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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)
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Principes de commande des propulsions combinées2. Contrôle des hélices marines du point de vue de l’automatique
Pour réguler la vitesse Ω d’une hélice ou la puissance de propulsion, il est nécessaire, même de manière sommaire, d’en avoir une représentation mathématique. La représentation du couple Cr d’une hélice est souvent de la forme Cr = kΩ 2, d’une manière plus générale, k étant fonction des conditions de navigation ([D 5 610], § 1).
Concernant l’inertie intervenant dans l’asservissement, il convient de prendre en compte une inertie globale, comprenant le moteur lui-même, l’arbre et l’hélice proprement dite (ainsi que, éventuellement, son réducteur). L’hélice entraîne de l’eau ce qui rend son inertie en partie variable. Malgré le comportement complexe des hélices, le fait de considérer des couples en Cr = kΩ 2 permet, d’un point de vue automatique, de dégager quelques grandes lignes de leur comportement (figure 8).
Le contrôle d’une hélice (figure 8) consiste essentiellement dans l’étude de la régulation de vitesse.
Le contrôle du couple n’est pas exposé ici, car, il s’agit d’un problème d’électrotechnique et d’automatique ayant fait l’objet de nombreuses thèses et publications.
Ce problème est donc supposé résolu, avec des performances modestes, limitées à la pulsation de 100 rad/s.
La fonction de transfert du couple prise en compte est :
dans laquelle 100 est un gain arbitraire.
2.1 Régulation de vitesse
La structure en figure 9 est classique en régulation de vitesse. La forme supposée du couple en C = kΩ 2...
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Contrôle des hélices marines du point de vue de l’automatique
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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