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Système de traction électrique à freinage électrique avec moteurs compound. @
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Cette invention a pour objet un sys- tème de traction utilisant des moteurs compound et permettant de réaliser : la marche à faible et constante vitesse, une gamme très étendue de vitesses, le frei- nage par récupération d'énergie et le freinage rhéostatique.
L'emploi en traction électrique d'équi- pements à moteurs compound à cou- plage fixe peut ne pas correspondre à certains cas particuliers d'exploitation ; par exemple au cas des réseaux qui pré- sentent à la fois des caractères urbains et suburbains, c'est-à-dire pour lesquels la vitesse de marche des véhicules, rela- tivement faible à l'intérieur des villes, est très élevée en dehors des aggloméra- tions. Il en est de même des réseaux pré- sentant des profils de ligne très variés et pour lesquels il' est indispensable de réa- liser un couple moteur important en même temps qu'une grande vitesse.
Le système d'après l'invention qui re- médie à ces inconvénients, comporte des moteurs compound disposés en série pour le démarrage et pour la marche normale à vitesse moyenne (les excita- tions shunt et série exerçant des actions additionnelles) et utilisés pour les vi- tesses plus élevées en moteurs série cou- plés en parallèle, la transition du cou- *plage en série au couplage en parallèle s'effectuant, après suppression de l'ex- citation shunt, par une méthode connue : méthode du pont ou méthode du court- circuit d'un moteur ou d'un groupe de moteurs.
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Ces moteurs comportent une excita- tion série utilisée pendant les transitions et la marche en parallèle des moteurs, réduite par shuntage ou par tout autre moyen connu pendant la marche en sé- rie avec moteurs compound.
Par modifications successives inverses des circuits électriques, c'est-à-dire : tran- sition parallèle - série des moteurs sé- rie précédemment couplés en paral- lèle et rétablissement progressif de l'ex- citation shunt des moteurs lors de leur mise en série, le freinage par récupéra- tion est obtenu par renvoi à la ligne d'un courant dont l'intensité dépend de l'im- portance relative de l'excitation shunt et de l'excitation série, cette dernière exer- çant par rapport à la précédente, une action différentielle, afin de réaliser une application progressive de l'effort de freinage.
Le freinage électrique par récupéra- tion est ainsi obtenu jusqu'à la plus basse vitesse compatible avec la marche en génératrice avec excitation shunt por- tée à sa valeur maxima.
D'après l'invention, le freinage, depuis cette vitesse jusqu'à l'arrêt, est obtenu rhéostatiquement en faisant débiter les induits couplés en parallèle sur un cir- cuit comprenant en série : les inducteurs série disposés en série et une résistance en un ou plusieurs éléments pouvant être court-circuités successivement, les enrou- lements inducteurs shunt étant alimentés par la ligne, les actions exercées par chaque système d'excitation étant addi-
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tionnelles et de sens tels qu'en cas de suppression de l'excitation shunt, par exemple à la suite du dérapement de l'organe de prise de courant, le freinage rhéostatique en moteurs série subsiste.
la disposition en parallèle des induits et en série des inducteurs série ayant pour effet utile principal de réduire l'impor- tance du flux transversal des moteurs par rapport à leur flux principal, dans lc but d'éviter une élévation anormale de la tension entre les lames des collec- teurs et d'accroître ainsi, par rapport aux systèmes connus, la sécurité du frei- nage rhéostatique en garantissant pab- sence de tlashs.
Cet équipement permet d'obtenir la plupart des avantages des équipements connus à moteurs compound avec cou- plage variable de ces moteurs, tout. en évitant leur complication et leurs diffi- cultés de fonctionnement inhérentes aux transitions des différents couplages.
Pour répondre aux nécessités rencon- trées en certains cas de marche à vi- tesse sensiblement constante, quel que soit le profil des lignes et de limitation automatique de la vitesse dans les dé- clivités, on pourrait, sans sortir de l'in- vention, rétablir l'excitation shunt après la transition du couplage série au cou- plage parallèle.
Le système ainsi modifié réaliserait en outre l'avantage de récupérer automati- quement et sans intervention du conduc- teur, dans les déclivités, lors du couplage en parallèle des moteurs.
Les moteurs de cet équipement. comme ceux de l'équipement précédent. comportent pour les transitions une exci- tation série très importante pour réali- ser les transitions série-parallèle sans à-coups de courant, réduite par tous moyens connus, et le cas échéant, à des degrés différents, pour la marche en sé- rie et la marche en parallèle des moteurs compound.
Les difficultés de réalisation correcte des transitions pour moteurs compound à couplage variable étant principalement dues à la faible importance de l'excita- tion série qui, sans autres dispositions supplémentaires, ne permettrait pas la transition en moteurs série et à là pré- pondérance des enroulements d'excita- tion shunt qui impose des modifications importantes et rapides de cette dernière au moment de la transition, on pourrait. sans sortir de l'invention, effectuer les transitions sur la moitié du nombre total des moteurs par la méthode connue du court-circuit, en maintenant l'excitation shunt à une faible valeur, soit pendant toute la durée des transitions, soit pen- dant la durée de la mise en courtcir- cuit de la moitié du nombre total.des moteurs, avec interposition de résistan- ces dans le circuit des moteurs.
Les inconvénients résultant de la pré- sence de cette faible excitation shunt sont ainsi très minimes et peuvent, le cas échéant, être encore réduits par une dis- position judicieuse de résistances dans les différents éléments des circuits de traction.
Cette excitation shunt est, sitôt la tran- sition terminée, ramenée à la valeur convenable:
On évite ainsi les complications d'équi- pements et les incidents de fonctionne- ment des systèmes connus dans lesquels les transitions s'effectuent par la même méthode du court-circuit d'une moitié des moteurs, mais avec l'annulation par court-circuit de l'excitation shunt de ces mêmes moteurs et accroissement simul- tané de l'excitation shunt de l'autre moi- tié de ces moteurs.
Dans les dessins annexés qui repré- sentent des exemples d'équipements réa- lisant le système d'après l'invention :
Fig 1 à 9 montrent les diverses modi- fications de couplage dans le cas de deux moteurs utilisés comme moteurs com- pound pour la marche en série et comme moteurs série pour la marche en paral- lèle et pour les transitions.
Fig. 10 à 18 montrent les diverses mo- difications de couplage dans le cas de deux moteurs utilisés comme moteurs compound pour la marche en série et la marche en parallèle et comme moteurs série pour les transitions.
Fig. 19 à 28 montrent les diverses mo- difications de couplage dans le cas de deux moteurs utilisés en permanence comme moteurs compound.
Fig. 29 et 30 montrent deux couplages successifs de freinage rhéostatique en
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moteurs compound dans le cas de deux moteurs avec induits en parallèle et in- ducteurs série cn série.
En fig. 1 sont représentés :
En 1 le pôle positif de la ligne d'ali- mentation, en 2 la résistance de démar- rage; en 31 et 3, les enroulements induc- teurs série des moteurs 1 et II, en 4, et 4 les enroulements induits (y compris le cas échéant les enroulements induc- teurs de commutation ou de compensa- tion) des moteurs 1 et II, en 51 et 52 les enroulements inducteurs shunt des mo- teurs 1 et II, en 61 et 62 les résistances de shuntage des enroulements induc- teurs série des moteurs 1 et II, en 7 le rhéostat d'excitation shunt, en 8 le pôle négatif de la ligne d'alimentation.
En partant de cette position qui cor- respond au début du démarrage des deux moteurs compound disposés en sé- rie avec résistance 2 insérée. les opéra- tions successives suivantes sont réali- sées :
Fig. 2 mise hors circuit de la résistance de démarrage 2, shuntage des induc- teurs-série des moteurs 1 et II au moyen des résistances 61 et 62.
Cette modification a pour but : d'ac- croître la vitesse de marche, de réduire' l'excitation série qui, sans cette disposi- tion, tendrait pendant le démarrage à limiter tout accroissement de vitesse et, pendant le freinage, à réduire l'impor- tance de la récupération.
Fig. 3, réduction en une ou plusieurs opérations, de l'excitation shunt des mo- teurs 1 et II, par insertion du rhéostat 7.
Fig. 4, première phase de la 'transition. ouverture du circuit d'excitation shunt des'moteurs 1 et II.
Rétablissement de l'excitation série totale des moteurs 1 et II, par élimina- tion des résistances de shuntage 61 et 62.
Insertion de tout ou partie de la ré- sistance de démarrage 2.
Fig. 5, deuxième phase de la transi- tion, mise en court-circuit de l'induc- teur-série 31 et de l'induit 41 du mo- teur I.
Fig. 6, troisième phase de la transition, élimination du moteur 1
Fig. 7, 4 phase de la transition, cou- plage du moteur 1 en parallèle avec le moteur II.
Fig. 8, élimination de):; résistance 2 de démarrage.
Fig. 9, shuntage à un taux approprié à la vitesse à réaliser de l'excitation série des moteurs 1 et II, .par une fraction des résistances 61 et 62,
Cette dernière opération, qui permet économiquement d'accroître la vitesse du véhicule, peut éventuellement être sup- primée.
En réalisant successivement les opéra- tions inverses, on revient, comme il est procédé habituellement avec les équipe- ments comportant des moteurs série jusqu'au couplage de tig. 3, auquel cor- respond le rétablissement de l'excitation shunt des moteurs 1 et II avec insertion du rhéostat?.
Les deux moteurs renvoient à la ligne un courant dont l'intensité est limitée. par un choix judicieux des valeurs des excitations shunt et série, à la valeur à laquelle correspond l'effort de freinage recherché.
Par accroissements successifs de l'ex- citation shunt, on passe du couplage fig. 3 au couplage fig. 2, auquel correspond l'excitation shunt maxima et la fin du freinage par récupération auquel suc- cède le freinage rhéostatique dont fig. 29 et 30 donnent un exemple de réalisa- tion.
En fig. 10 à 18 qui se rapportent à la première variante de l'équipement pré- cèdent et en partant de fig. 10 qui cor- respond au début du démarrage des deux moteurs compound disposés en sé- rie avec résistance 2 insérée, les opéra- tions successives suivantes sont réali- sées :
Fig. 11 et 12, marche en série des deux moteurs compound avec résistance 2 éli- minée et excitation shunt progressive- ment réduite, opérations correspondan- tes de celles représentées fig. 2 et 3.
Fig. 13,14, 15 et 16, transition en mo- teurs série, par la méthode connue du court-circuit d'un moteur, opérations correspondantes de celles représentées fig. 4,5, 6 et 7.
Fig. 17, rétablissement à sa valeur
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maximum, ou tout au moins à une va- leur élevée de l'excitation shunt des mo- teurs 1 et II par alimentation des enrou- lements 51 et 5 sans, ou avec, insertion d'une faible partie du rhéostat 7.
-- Réduction de l'importance de l'ex- citation série, par shuntage à un degré judicieux des enroulements 31 et 3 des, moteurs 1 et II au moyen des résistan- ces 61 et 62.
- Elimination de la résistance 2 de démarrage.
Fig. 18, réduction en une ou plusieurs opérations de l'excitation shunt des mo- trices 1 et II, par insertion des divers élé- ments du rhéostat 7.
En réalisant successivement les opéra- tions inverses, on voit qu'il y a récupé- ration de la (position fig. 18 à la position fig. 17, puis annulation momentanée, pen- dant la transition parallèle-série, du frei- nage par, récupération qui est repris dès le passage sur la position fig. 12 et se prolonge jusqu'à la position fig. 11, comme dans le cas des fig. 1 à 9.
On voit également que pour les posi- tions fig. 17 et 18, on réalise par rapport au premier cas, pendant la marche en parallèle, les avantages supplémentaires suivants :
Limitation de la vitesse et récupéra- tion automatiques et sans intervention du conducteur du véhicule, dans les dé- clivités.
Plus grande constance de la vitesse du véhicule selon les différents profils de la ligne.
En fig. 19 à 28 qui se rapportent à une deuxième variante, fig. 19 à 21, corres- pondent respectivement aux fig. 1 à 3 et 10 à 12,. c'est-à-dire à la marche en sé- rie des deux moteurs compound.
L'excitation shunt présente, sur la po- sition 3, sa valeur minima et conserve cette valeur ,ou une valeur plus faible pendant la transition.
Fig. 22, rétablissement à sa valeur maxima de l'excitation-série des mo- teurs 1 et II, par élimination des résis- tances 61 et 62.
Fig. 23, mise en court-circuit sur l'en- semble des éléments 21 et 22 de la ré- sistance de démarrage 2 de l'enroule- ment inducteur série 3a el de l'induit -il du moteur I.
Fig. 24, mise hors circuit de l'élément de résistance 21 de l'enroulement induc- teur série 3a et de l'induit 4a du mo- teur I.
Fig. 25, mise en liaison de l'extrémité libre de l'induit du moteur 1 avec le pôle 8 de la ligne d'alimentation.
Fig. 26, accroissement de l'intensité (le l'excitation shunt par ajustement de la résistance utilisée du rhéostat d'excita- tion 7 à une valeur convenable (cette opération pourrait également être réa- lisée avant la précédente, de manière à développer aux bornes de l'induit du moteur 1 une tension voisine de la ligne d'alimentation).
Fig. 27 et 28, correspondent à fig. 17 et 18, et représentent la marche en pa- rallèle des deux moteurs compound.
La transition parallèle-série s'effectue en réalisant très exactement les opéra- tions, mais dans l'ordre inverse.
En fig. 29 et 30 qui se rapportent au freinage rhéostatique du système, sui- vant l'invention :
Fig. 29 représente un schéma de frei- nage rhéostatique dans lequel les induits 1,et 42 des moteurs 1 et II, disposés en parallèle, débitent sur le circuit compre- nant en série : les enroulements induc- teurs-série 31 et 3 des moteurs 1 et II (les résistances de shuntage 61 et 62 étant éliminées), et la résistance de dé- marrage 2 utilisée en totalité ou partiel- lement.
Les enroulements d'excitation shunt 51 et 52 sont alimentés par la ligne à la- quelle ils sont reliés par le pôle positif 1, et le pôle négatif 8 avec insertion de tout ou partie du rhéostat d'excitation 7.
Les deux systèmes d'excitation shunt et série exercent des actions additionnelles et telles qu'en cas de suppression acci- dentelle de l'excitation shunt l'amorçage du système s'effectue en génératrice série.
Fig. 30 est une variante de fig. 29 dans laquelle pour accroître ou pour prolon- ger l'efficacité du freinage, la résis- tance 2 a été éliminée et la valeur de l'excitation shunt portée au maximum par l'élimination du rhéostat 7.
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Dans les diverses variantes, on pour- rail, bien entendu, utiliser;, au lieu. de deux moteurs, tout nombre quelconque de moteurs, les transitions, successives série-parallèle lors du .démarrage 'et pa- railèle-serie lors 'du freinage étant effec- tuées comme dans le cas de deux mo- teurs, soit en moiteurs série 'par la mé- thode du court-circuit ou par celle du pont, soit en moteurs compound par la méthode du court-circuit avec excitation série prépondérante, réglage de l'excita- tion shunt de., l'ensemble'dès moteurs et disposition ' de résistances ,.appropriées (tans les circuits de traction.
Il en est' de 'même pour la réalisation du système de freinage rhéostatique dans lequel les induits peuvent former des groupes parallèles ou série-parallèles, de même que les inducteurs série, en adop- tant toutefois des dispositions telles que l'intensité du courant traversant les in- ducteurs série -soit supérieure à l'inten- sité traversant les induits , correspon- dants, afin de réduire l'importance du flux transversal par rapport au flux prin- cipal.
Le dispositif décrit suivant l'une ou l'autre des variantes indiquées, offre f'avantage de permettre l'application de l'invention aux installations existantes, étant donné qu'elle n'exige pas de mo- -leurs spéciaux et permet ainsi la trans- formation à peu de frais desdites instal- lations.
L'invention concerne la traction élec- trique pour toutes applications et, peut être étendue à certains équipements existants pour les rendre conformes aux , caractéristiques décrites ci-dessus.
REVENDICATIONS
1 Système de traction électrique à frei- nage électriquee avec moteurs compound. caractérisé par le fait que les, moteurs compound disposés en série pour le dé- marrage et pour la marche normale à vi- lesse moyenne, sont utilisés pour des, vi- tesses plus élevées en moteurs série couplés en parallèle après transition sé- rie-parallèle réalisée en moteurs série de toute manière appropriée, le freinage étant effectué par récupération après opérations inverses.