contacts 151, 152 occupent la position de droite ( position de repos ), le régulateur 14 est mis hors-circuit et les deux batteries se trouvent connectées en parallèle sur le réseau de bord 20. Une connecxion 16 comportant un circuit redresseur 17 relie la borne positive du moteur 13 à la borne positive de la batterie 11 pour recharger les batteries quand, le moteur à turbine 10 étant en marche, le moteur 13 fonctionne en générateur, et aussi pour alimenter le réseau de bord sur ses bornes 20. Le fonctionnement de ce circuit est alors le suivant ; au moment du démarrage, l'opérateur actionne le contacteur 15, son excitation mettant les contacts 151, 152 dans la position de gauche. Les batteries 11 et 12 sont branchées en série sur le régulateur 14 et le moteur 13 commence à entratner la turbine du moteur 10. Quand ce dernier a atteint son régime d'auto-entretien, l'opérateur relié chele contacteur 15 ; les contacts 151, 152 reviennent en position de repos à droite, rétablissant le branchement en parallèle des batteries 11 et 12 sur le réseau de bord, tandis que la liaison 16 assure leur recharge par le moteur 13 fonctionnant en dynamo. REVENDICATIONS 1/ Circuit électrique de démarrage autonome de moteur à turbine > notamment de moteur à turbine de faible puissance pour hélicoptère, comportant un moteur électrique du genre dynamo-démarreur accouplé mécaniquement au moteur à turbine pour provoquer son lancement, et deux batteries d'accumulateurs branchées aux bornes d'un réseau auxiliaire et reliées audit moteur électrique par l'intermédiaire d'un circuit régulateur de courant, caractérisé en ce que les deux batteries sont de m emes caractéristiques et sont reliées entre elles audit régulateur par un contacteur à deux positions, l'une correspondant à la phase de démarrage pour laquelle les batteries sont branchées en série, l'autre correspondant au régime normal pour laquelle les batteries sont branchées en parallèle aux bornes dudit réseau auxiliaire. 2/ Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit redresseur branché entre l'une des bornes du moteur électrique et l'une des bornes d'une des batteries pour assurer la recharge des deux batteries, quand ledit moteur fonctionne en dynamo.