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"SYSTEME PERFECTIONNE POUR LA COMMANDE DE MOTEURS ELECTRIQUES
DE TRACTION A COURANT CONTINU" L'invention,système Demany,consiste en des perfection- nements apportés au mode de démarrage,de réglage de la vi- tesse et de freinage par récupération des moteurs électri- ques de traction alimentés par du courant continu,connu sous le nom de système S.T.A.R., ou tout autre analogue comportant l'intercalation en série dans le circuit des moteurs d'une dynamo auxiliaire qui sera dénommée par la suite régulatrice
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On sait que l'excitation de cette régulatrice peut être réalisée au moyen de plusieurs enroulements d'exci- tation dont le jeu assure la constance du courant admis dans les moteurs.
La puissance maximum demandée à la régulatrice dans le cas d'un démarrage complet atteint,dans les dispositifs connus,au moins la moitié de la puissance totale des moteurs commandes.
Le but principal de la présente invention est de réduire cette puissance.
A cette fin, la régulatrice est subdivisée en deux ou plus de deux éléments qui sont insérés dans le circuit de deux ou plus de deux moteurs établis pour une tension différente de celle de la ligne d'alimentation.
Chaque élément est ainsi associé directement ou indi- rectement à un ou plusieurs moteurs avec lesquels il forme un groupe.
Les divers groupes constitués sont couplés suivant le système dit série parallèle ou suivant tout autre couplage multiple utilisable en traction.
Grâce à l'invention, l'ensemble des éléments de régula- trice a une puissance moindre que n'aurait une régulatrice unique pour un même programme envisagé;le volume,l'encombre- ment, le poids,les pertes de l'appareil régulateur sont donc moindres et le rendement du système se trouve notablement au- gmenté.
Sur la figure 1 du dessin ci-joint on a représenté schématiquement,à titre d'exemple,un mode de réalisation du système de commande perfectionné pour un équipement de trac- tion composé de deux moteurs Ml et M2 à excitations indépen- dantes.
Ces excitations sont alimentées par deux excitatrices
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.En et @2 à circuits inducteurs entièrement feuilletés et excitées par les courants traversant les moteurs,une exci- tation indépendante'est prévue pour le freinage ou la dé. sexcitation des moteurs en pleine marche,
Le circuit de cette excitation indépendante aura une self induction suffisante pour ne pas amortir l'effet de stabilité que donne l'excitation parcourue par le courant du moteur,laquelle reste toujours branchée de la même façon, sauf en cas d'inversion du sens de la marche du train,et est donc par suite parcourue au freinage par un courant de sens inverse de celui du démarrage.
Une induction mutuelle entre le courant du moteur et le courant d'excitation peut renforcer la stabilité.
L'avantage de ce système d'excitation des moteurs est de simplifier et de faciliter l'établissement du freina- ge.
Sur le dessin figure 1
X est la ligne d'alimentation à tension constante =7
G est la terre
R1 et R2 sont les deux demi-régulatrices établies cha- cune pour la moitié de la tension d'alimentation et comportant chacune par exemple trois enroulements d'excitation,le premier S d'excitation série,avec une prise sur l'enroulement, le se- don s d'excitation shunt dérivée aux bornes de la régulatrice, le troisième i d'excitation indépendante,
Les régulatrices R1 et R2 sont entrainées à vitesse sensiblement constante par un moteur auxiliaire.
La résistance de l'enroulement shunt . est exactement la résistance maximum qui permettrait l'amorçage de la régula- trice à vide en génératrice.
L'enroulement série S est connecté dans le sens inverse de celui qui pourrait produire l'amorçage en court-circuit.
L'on sait que dans ces conditions le courant débité par la régulatrice sera indépendant du voltage aux bornes de celle-ci
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et ne dépendra en valeur et en direction que de la valeur et du sens de la tension appliquée à l'excitation indépen- dante i.
Cette caractéristique de la régulatrice est limitée par la saturation de son circuit magnétique.
C1, C2, C3, 04, sont des contacteurs connectés ainsi qu'il est montré èt fonctionnant de la manière qui va être expliquée ci-après. Ces contacteurs sont ouverts à l'arrêt.
Le fonctionnement du système perfectionné est obtenu de la manière suivante ;pendant la première phase cha. démarra- ge le fonctionnement ne diffère pas beaucoup de celui du système connu.
Les demi-régulatrices R1 et R2 sont excitées par la fermeture de leurs excitations shunts $ et une légère exci- tation indépendante i donnant le sens voulu. Elles s'établis- sent donc à leur voltage normal équilibrant à elles deux la tension d'alimentation V.
Le contacteur C1 se ferme dès l'équilibre atteint.On établit alors l'excitation indépendante à la valeur voulue et cette fois,en sens inverse de l'excitation shunt s.
Le courant désiré s'établit dans le circuit et les mo- teurs démarrent. Avec les moyens connus le démarrage se pour- suivrait jusqutà inversion du voltage des demi-régulatrices R1 et R2.
Grâce à l'invention qui associe la demi-régulatrice R1 au moteur Ml et la demi-régulatrice % au moteur M2 le démarrage se poursuit comme suit :
Au moment où le voltage aux bornes du contacteur C2 est nul celui-ci se ferme.
Cette fermeture provoque la réduction de l'excitation indépendante des régulatrices ce qui réduit le courant débité par celles-ci et comme C2 laisse dans le circuit des moteurs une partie des excitations séries S ces dernières provoquent l'inversion du champ des régulatrices.
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La réduction du courant qui traverse le contacteur C1 provoque son ouverture.
Le voltage des régulatrices augmente aussitôt C1 ouvert.
Dès que le voltage entre contacts des contacteurs C3 et C4 tombe en dessous d'une certaine valeur ces contacteurs se fèrment.
Cette fermeture provoque la réduction du courant qui traverse le contaoteur C2 lequel s'ouvre.
Pour obtenir ces effets: chacun des contacteurs C1, C2
C3 est muni d'un relais de tension,qui coupe son circuit de' fèrmeture dès que la tension entre ses contacts atteint une .certaine valeur prédéterminée et d'un enroulement série qui le maintient fermé tant.que le courant qui traverse ses contact dépasse une valeur réduite également prédéterminée.
Des interconnexions supplémentaires représentées sur la figure 3 du dessin annexé rendent le fonctionnement tout à fait automatique.
Pour la compréhension de cette figure 3, les contacteurs Ci) C2, C3, C4 sont représentés par leurs enroulements,les relais visés ci-dessus sont représentés par rt1, rt2, rt3, et les interconnexions par les contacts auxiliaires a, contacts man.oeuvrés par le contacteur correspondant.La résistance r a le pôle s alimenté par la ligne et est en série avec les exci- tations indépendantes ides régulatrices, le fil f est connecté à la ligne au freinage et le fil au démarrage.
Le fil X est toujours connecté à la ligne.Le fil ± ne sert donc que pendant le passage série parallèle,le fil 1 que pendant le passage parallèle série,et le fil X alimente normalement,quand le con- tacteur C2 n'est pas fermé,soit le contacteur 01,soit les con- tacteurs C3 et 04.
Il est visible que le schéma indiqué réalise l'automa- ticité de la succession des opérations décrites ci-dessus.
Dès que le contacteur C2 est ouvert,le démarrage s'opè- re et se poursuit à une intensité normale jusqutà ce que le
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voltage aux bornes des moteurs soit 1,5 fois la tension d'alimentation de la ligne.
Cette tension 1,5 V est la tension nominale de fonc- tionnement choisie pour les moteurs Il et M2.
La vitesse de ceux-ci peut encore être augmentée par la désexcitation des excitatrices,soit par shuntage de leurs en- roulements d'excitation parcourus par le courant des moteurs, soit par l'alimentation de leurs excitations indépendantes par un voltage de sens et grandeur convenables. Les régulatri- ces continuent dans ce cas leur rôle de limiteur d'intensité.
Lorsque les moteurs ont atteint la pleine vitesse dési- rée le wattmann coupe ou réduit l'excitation indépendante des régulatrices et en même temps supprime la désexcitation éven- tuelle des excitatrices. Le voltage des régulatrices s'inverse, le courant des moteurs se réduit et les pertes dans l'équipe- ment deviennent si faibles qu'il n'y a aucun intérêt à couper le circuit des moteurs.
Le moment venu de freiner.quel que soit le point du démarrage atteint, il suffit d'alimenter l'excitation indépen- dante des excitatrices au moyen d'un voltage progressif de sens inverse à celui employé pour la désexcitation et d'inver- ser le courant d'excitation indépendant des régulatrices.
Le courant des moteurs s'établit en sens inverse et ils freinent en récupération.
Le passage en freinage du couplage parallèle au couplage série s'opère exactement par les opérations inverses et en ordre inverse de celles réalisées au passage série à parallèle.Les relais et interconnexions visés plus haut,réalisent également le passage automatiquement dans ce sens, ainsi qu'il est possible de s'en rendre compte d'après le schéma figure 3.
Tout autre combinaison de contacteurs peut être envisa- gée et en particulier au lieu de la commande individuelle on peut adopter la commande par arbre à cames réalisant,par plu- sieurs crans,les combinaisons voulues dans l'ordre toulu.
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Tout autre système d'excitation des régulatrices donnant les mêmes résultats peut être employé,notamment le système à deux enroulements indique dans le brevet N 268.298 déposé le .10 Juin . 1914 au nom de la Société Anonyme S.T.A.R.
Il est toujours possible avec des rhéostats potentiom6tri- ques de trouver les tensions variant dans la proportion voulue pour alimenter l'enroulement à fil fin.
Les deux excitatrices peuvent évidemment être réunies dans une seule machine,mais il est plus avantageux de réali- ser les demi-régulatrices R1 et R2 en une seule machine, avec un seul circuit magnétique,deux enroulements induits et deux collecteurs,
Dans ce dernier cas le bon partage du courant entre les moteurs impose deux excitatrices séparées.
D'autres excitations des moteurs M1 et M2,par exemple celle réalisée dans le système S.T.A.R. connu,pourraient être employées.
Il est évident,que l'invention serait également ap- plicable dans le cas où les moteurs Ml et M2 seraient rempla- cés par plusieurs moteurs,et que d'autres combinaisons de couplage pourraient être réalisées sans sortir du cadre de l'invention.
On pourra notamment envisager la commande de quatre moteurs par une régulatrice divisée en deux machines à deux enroulements chacune et deux excitatrices agissant respecti vement sur deux moteurs,associés à deux éléments de régulatri- ce n'ayant pas le même circuit magnétique.
Ces éléments de régulatrices seraient prévus pour 1/4 V.
La figure 2 du dessin annexé ci-après montre schémati- quement une combinaison d'ensemble comportant quatorze contac- teurs,qui permet de réaliser successivement les couplages séria, série parallèle,parallèle.
Dans cet exemple de réalisation de l'invention les moteurs sont amenés à une tension de fonctionnement 5/4 V.
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M1,M2,M3,M4 sont les quatre moteurs de traction.
R1 et R'1 les deux éléments de régulatrice ayant même cir- cuit magnétique.
Si l'excitation série commune à ces deux éléments.
R2, Rt2, et S2 les deux antres éléments et leur excitation série commune. e1-3 l'excitatrice commune aux moteurs Ml et M3. e2-4 l'excitatrice commune aux moteurs M2 et M4.
Succinctement : Le passage série à série parallèle s'opérera à plein voltage des régulatrices par successivement : C2 fermé,Ci ouvert, C3 et C4 fermés avec les jeux d'excitation convenables, étant entendu que deux moteurs M2 et M3 sont coupés à un moment donné mais restent excités.
Le passage série parallèle à parallèle s'effectuera ensuite par C5 et C6 fermés sur des résistances de passage r1 et r2, réduction des excitations indépendantes des régu- latrices, coupure de C7 et C8 -(les moteurs M2 et M3 ne tra- vaillent plus mais restent excités) fermeture de C11,C12,C9, C10, rétablissement des excitations indépendantes.coupure de C5, C6.
Au passage inverse en freinage,les résistances de passage r3 et r4 sont insérées par 13 et C14.
Il n'est pas utile de s'étendre plus longuement sur cette réalisation dont tous les principes,sauf l'emploi d'une résistance de passage, sont inclus dans le premier exemple donné
Il est facile de constater que grâce au système per- fectionné qui vient d'être décrit, dans le cas de deux moteurs, la puissance maximum demandée à l'ensemble des régulatrices est le 1/3 de la puissance totale des moteurs commandés.
Dans le cas de quatre moteurs cette puissance est le 1/5 de la puissance totale des moteurs. L'avantage du système est donc très important.
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On peut également dans le cas de deux moteurs atteindre le résultat auquel on arrive avec quatre moteurs par l'emploi d'une régulatrice en deux parties établies chacune pour 1/4 V; dans la première phase du démarrage ces demi-régulatrices alimenteraient chacune directement un moteur en circuit indépendant;ensuite des résistances de passage permettraient dès que le voltage aux moteurs serait de 1/4 des volts,la mise en série des moteurs et des demi-régulatrices entre la ligne d'alimentation et la terre;des résistances de passage permettraient également la mise en parallèle.
RESUMA
Système perfectionné pour la commande de moteurs électriques de traction à courant continu,d'après le système S.T.A.R. ou tout autre système,comportant l'intercalation en série dans le circuit des moteurs de traction d'une dyna- mo auxiliaire,caractérisé en ce que :
1 - La machine auxiliaire ou régulatrice est subdivi- sée en plusieurs éléments dont on utilise complétement l'ac- tion dans les différents circuits des combinaisons de coupla. ge multiples utilisés en traction série,série parallèle,pa- rallèle etc...... en vue d'améliorer le rendement du système
2 - Les moteurs de traction sont établis pour un voltage de fonctionnement différent de celui de la ligne d'alimentation;ce qui,combiné avec la subdivision de la ma- chine régulatrice permet le démarrage au delà du couplage des moteurs en parallèle sur le réseau.
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