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Procédé et appareillage pour la traction par accumulateurs
La traction électrique par ligne de contact à courant continu soit sous forme de fil aérien, soit sous forme de troisième rail, a le grand inconvénient d'utili- ser une source d'énergie à tension constante, ce qui n'est pas sans présenter d'assez sérieuses difficultés pour le démarrage. Les moteurs partant du repos, sans force con- tre-électromotrice par conséquent, il est nécessaire de prévoir des résistances capables d'absorber la presque totalité de la tension de la ligne de contact.
Le seul artifice qui soit utilisé en pratique pour améliorer ces conditions défavorables consiste à
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prévoir deux ou un nombre pair de moteurs et de les connec- ter d'abord en série, puis en parallèle dès que la force contre-électromotrice est devenue suffisante. La marche se fait donc, pendant la période d'accélération, presque exclusivement sur résistances, ce qui entraîne une perte d'énergie relativement très élevée.
Jusqu'à ce jour, il n'y a guère que la traction électrique à courant monophasé qui permette de parer à cet- te difficulté par l'installation d'un transformateur à prises multiples au secondaire. Les moteurs sont ainsi soumis à une tension qui va en croissant pendant toute la période du démarrage.
La traction par accumulateurs, qui n'entre bien entendu en ligne de compte que pour le courant continu, per- met d'améliorer d'une façon très sensible ces conditions normales de démarrage.
La présente invention a pour objet un procédé de traction par accumulateurs suivant lequel on utilise, lors de chaque démarrage, successivement des fractions croissantes de la batterie de manière à alimenter les mo- teurs sous une tension croissante.
Le fractionnement peut être poussé aussi loin qu'on le veut. En pratique on pourra se contenter d'un fractionnement en 4 parties, de sorte que les moteurs se- ront soumis.d'abord au quart de la tension normale, puis à la moitié et enfin à la totalité de cette tension.
Les résultats de cette façon de procéder seront d'abord une diminution très appréciable des pertes d'éner- gie, et ensuite la possibilité d'avoir des efforts de trac- tion considérables pendant la période de démarrage sans at-
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teindre une intensité de décharge anormale pour tous les éléments de la batterie.
L'invention a aussi pour objet la combinaison avec la batterie fractionnée et les moteurs d'un appareil- lage comportant un contrôleur approprié et une série de contacteurs servant à produire les changements de connexions nécessaires pour la mise en circuit ou hors circuit des différentes fractions de la batterie, et cela sans danger de mise en court-circuit de la batterie ni de fausses ma- noeuvres.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif suivant l'invention.
La fig. 1 est un diagramme de fonctionnement.
La fig. 2 est un schéma de l'appareillage.
La fige , est un tableau des combinaisons d'en- clenchement d'un système de contacteurs.
Sur la fig. 1 est représenté le diagramme de fonctionnement de deux moteurs alimentés suivant l'inven- tion pendant la période de démarrage. Ce dessin montre clairement les avantages intrinsèques de cette invention.
Le diagramme situé à gauche représente, en fonc- tion de l'intensité du courant traversant le moteur, les efforts de traction à la jante et la vitesse.
Le diagramme de droite donne l'effort de trac- tion en fonction de la vitesse du véhicule.
Pendant la dernière partie du démarrage, tous les éléments de la batterie étant en série, l'intensité du courant traversant le moteur est compris entre les va- leurs IDI et ID2 auxquelles correspondent les efforts de traction F1 et F2.
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Au début du démarrage, l'intensité du courant traversant le moteur pourra être porté jusqu'à ID3 sans que l'intensité débitée par chaque élément de la batterie dépasse la valeur normale. On obtiendra ainsi un effort de traction F3 beaucoup plus considérable*
La figure qui est tracée qualitativement à l'é- chelle montre l'importance de cet effort de traction par rapport à ceux que l'on pourrait obtenir sans fractionne- ment de la batterie.
Les parties représentées en pointillé sur la figure correspondant aux périodes de marche sur résistan- ces. On voit que ces périodes-sont très réduites et l'on peut chiffrer la perte d'énergie à environ 1/@@de ce qu'el- le serait sans fractionnement. Ce chiffre démontre assez clairement l'importance de la présente invention.
L'accélération de mise en vitesse pourra être poussée ainsi aussi loin qu'on le voudra. On ne sera plus limité que par la condition de ne pas dépasser une accélération limite pour le confort des voyageurs (environ
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0m 70/sec.sec. ).
Le fractionnement de la batterie en parties éga- les a le grand avantage de soumettre tous les éléments au même régime de décharge.
Dautre part, ce fractionnement permet aussi de pousser jusqu'à l'extrême limite la récupération de l'é- nergie vive du train pendant les périodes de ralentisse- ment ou de freinage en permettant la charge de la batterie par les moteurs fonctionnant en dynamos jusqu'à ce que leur force électro-motrice soit devenue égale au quart de la tension normale de la batterie dans l'exemple consi# déré.
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Pratiquement, le fractionnement de la batterie en 4 parties par exemple permettra la récupération jusqu'à des vitesses de 4 ou 5 km. à l'heure environ.
On a complété les deux diagrammes indiqués ci- dessus en y joignant les courbes correspondant au shuntage d'une partie de l'inducteur pour les grandes vitesses et les faibles efforts de traction, artifice qu'il est bien entendu facile d'appliquer également pour ce cas de trac- tion par accumulateurs.
Il est facile de prévoir l'appareillage de telle façon que:pendant les opérations de fonctionnement de la batterie tout danger de mise en court-circuit de cette der- nière soit évité. On a représenté sur la fige 2 un shhéma d'un appareillage répondant à ces conditions. c1, c2, c3, c4 désignent les quatre quarts de la batterie, d le moteur, e l'inverseur de marche, f la ré- sistance de démarrage, & le contrôleur, 1, 2....... 10, 11, les contacteurs dont le contact principal est désigné par l'indice ,µ¯ et le contact auxiliaire par 1* indice b.
Toutes les opérations de fonctionnement s'effec- tueront la batterie complètement isolée du moteur, la rup- ture ou la fermeture du courant se faisant sur le contac- teur 10 ; cela les plots du contrôleur de manoeuvre correspondant à ce contacteur 10 ont une largeur inférieu- re à celle des plots correspondant aux autres contacteurs, comme l'indique la figure 2. De cette façon, lors d'un changement de couplage des différentes parties de la bat- terie et des moteurs, le courant sera coupé sur la bobine de l'électro-aimant du contacteur 10 avant d'être coupé sur les bobines des autres contacteurs ; contacteur 10
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aura donc déclenché avant les autres.
De la même manière, lors de l'établissement du couplage suivant, le courant est mis sur la bobine du contacteur 10 après avoir été mis sur les autres contacteurs ; contacteur 10 se ferme en dernier lieu et c'est sur lui que se produit l'arc de fermeture du circuit.
D'autre part les contacteurs sont verrouillés électriquement les uns avec les autres de façon que l'une quelconque des combinaisons de couplage ne puisse s'effec- tuer qu'à la condition que les contacteurs ayant servi dans la combinaison précédente soient revenus au repos.
Ces verrouillages sont indispensables pour éviter la mise en court-circuit d'une partie de la batterie.Ainsi si les contacteurs 1 et 5, par exemple, se trouvaient fer- més simultanément, ils mettraient en court-circuit la por- tion c1 de la batterie. Pour éviter cet accident ces deux contacteurs sont verrouillés électriquement l'un avec l'au- tre ; pour cela la bobine de l'électro-aimant du contacteur 1 est en série avec le contact auxiliaire du contacteur 5 et, par suite le contacteur 1 ne pourra se fermer que si ce contact auxiliaire de 5 est lui-même fermé c'est-à-dire, si le contacteur 5 est ouvert. Inversement, la bobine de l'électro-aimant du contacteur 5 est en série avec le con- tact auxiliaire du contacteur 1 ; le contacteur 5 ne pourra donc se fermer que si le contacteur 1 lui-même est ouvert.
De la sorte, les contacteurs 1 et 5 ne pourront être fer- més simultanément.
Tout ce qui précède est applicable aux contac- teurs 1 et 4 dont la fermeture simultanée mettrait en court-circuit la portion c2 de la batterie ; deux con-
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tacteurs sont donc verrouillés l'un avec l'autre.
Le tableau ci-dessous indique les verrouillages qui sont indispensables entre les différents contacteurs:
Contacteur 1 verrouillé électriquement avec 4 et 5 " 4 et 5 " " il 1 " 3 " " " 6 et 7 " 6 et 7 " " " 3 " 2 " " 8 et 9 " 8 et 9 " " Il 2
On remarquera sur la fig. 2 que le contacteur 1 est verrouillé non seulement avec 4 et 5 mais aussi avec 6 et 7, et que le contacteur 3 est verrouillé non seule- ment avec 6 et 7 mais aussi avec 4 et 5; Ci est que, ainsi que le montre la figure 3 représentant la série des combi- naisons d'enclenchement des contacteurs., ces deux contac- teurs 1 et 3 sont toujours fermés ou ouverts simultané- ment, ils peuvent donc être commandés ensemble ; pour cela qu'on a mie leur électro-aimant en série ainsi que leurs contacts de verrouillages.
Il en est de même des contacteurs 4, 5, 6 et 7 ayant leurs bobines en série et verrouillés avec 1 et 3.
Les différentes manoeuvres de démarrage se font alors de la façon suivante :
Le contrôleur étant au cran 0 coupe toute ali- mentation des circuits des contacteurs qui sont tous ou- verts.,
Au cran 1 le pôle commun P de tous les contac# teurs est alimenté par le pôle positif A du quart de batte- rie c1 sur lesquels sont branchés les circuits de commande, en même temps le pôle négatif B alimente d'abord les con-
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tacteurs 4-5-6-7 et 8-9 qui se ferment en premier lieu établissant le couplage en parallèle des 4 parties c1, c2 c3 et c4 de la batterie, puis le contacteur 10 qui relie cette batterie au moteur.
Au cran 2 le contacteur 11 est alimenté et court circuite la résistance de démarrage f.
Dans la manoeuvre de passage du cran 2 au cran,3, le contacteur 10 est d'abord ouvert, puis les contacteurs 8 et 9 qui ne doivent pas figurer dans le couplage suivant, ainsi que le contacteur 11 ; le contacteur 2 se ferme, le couplage de la batterie en deux parties en pa- rallèle (c1 +c2 d'une part, 23 + c4 de l'autre) est alors réalisé ; enfin en dernier lieu le contacteur 10 se refer- me assurant à nouveau l'alimentation du moteur.
Au cran 4 la résistance f est supprimée de la mê- me façon qu'au cran 2. Pour le passage du cran 4 au cran 5, le contacteur 10 est ouvert en premier lieu, puis les contacteurs 4-5-6-7 et 11 qui ne doivent pas figurer au couplage suivant, ensuite les contacteurs 1-3 se ferment réalisant la mise en série de toutes les portions de la batterie, enfin le contacteur 10 est fermé en dernier lieu.
Au cran 6 la résistance f est supprimée à nou- veau ; le démarrage est ainsi terminé.
L'inverseur de sens de marche e pourra être com- mandé à main, ou par électro-aimants comme il est réalisé' dans les cas ordinaires de traction à unités multiples.
Il doit être entendu que ce dispositif de monta- ge n'est donné qu'à titre d'exemple et qu'on pourra, sans stécarter de l'invention, utiliser tout autre appareillage permettant de fractionner la batterie dans le but et de la manière exposée ci-dessus.