Brevet FR2425762A1 — publié le 19791207

La présente invention concerne un équipement moteur composé d'une source d'énergie et d'une génératrice raccordée à celleci, d'un moteur électrique connecté à la génératrice, ce moteur électrique étant équipé d'organes régulateurs de couple pour la comman- de du couple moteur. La source d'énergie peut etre constituée par exemple par une turbine à gaz ou à vapeur ou par un moteur Diesel. Une transmission électrique du genre défini, c'est-à-dire comportant une génératrice qui est raccordée à la source d'énergie et qui alimente un moteur électrique raccordé à l'objet entraîné, est connue en soi et offre plusieurs avantages. On peut faire varier à volonté et indépendamment l'une de l'autre les vitesses de rotation de la source d'énergie et de l'objet entrainé et la transmission electrique rend possible une commande rapide et simple du moteur et de 11 objet entrainé. Un équipement moteur de ce genre peut être utilisé par exemple en tant que machinerie de propulsion pour des véhicules terrestres ou des navires ou pour entrainer un objet quelconque. Avec les sources d'énergie du genre défini, la puissance de sortie ne peut être ordinairement modifiée qu'avec une lenteur relative. Cela est singulièrement le cas avec les groupes de grandes dimensions, dans lesquels un délai de dix à vingt secondes par exemple est nécessaire pour faire passer la puissance de sortie de la source d'énergie d'une faible valeur à la pleine puissance. En comparaison de cela, le couple moteur et, par suite, la puissance de sortie de la génératrice peuvent être augmentés de manière pratiquement instantanée au moyen de la transmission électrique.En conséquence, en cas d'élévation rapide du couple moteur, la vitesse de la génératrice et de la source d'énergie tombent, souvent dans une mesure considérable, avant que les moyens de commande de puissance de la source d'énergie n' aient le temps d'augmenter la puissance de sortie de la source d'énergie. Dans les sources d'énergie du genre ici considéré, la puissance disponible diminue avec la vitesse de rotation.Etant donné que la vitesse de la source d'énergie dans ce type d'équipement connu peut tomber dans une mesure considérable lorsque la charge augmente, la puissance disponible pour le moteur d'entraînement est donc considérablement réduite. I1 en résulte une réduction lente, par exemple d'une erreur de vitesse dans le moteur et, dans le pire des cas, il peut en résulter que la vitesse de la source d'énergie s'abaisse à un niveau suffisamment bas pour que l'équipement soit mis hors service. On connaissait antérieurement9 d 7 après le brevet des Etats-Unis nÇ 4 015 187, un équipement moteur dans lequel une géné- ratrice à courant continu, entralnée par un moteur à combustion interne, alimente un moteur à courant continu. Pour éviter que la vitesse du moteur à combustion interne soit réduite en cas d'augmentation rapide de la charge, la tension de la génératrice et, par suite, le courant et le couple du moteur sont réduits dans une mesure suffisante pour éviter ou tout au moins limiter une réduction de vitesse du moteur à combustion interne. Toutefois, cette méthode présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, tout autre objet constituant la charge, éventuellement connecté à la génératrice, est perturbé par une baisse de la tension de celle-ci, produite en conséquence d'une augmentation de la charge du moteur. Deuxièmement, cette méthode ne peut pas être appliquée dans les cas où le moteur est constitué par un moteur à courant alternatif, car une baisse de la tension de la génératrice peut provoquer un arrêt complet du moteur, en particulier si celui-ci est un moteur synchrone. En tro4sième lieu, la méthode est inappropriée ou ne peut pas être appliquée dans un équipement ou le moteur est équipé d'organes de régulation pour commander le couple moteur (par exemple un convertisseur statique avec un régulateur de courant). Dans ce type d'équipement, qui est fréquemment utilisé, les organes régulateurs du moteur s'efforceront de maintenir la puissance du moteur indépendamment de la tension de la génératrice et, par suite, ils contrecarreront l'effet visé par la réduction de la puissance de la génératrice. t' invention a pour but de fournir un équipement moteur du genre défini dans le préambule, dans lequel la puissance disponible de la source d'énergie soit maintenue à sa valeur maximale9 même dans le cas d'augmentation rapide de la charge, ce qui rend possi- ble une commande du moteur avec un maximum de rapidité. t' invention a par ailleurs pour but de fournir un équipement moteur dans lequel le fonctionnement d'autres objets constituant la charge, connectés à la génératrice, soit sujet à un minimum de perturbations en cas de variations rapides de la charge du moteur.L'invention a également pour but de fournir un équipement moteur dans lequel on puisse utiliser des moteurs de n'importe quel type, c'est-à-dire aussi bien des moteurs à courant alternatif que des moteurs équipés de régulateurs de couple. L'équipement moteur suivant l'invention est caractérisé en ce que la génératrice est agencée de manière à fonctionner à une tension et une vitesse pratiquement constantes, et en ce que l'équipement comprend des organes limiteurs pour détecter si la puissance prélevée sur la génératrice dépasse la puissance disponible-instan- tanément en provenance de la source d'énergie et, si tel est le cas, pour agir sur les organes régulateurs de couple dans le sens de la limitation de la puissance du moteur. L'invention est ci-après décrite en référence au dessin annexé qui représente un exemple d'équipement moteur suivant l'invention. ta source d'énergie est une turbine à vapeur ou à gaz T avec laquelle est aecouplée mécaniquement une génératrice à courant alternatif triphasé G du type synchrone, directement ou par 1 1in- termédiaire d'un train d'engrenages de réduction. Un circuit est prevu pour la commande de vitesse de la turbine (et, par suite, de la génératrice). Ce circuit de commande comprend un régulateur éleo- trique NRG qui présente des caractéristiques PI (caractéristiques d'intégration proportionnelle). Le régulateur reçoit d'un potentiomètre Pl une valeur de référence nGr. Un générateur tachymétrique TGl, raccordé à la génératrice, émet un signal nG qui correspond à la vitesse de la génératrice (et, par suite, à la vitesse de la turbine). ta différence entre les signaux nGr et nG est amplifiée et intégrée dans le régulateur ERG. Le signal de sortie du régulateur agit sur les moyens de commande de puissance PD de la turbine de telle manière que le circuit de commande s'efforce de régler la vitesse de la turbine dans le sens de la vitesse de consigne qui correspond à la valeur voulue ngr. Cette vitesse est opportunément maintenue constamment égale à la vitesse à laquelle la turbine est en mesure de délivrer le maximum de puissance. La génératrice G est conçue pour fonctionner avec une tension pratiquement constante-. Etant donné que la vitesse de la génératrice sera pratiquement constante, on peut y parvenir en faisant fonctionner la génératrice avec un courant d'excitation constant. Une autre solution consiste à équiper la génératrice, de façon connue en soi, d'un régulateur de tension qui compare la tension de la génératrice avec une valeur de référence et règle le courant d'excitation de la génératrice de telle sorte que la tension de cette dernière soit maintenue égale à la valeur de référence. La génératrice G alimente un convertisseur triphasé à thyristors réglable SR qui émet un courant continu réglable 1D vers un moteur à courant continu M, lequel est à son tour accouplé mécaniquement avec l'objet entraîné DO. Il peut stagir par exemple des roues motrices d'un véhicule ou de l'hélice d'un bateau. Un circuit pour le réglage de vitesse du moteur M comprend un régtilateur de vitesse NPN et un régulateur de courant IR. Une valeur de référence de vitesse n est délivrée au régulateur de vitesse à partir d'unpotentiomètre P2.Un générateur tachymétrique TG2 est accouplé mécaniquement avec le moteur M et délivre un signal nM qui correspond à la vitesse en question du moteur. ta différence entre les signaux nr et nM est amplifiée et intégrée dans le régulateur MRM. te signal de sortie 1r constitue une valeur de consigne pour le courant du moteur et est appliqué au régulateur de courant IR. Un dispositif de mesure de courant IN délivre un signal I qui est une mesure du courant alternatif fourni au convertisseur et, par suite, du courant 1D du moteur.La différence entre les si gnaux Ir et I est amplifiée et intégrée dans le régulateur 'R. Le signal de sortie du régulateur contrôle la tension continue du convertisseur BR de telle sorte que le courant S du moteur soit réglé dans le sens de la valeur voulue Ir. te circuit de commande de vitesse ainsi décrit s'efforcera, de façon connue en soi, de commander le moteur de telle sorte que sa vitesse suive la valeur voulue Ainsi, à l'aide du potentiomètre 12, on peut- régler à la valeur voulue la vitesse du moteur. tes moyens régulateurs de couple et, par suite, régulateurs de vitesse du moteur M se composent du convertisseur SR, du régulateur de vitesse I7JRM et du régulateur de courant IR. D'après l'invention, l'équipement est muni d'organes conçus pour détecter si la paissance prélevée sur la génératrice dépasse la puissance qui est disponible instantanément à partir de la source d'énergie. Dans le mode de réalisation de l'invention ici décrit, ces organes sont constitués par un régulateur limiteur ER. Celui-ci présente des caractéristiques PI et il reçoit d'un potentiomètre P3 une valeur de référence de vitesse n'Gr, ainsi que le signal de sortie nG en provenance du générateur tachymétrique TGl de la génératrice. La différence entre ces signaux est amplifiée et intégrée dans le régulateur. te signal de sortie uB du régulateur est appliqué à une entrée limiteuse du régulateur de vitesse NRM du moteur. La valeur de référence n'Gr est opportunément choisie un peu plus bas que la valeur de référence nGr, par exemple de 1 à 2%. Si la puissance prélevée sur la génératrice dépasse la puissance de la source d'énergie qui est disponible à ce moment, la génératrice sera freinée et sa vitesse tombe, du fait que les moyens de commande de la source d'énergie n'ont pas le temps de réagir. instantanément. te signal de sortie UB du régulateur BR va donc augmenter. Le régulateur de vitesse NRM est construit de telle manière que son signal de sortie soit limité à une valeur variable qui s'abaisse avec l'élévation de la valeur du signal d'entrée à l'entrée limiteuse du régulateur. Par conséquent, dans le cas iciconsidéré, le signal de sortie du régulateur limiteur produira une limitation du courant 1D du moteur, par suite, de la puissance prélevée sur la génératrice.Les unités P3, TG1, BR, NRMi, IR et SR constituent un circuit de commande fermé qui, dès que la vitesse de la génératrice a tendance à tomber, limite le courant du moteur dans une mesure telle et pendant une durée telle que la vitesse de la génératrice ait tendance à revenir à sa valeur de référence nGr re- glée sur le potentiomètre P1. Le circuit de commande empêche donc que la vitesse de la source d'énergie tombe au-dessous de la valeur optimale réglée. La puissance disponible de la source d'énergie est donc maintenue à sa valeur optimale, ce qui n'aurait pas été le cas si sa vitesse avait pu s'abaisser.Une réduction, par exemple d'une erreur de vitesse dans le moteur se produira donc beaucoup plus vite (en raison de la puissance disponible plus élevée à partir de la source d'énergie) que dans l'équipement moteur antérieurement connu. Etant donné que, dans un équipement selon l'invention, la puissance disponible à partir de.la source d'énergie est tout le temps aussi élevée que possible, une réduction, par exemple d'une erreur de vitesse dans le moteur M se produira dans la pratique à une vitesse optimale. En outre, le risque de mise hors service du moteur en raison d'une baisse de vitesse de la source d'énergie, provoquée par des augmentations rapides de la charge, est éliminé effectivement. La génératrice C- peut être aussi bien constituée par une génératrice à courant continu. L'organe régulateur de couple peut alors etre constitué par un hacheur de courant continu. Le moteur M peut être aussi bien un moteur à courant alternatif. t'organe régulateur de couple peut etre alors constitué par un convertisseur de fréquence (si la génératrice est une génératrice à courant alternatif) ou par un inverseur (si la génératrice est une génératrice à courant continu). Si le régulateur de vitesse de la source d'énergie est électrique, selon ce qui a été décrit ci-dessus, le régulateur limiteur ER peut être supprimé et le signal de sortie du régulateur de vitesse NRG peut être appliqué à l'entrée limiteuse (ligne discontinue sur la figure) du régulateur NRM. Il est toutefois fréquent que le circuit régulateur de vitesse de la source d'énergie soit au moins en partie mécanique, hydraulique ou pneumatique et, dans ces cas7 il est avantageux de prévoir un régulateur limiteur séparé, selon ce qui a été décrit ci-dessus. Le régulateur limiteur n'a pas besoin d'être construit avec les caractéristiques PI mentionnées ci-dessus. Au contraire, il peut présenter par exemple une caractéristique purement proportionnelle. A la place d'un régulateur limiteur qui agit de façon continue, on peut utiliser un circuit opérant par échelons qui, si là vitesse de la génératrice est inférieure à la valeur de référence réglée dans une certaine mesure, introduit une limitation du courant du moteur d'une (ou à une) quantité prédéterminée. te cas échéants la limitation peut être effectuée en plusieurs échelons pour une vi tesse progressivement décroissante de la génératrice. te régulateur limiteur peut être remplacé par un circuit qui calcule la puissance disponible (en fonction de la vitesse et de la position des moyens de commande de puissance à ce moment) à partir de la source d'énergie et qui mesure ou calcule la puissance de la génératrice prélevée à ce moment. Si cette dernière puissance dépasse la première, oe qui peut entre déterminé à l'aide d'un circuit de comparaison, un signal est délivré aux organes régulateurs de couple du moteur de manière à réduire la puissance du moteur. - REVENDICATIONS 1.- Equipement moteur comprenant une source d'énergie T et une génératrice électrique G raccordée à celle-ci, ainsi qu'un moteur électrique M connecté à la génératrice, ce moteur étant équipé d'organes régulateurs de couple (SR, 'R, NRM pour la com- mande du couple du moteur, caractérisé en ce que la génératrice est agencée de maniere à fonctionner à une tension et une vitesse pratiquement constantes, et en ce que l'équipement comprend des organes limiteurs BR pour détecter si la puissance prélevée sur la génératrice &commat;G dépasse dépasse la puissance disponible instantanément en provenance de la source d'énergie T et, si tel est le cas, pour agir sur les organes régulateurs de couple SR, IR, NAM dans le sens de la limitation de la puissance du moteur M. 2.- Equipement moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce. que les organes limiteurs comprennent des organes Gl, BR agencés de manière à détecter la vitesse de la génératrice G et, si cette vitesse est inférieure à une valeur prédéterminée n'Gr, à délivrer un signal uB aux organes régulateurs de couple NRM, IR, SR dans le sens de la limitation de la - puissance du moteur. 3.- Equipement moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes limiteurs comprennent des organes BR, ]EM agencés ae façon à limiter la puissance du moteur à une valeur d'autant plus basse que la vitesse nG de la génératrice tombe plus bas au-dessous de ladite valeur prédéterminée n Gr 4.- Equipement moteur selon la revendieation 2, caractérisé en ce que les organes limiteurs BR, NRM sont onstruits de sorte que la valeur à laquelle la puissance du moteur est limitée dimi- nue lorsque l'intégrale dans le temps de la déviation de la vitesse de la génératrice par rapport à ladite valeur prédéterminée n'sur augmente. 5.- Equipement moteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, dans lequel les organes régulateurs de couple du moteur sont constitués par des organes régulateurs de courant NRM, IR, SR pour contrôler le courant du moteur9 caractérisé en ce que les organes limiteurs sont agencés de façon à limiter la puissance du moteur en agissant sur les organes régulateurs de courant dans le sens de la limitation du courant du moteur.