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RÉSUMÉ
Après un exposé sur les origines et les apports des entraînements multimachines et multiconvertisseurs dans la conception de chaînes électriques résilientes et sûres, cet article décrit les méthodes de contrôle des hélices marines du point de vue de l’automatique. Sont ensuite développés les systèmes électriques et les boucles de régulation spécifiques aux propulsions hybrides. Puis, au niveau supérieur, les principes généraux et les systèmes de conduite de l’ensemble énergie- propulsion du navire sont exposés. Enfin, l’article aborde les contraintes d’environnement applicables aux équipements électriques embarqués et les impératifs de conception qui en découlent. Quelques perspectives d’évolution telles que la supraconductivité concluent l’article.
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After a review of the origins and advantages offered by the multi-phase advanced electrical drives in terms of resilience and dependability, this paper describes the control methods of the marine propellers from the automation point of view. Then, hybrid propulsion systems are dealt with, spanning the power chain and the control loops. The various functions of the management of the whole energy- propulsion system are also explained. At last, this paper addresses the environmental constraints applicable to on board electrical equipment and their impact on their design.Some prospective breakthroughs such as superconductivity conclude the paper.
Auteur(s)
-
Jacques COURAULT : Ancien directeur des développements en électronique de puissance Alstom Power Conversion, France
-
Paul LETELLIER : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Consultant, ancien ingénieur Société Jeumont Electric, France
-
Jean-Paul SORREL : Ingénieur de l’Institut national polytechnique de Grenoble - Consultant, ancien ingénieur Société Schneider-Electric, France
INTRODUCTION
Le transport maritime doit faire face à des contraintes environnementales de plus en plus sévères. Si les émissions de dioxyde de carbone liées au transport maritime restent inférieures à celles des autres modes de transport (par gramme, tonne et kilogramme), les émissions toxiques provoquées par le carburant des navires sont conséquentes (dioxydes de soufre, oxydes d’azote, particules). De récentes études ont montré que la phase d’utilisation est responsable de 80 % de l’impact environnemental du navire sur son cycle de vie, du fait de la consommation de carburant et des émissions. De tels résultats montrent l’impérieuse nécessité de mise en place d’énergies moins nocives, en particulier dans les ports et estuaires et dans les zones sensibles (zones ECA – Emission Control Area – en mer Baltique, mer du Nord, Manche, notamment).
Différentes voies se présentent :
-
l’utilisation d’énergies alternatives décarbonées et d’énergies renouvelables ;
-
la mise en place de nouveaux moyens de stockage d’énergie ;
-
l’amélioration du rendement énergétique intrinsèque (architectures hybrides adaptées à des profils de mission variés, réduction des masses embarquées via la supraconductivité) et de l’efficacité des composants (propulseurs de nouvelle génération à haut rendement, auxiliaires, etc.) ;
-
une meilleure gestion énergétique via la mise en place d’outils de mesure en temps réel et d’aide à la décision (configuration électrique, lois de commande) selon les recommandations et les normes de l’EEDI (Energy Efficiency Design Index) de l’Organisation maritime internationale (OMI).
Le dossier « Navire électrique » fait l’objet de trois articles :
-
[D 5 610] Propulsion, production et distribution d’énergie ;
-
[D 5 615] État de l’art et intégration des composants et systèmes ;
-
[D 5 620] Évolutions, systèmes de conduite, contraintes de conception.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.
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KEYWORDS
advanced electrical propulsion systems | control of propulsion systems | hybrid propulsion system
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2001 par Gérard FILLIAU, Alain BONDU, Laurent MAZODIER
- Version archivée 2 de mai 2012 par Paul LETELLIER, Alain BONDU
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
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Systèmes de conduite énergie-propulsion des navires3. Principes de commande des propulsions combinées
Se référer également au paragraphe 2.2 de l’article [D 5 610].
Le concept de l’alternateur attelé se trouve à l’origine de cette solution. ll s’agissait alors d’utiliser une certaine énergie disponible sur la ligne d’arbres pour alimenter les réseaux de bord. Assez vite et naturellement, l’idée d’utiliser cet alternateur comme moteur de secours est apparue, puis enfin l’idée de propulsion combinée.
La propulsion principale étant réalisée en partant d’un moteur diesel ou d’une turbine, un complément électrique en partant du réseau de bord était envisageable :
-
soit en tant qu’appoint pour les grandes vitesses ;
-
soit au contraire aux basses vitesses, quand on recherche une marche silencieuse ou une grande souplesse de fonctionnement.
Ce sont les finalités recherchées le plus souvent.
D’une manière très approximative, la figure 16 suppose que la puissance P de l’hélice est en kΩ 3 avec Ω, vitesse de rotation de l’hélice.
De façon plus rigoureuse, il faudrait prendre en compte éventuellement, l’état de la mer, l’état de la coque et la charge du bâtiment ([D 5 610], § 1.1.1). Sur les courbes de gauche comme de droite (figure 16), la propulsion électrique intervient aux vitesses faibles. La propulsion « thermique » n’intervient qu’après 60 % environ de la vitesse nominale, soit à 20 % de la puissance nominale (ces valeurs ne sont données qu’à des fins explicatives).
Pour la propulsion électrique, à partir de la vitesse de rotation limite notée Ω L, deux solutions sont possibles :...
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Principes de commande des propulsions combinées
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (J.P.) - Contribution à l’alimentation en tension de machines synchrones à aimants permanents à nombre de phases élevé : fonctionnement en mode normal et dégradé. - Mémoire de thèse à l’Institut National Polytechnique de Lorraine, INPL, juillet 2003.
-
(2) - SCUILLER (F.) - Développement d’outils de conception de machines polyphasées à aimants utilisant l’approche multi-machine. - Mémoire de thèse ENSAM/École Navale, décembre 2006.
-
(3) - MARTIN (J.P.), PIERFEDERICI (S.), MEIBODY-TABAR (F.), DAVAT (B.), LETELLIER (P.) - Synthèse des méthodes de filtrage du couple des MSAP polyphasées en modes normal et dégradé. - Revue Internationale de Génie Électrique, vol. 10 (2007).
-
(4) - FALL (O.) et al - Variable speed control of a 5 phase permanent magnet synchronous motor including voltage and current limits in healthy and open-circuited modes. - Electric Power System Research, vol. 140, p. 507-516 (2016).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Congrès « All Electric Ship » dans les bases documentaires des sociétés savantes :
– Institute of Marine Engineers – The Memorial Building – 76 Mark Lane – LONDON EC3R – 7JN
– SEE – Société de l’électricité et de l’électronique et des technologies de l’information et de la communication – 17, rue de l’Amiral Hamelin – 75116 PARIS http://www.see.asso.fr
HAUT DE PAGE
OTAN STANAG 1008, Caractéristiques des alimentations à bord des bâtiments des marines du traité de l’Atlantique Nord
HAUT DE PAGE3.1 Organismes de certification
Bureau Véritas (BV)
Det Norske Veritas (DNV)
Registro Italiano Navale (RINA)
Lloyd’s Register of Shipping (LRS)
IMO International Maritime Organization
EEDI – Energy Efficiency Design Index
SOLAS – Convention Internationale « Safety...
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