Brevet FR2425171A1 — publié le 19791130

L'invention concerne un procédé d'obtention d'un courant alternatif de fréquence fixe à partir d'une machine tournante de vitesse quelconque. L'invention concerne également une génératrice électrique à fréquence fixe pour la mise en oeuvre du procédé Pour transformer une énergie mécanique provenant d'une machine tournante en courant électrique, il est connu d'utiliser un alternateur. Lorsque l'on désire obtenir un courant alternatif de fréquence fixe à partir d'une machine tournante dont la vitesse de rotation est variable, divers moyens ont été imaginés. Tout d'abord, il est possible de produite un courant quelconque, continu ou alternatif et de le traiter électroniquement pour obtenir la fréquence fixe et stable désirée. Cette solution est cependant particulierement onéreuse. I1 a également été imaginé d'interposer entre la machine tournante et l'alternateur, un variateur-régulateur de vitesse de telle sorte qu'il est alors possible de faire tourner l'alternateur à une vitesse fixe et stable en fonction de la fréquence voulue et des constantes électromécaniques dudit alternateur. I1 est connu de réaliser de tels variateurs qui peuvent être mécaniques,hydrauliques ou électriques. Cette technique est également particulierement onéreuse. I1 est possible aussi d'utiliser un alternateur spécial dont le rotor est excite en courant alternatif à une fréquence telle que la somme des vitesses, d'une part, du champ tournant produit par ce courant d'excitation et, d'autre part, de rotation dudit alternateur, soit une constante. Cette vitesse totale fixe et stable est aussi fonction comme dans la technique précédemment mentionnée, de la fréquence désirée et des constantes électromécaniques de l'alternateur employé. Cette technique nécessite souvent un asservissement compliqué et onéreux. C'est pourquoi la présente invention propose notamment un procédé simple et peu coûteux d'obtention d'un courant alternatif de fréquence fixe à partir d'une machine tournante de vitesse quelconque, remarquable en ce qu'il consiste à exciter directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur,un alternateur de puissance entrainé par ladite machine tournante au moyen du courantdébitépar un alternateur d'excitation qui a le même nombre de paires de pôles que l'alternateur de puissance, qui est entrainé à la même vitesse par la même machine et qui est alimenté par un réseau de fréquence donnée f et à prélever le courant ainsi débité par l'alternateur de puissance dont la fréquence est alors égale à f. La fréquence débitée par l'alternateur de puissance est la même que la fréquence du réseau qui alimente l'alternateur d' excitation quelque soit donc la vitesse de rotation de la machine tournante. Cette égalité sera démontrée ci-après au cours de la description d'un mode de réalisation selon l'invention. Ce procédé permet notamment de récupérer l'énergie électrique à partir d'une machine tournante en rodage ou en cours d' essais en renvoyant le courant débite par l'alternateur de puissance au réseau d'alimentation de l'alternateur d'excitation. Cette application du procédé selon l'invention est du plus grand intérêt dans les ateliers d'essais et de rodage de moteurs à combustion ou à explosion et plus particulierement des moteurs Diesel. En effet, pour récupérer l'énergie mécanique qui est dépensée au cours de tels essais, il a été imaginé de transformer celle-ci en énergie électrique et de la renvoyer au réseau. Pour cela il est indispensable de créer un courant parfaitement stable de la même nature que celui du réseau et c'est ce que réalise l'invention. L'invention propose aussi une génératrice électrique à fréquence fixe entrainée par une machine tournante à vitesse quelconque pour la mise en oeuvre du procédé. Une génératrice selon l'invention est remarquable en ce qu elle comporte deux alternateurs respectivement dénommés de puissance et d'excitation qui sont entrainés en rotation à la même vitesse par la même machine tournante,à l'aide par exemple d'un arbre commun, et qui ont le même nombre de paires de pôles tandis que l'alternateur d'excitation est alimenté par un réseau de fréquence f et excite l'alternateur de puissance de manière telle que celui-ci délivre un courant de fréquence f égale à celle dudit réseau qui peut aussi être éventuellement renvoyé à ce dernier. Dans ce cas le réseau alimente le stator ou respectivement le rotor de l'alternateur d'excitation tandis que son rotor ou respectivement son stator excite le rotor ou le stator de l'alternateur de puissance. Les alternateurs de puissance et d'excitation sont par exemple du type moteur triphasé asynchrone à rotor bobiné. Selon un mode de réalisation un amplificateur électronique alimenté par exemple par le réseau est aménagé entre les deux alternateurs de manière telle que l'alternateur a d'excitation pilote ledit amplificateur qui délivre alors un courant d'excitation de même fréquence que celle dudit alternateur d'excitation mais de puissance augmentée pour venir exciter l'alternateur de puissance. Cet amplificateur comporte par exemple des thyristors fonctionnant en hacheur ou en cycloconvertisseur. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et à l'étude du dessin annexe dans lequel les figures 1 et 2 montrent schématiquement deux modes de réalisation selon l'invention. Ces figures montrent schématiquement une machine tournante M à vitesse quelconque, qui peut être par exemple un moteur Diesel en cours d'essai et une génératrice G (figure 1) ou G' (figure 2) selon l'invention. Les génératrices G et G' comportent un alternateur Ap dénommé ci-après alternateur de puissance et un alternateur Ae dénomme ci-après alternateur d'excitation. Les alternateurs Ap et Ae sont montés et entrains par le même arbre C de la machine M. Les alternateurs Ap et Ae sont par exemple comme il a déjà été dit ci-avant du type moteurs triphasés asynchrones à rotor bobiné et comportent le même nombre de paires de pâles, supposé ci-après entre égal à n. Le stator sl de l'alternateur Ae est alimenté par un courant de fréquence fixe f prélevé sur un réseau R. Le rotor rl de l'alternateur Ae est branché directement (figure 1) ou par l'intermédiaire d'un dispositif D (figure 2) au rotor r2 de l'alternateur Ap. Supposons,comme il a déjà été dit, que la fréquence dn réseau R est f, que le nombre de paires de pôles des alternateurs Ap et Ae est n et qu'en outre la vitesse de rotation de l'arbre commun C de la machine M est N en nombre de tours à la minute. I1 en résulte que la fréquence f' recueillie sur le rotor rl de l'alternateur Ae alimenté par R et entrainé par M est le signe précédent f dépendant naturellement du sens de rotation de l'alternateur Ae. On injecte donc un courant f' au rotor r2 de l'alternateur Ap. Ce dernier, également entrainé par la machine M à la vitesse de N tours par minute crée donc un courant dont la fréquence F est égale à En remplaçant f' danscette dernière expression par sa valeur déterminée ci-avant En choissisant des sens de rotation convenables, la formule devient il est clair que le courant crevé par l'alternateur Ap est stable et indépendant de N puisque sa fréquence est égale à celle du réseau R. Il est donc possible, comme le montre les dessins, de connecter alors le stator s2' de l'alternateur Ap au réseau R pour récupérer l'énergie mécanique de la machine tournante M. La figure 1 est surtout un schéma de principe, tandis que la figure 2 montre schématiquement un mode de realisation dans lequel la frequence fl provenant de 1'alternateur Ae est injecté à l'alternateur Ap par l'intermédiaire d'un dispositif électronique D fonctionnant en amplificateur à. fréquence variable. Ce dispositif D qui comporte par exemple des thyristors fonctionnant en hacheur ou en cyclo-convertisseur est piloté par le courant de fréquence f' de l'alternateur Ae qui sert de synchro au circuit de commande desdits thyristors. Le courant de sortie du dispositif D est donc convenablement amplifié tout en conservant la fréquence variable f'. La puissance nécessaire au dispositif D est prélevé ici au réseau R de fréquence f. Ce mode de réalisation est un exemple et il est évident que le courant prélevé à la sortie de l'alternateur Ap peut être destiné à d'autres fonctions que celle de la récupération d'énergie. En outre, le montage peut aussi être réalisé en intervertissant rotors et stators des alternateurs Ae et Ap. Dans le cas d'une récupération, l'intensité débitée sur le réseau R est fonction de l'angle de déphasage qui existe entre ce dernier et le courant débité par l'alternateur Ap. il est alors possible de prévoir un moyen de réglage et d'ajustement de cet angle. Ce moyen peut être mécanique et réalisé par exemple à l'aide d'un réglage du mouvement relatif des deux stators sl et s2 ou respectivement rotors rl et r2 des alternateurs Ae et Ap l'un par rapport à l'autre, les deux rotors rl et r2 ou respectivement stators si et s2 étant alors calés sur l'arbre commun C de la machine. Ce moyen peut encore être électrique sous la forme par exemple d'un déphaseur disposé en un point du circuit. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'obtention d'un courant alternatif de fréquence fixe à partir d'une machine tournante de vitesse quelconque, caractérisé en ce qu il consiste à exciter directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur un alternateur de puissance entrainé par ladite machine tournante au moyen du courant débité par un alternateur d'excitation qui a le même nombre de paires de pâles que l'alternateur de puissance, qui est entrainé à la même vitesse par la même machine et qui est alimenté par un réseau de fréquence donnée f et à prélever le courant ainsi débité par l'alternateur de puissance dont la fréquence est alors égale à f. 2 - Procédé de récupération d'énergie électrique à partir d'une machine tournante en rodage ou en cours d'essais selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à renvoyer le courant débité par l'alternateur de puissance au réseau d'alimentation de l'alternateur d'excitation. 3 - Procédé de récupération selon la revendication 2, caractérisé en ce que la machine tournante est un moteur à combustion ou à explosion. 4 - Génératrice électrique à fréquence fixe entrainée par une machine tournante à vitesse quelconque pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte deux alternateurs respectivement dénommés de puissance et d' excitation qui sont entrainés en rotation à la même vitesse par la même machine tournante, l'aide par exemple d'un arbre commun et qui ont le même nombre de paires de pôles tandis que l'alternateur d'excitation est alimenté par un réseau de fréquence f et excite l'alternateur de puissance de manière telle que celui-ci délivre un courant de fréquence f égale à celle dudit réseau qui peut ainsi être éventuellement renvoyé à ce dernier. 5 - Génératrice électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réseau alimente le stator ou respectivement le rotor de l'alternateur d'excitation tandis que son rotor ou respectivement son stator excite le rotor ou le stator de l'alternateur de puissance, 6 - Génératrice selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que les alternateurs de puissance et d'excitation sont du type moteur triphasé asynchrone à rotor bobiné. 7 - Génératrice selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'un amplificateur électronique,alimenté par exemple par le réseau,est aménagé entre les deux alternateurs de manière telle que l'alternateur d'excitation pilote ledit amplificateur qui délivre alors un courant d'excitation de même fréquence que celle dudit alternateur d'excitation mais de puissance augmentée pour venir exciter l'alternateur de puissance. 8 - Génératrice selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'amplificateur comporte des thyristors fonctionnant en hacheur ou en cyclo-convertisseur. 9 - Génératrice selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que des moyens mécaniques ou électriques sont prévus pour ajuster l'angle de déphasage qui existe entre le réseau et le courant débité par l'alternateur de puissance. 10 - Génératrice selon la revendication 9, munie d'un moyen de réglage mécanique de l'angle de déphasage, caractérisee en ce que- ledit moyen est constitué par un moyen de réglage des positions relatives des stators ou respectivement des rotors des alternateurs, les rotors ou respectivement les stators desdits alternateurs étant calés sur l'arbre commun dlentrainement de la machine tournante. 1l - Génératrice selon la revendication 9 munie d'un moyen de réglage électrique de l'angle de déphasage, caractérisée en ce que ledit moyen est constitué par un déphaseur disposé en un point du circuit.