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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de BREVET d' INVENTION " PERFECTIONNEMENTS AU CONTROLE DES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DES GENERATRICES
ET TRANSFORMATRICES A COUBANT CONTINU-- "
La présente invention est relative aux moyens de contrôler la caractéristique voltage-courant de génératrices et de transformatrices spéciales à courant continu et est particulièrement applicable aux installations de trac- tion électrique- Dans une locomotive, la caractéristique couple-vitesse doit êtres telle qu'elle permette des vitesses élevées avec une grande sécurité et avec le minimum de désagréments pour les passagers- En accélérant, la caractéristique couple-vitesse la plus désirable commence.
par un couple plutôt faible afin d'é- viter une secousse soudaine aux passagers et ensuite le couple doit roître rapi- damant à un maximun qui doit être maintenu ensuite aussi haut que possible; néanmoins, comme le coefficient d'adhérence décroît quand la vitesse augmente,
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le couple doit décroître légèrement quand la vitesse augmente; lorsqu'une haute vitesse donnée est atteinte, le couple doit décroître très vite afin de prévenir le dépassement de la vitesse maxima de sécurité.
En freinant, la caractéristique couple-vitesse la plus désirable commence aux vives allures par un coupledmodéré afin d'éviter une secousse soudaine aux passagers au début du freinage et ensuite le couple doit s'accroître progressivement jusqu'à la plus grande valeur permise par le coefficient d'adhérence pour un roulement régulier sans crainte de pati- nage.
Alors, quand la vitesse diminue, le couple de freinage doit s'accroître légèrement car le coefficient d'adhérence augmente et, finalement, à très fai- ble vitesse, quand on approche de l'arrêt, le couple doit décroître rapidement afin d'éviter de troubler le confort des passagers lors de l'arrêt et de facil- liter le choix du point d'arrêt* De -plus, il est très désirable d'éviter la tendance éventuelle de remise.en marche après arrêt si le conducteur ne coupe pas le courant immédiatement* Cet inconvénient est complètement éliminé si le couple décroît vers de très basses valeurs quand les moteurs tendent à tourner en sens inverse après l'opération de freinage.
Le but de la présente invention est de donner les moyens d'obtenir automatiquement la caractéristique couple-vitesse ci-dessus décrite sans l'aide de relais et indépendamment de la volonté du conducteur,, celui-ci n'ayant qu'à maintenir la manette du contrôleur dans la même position pendant l'accélération et à maintenir la manette du contrôleur sur une autre position pendant le freinage'
L'invention s'applique aux équipements où les moteurs sont alimentés par une génératrice ou une transformatrice- Elle consiste essentiel- lement dans l'emploi d'une petite génératrice auxiliaire spéciale appelée "mo- dulatrice" alimentant l'enroulement de champ qui contrôle le courant de la ma- chine alimentant les moteurs de traction:
la modulatrice crée une força électro- motrice qui est la composante de deux forces électromotrices, la première com- posante étant due à un champ dont les ampères-tours et'accroissant avec la vi- tesse et la seconde composante étant due à un champ dont les ampères-tours dé- croissent quand la vitesse augmente,
les deux champs étant créés dans un circuit magnétique dont le fer est saturé sur une zona importante* La force électromo- trice résultante créée par la modulatrice varie légèrement avec la vitesse pour des valeurs intermédiaires de celle-ci mais tombe rapidement pour des vitesses très faibles ou très élevées permettant ainsi d'obtenir un tracé de la courbe
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cauple-vitesse correspondant aux desiderata formulés plus haut;
comme la modu- latrice alimente l'enroulement de champ de la génératrice principale ou de la transfonnatrioe principale, il s'ensuit que le courant fourni aux moteurs, et par conséquent le couple développé par les moteurs, varie avec la vitesse con- fonnément à la caractéristique désirée* il n'est donc pas nécessaire de faire usage de relais pour modifier le champ durant une marche normale quand la vi- tesse atteint des valeurs définies*
Les figues annexées poermettent de mieux comprendre l'inven- tion.
On voit fig. 1 un diagramme donnant la caractéristique couple-vitesse désirée: fig. 2 ,la caractéristique courant-voltage correspondante; fig*3, un diagramme des forces électrogotrices composantes créées dans la modulatrice et de la force électromotrice résultante; fig-4, une feuille de caractéristqiues désirées et fig*5, un arrangement général, la machine principale étant une dyna- me; la fig.6 donne un arrangement général avec application d'une métadyne; la fig.7 définit le principe de la modulatrice; enfin, les fig. 8 et 9 donnent les dispositions applicables à des équipements avec métadyne.
Le diagramme de la fig.l montre la caractéristique coupla- vitesse désirée tant pour la période d'accélération que pour la période de frei- nage- A la vitesse zéro, le couple est très petit puis augmente rapidement avec la vitesse jusqu'à un maximum après lequel le couple décroît légèrement quand la vitesse continue à monter, puis, quand une vitesse élevée est atteinte, qui est une vitesse limite de sécurité, le couple diminue très rapidement*
Si les moteurs sent excités séparément avec des ampères-tours constants, les équivalents caractéristiques couple-vitesse et courant-voltage sont très similaires l'une à l'autre ainsi que le montrent les fige 1 e-t 2- La caractéristique courant-voltage est seulement légèrement distordue,
marne lorsque l'excitation des moteurs varie jusqu'à une certaine valeur, étant plus forte aux basses vitesses et plus faible aux vitesses élevées! ainsi, on peut prendre pour basse la caractéristique courant-voltage montrée fig. 2.
Une telle caractéristique est obtenue par la modulatrice construite suivant l'invention*
La modulatrice, sous sa forme la plus simple, consiste dans les deux petites dynamos montrées fig. 5 5 et) 5 et 6, connectées en série et cal- culées et excitées de telle sorte qu'elles possèdent les caractéristiques
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spéciales abc et fed respectivement comme montré fig.3, le voltage V de la ma- chine principale figurant en abscisses- La force électromotrice résultante est donnée par les ordonnées de la ligne ghkm et la marne courbe peut aussi représen- ter le courant traversant la bobine de champ 2 de la machine principale 1.
Afin d'obtenir les forces électromotrices composantes abc et fed, la dynamo 5 est excitée par les ampères-tours de l'enroulement 7 augmentant avec le voltage de la machine principale et la dynamo 6 est excitée par des ampères-tours décrois- sant en sens inverse du voltage de la machine principale! ce résulta est obtenu en utilisant deux bobines 8 et 9 opposant leurs effets, la bobine 8 en série avec la bobine 7 étant parcourue par un courant proportionnel au voltage de la machine principale et la bobine 9 étant alimentée sous courant constant.
Les caractéristiques sont faites pour s'incurver aux points désirés par l'emploi de circuits magnétiques convenables*
La description de la fig.5 sera complétée en ajoutant que la génératrice 1 est munie d'un enroulement de champ shunt 4 et d'un enroulement de champ série 3 en plus de l'enroulement de champ 2 connecté aux bornes de la modulatrice 5 - 6.
La génératrice 1 est calculée pour fonctionner à la vitesse critique déterminée par son enroulement shunt 41 les ampères-tours créés par ce dernier doivent donc suffire à l'excitation de la machine pour tout voltage dans la limite de son fonctionnement, les ampères-tours créés par les enroule- ments 2 et 3 doivent se balancer les uns les autres; cela signifie que le cou- rant fourni par la génératrice 1 varie aussi suivant les ordonnées de la carac- téristique ghkm comme désiré*
Au lieu de faire usage d'une modulatrice constituée par deux dynamos séparées, on peut en calculer une à machinemique, par exemple du type représenté fig. 7.
Le rotor porte plusieurs enroulements dont des portions com- prises entre certains pas polaires coupant le flux crié par un circuit magnéti- que vont le siège de la première composante de force électromotrice décrite plus haut, pendant que les autres portions comprises entre les autres pas po- laires, coupant le flux créé par un autre circuit magnétique, sont le siège de la seconde composante de force électromotrice' L'enroulement de rotor de la fig. 7 est supposé avoir quatre ptles et deux portions de l'enroulement corres- pondant à deux pas polaires coupent le flux créé par le circuit magnétique 16, @
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17,16 pendant que les deux autres portions coupent le flux créé par le circuit magnétique 18,19, 18.
Une autre construction de la modulatrice entune seule machine consiste dans l'emploi d'un enroulement de rotor quelconque et d'un circuit magnétique disposé pour permettre à des portions de l'enroulement du rotor com- prises dans un pas polaire de couper deux champs magnétiques séparés induisant les deux forces électromotrices définies plus haut- La fig-6 montre schémati- quement un tel arrangement: la modulatrice 11 a un rotor supposé bobiné pour deux pales et, cependant, chacune des deux portions de l'enroulement comprises dans un pas polaire couple le flux provenant de deux circuits magnétiques, l'un d'eux étant représenté schématiquement par la bobine 12 et l'autre, par la bo- bine 13.
La fig.6 montre une métadyne 10 utilisée comme machine prin- cipale; les balais primaires a et c de la métadyne étant connectés respective- ment à la ligne et à la terre et les balais secondaires b et d étant connectés respectivement aux moteurs 15 et 14 suivant une connexion "en huit"' La modula- trice 11 alimente l'enroulement variateur secondaire 2 qui est un enroulement de stator de la métadyne induisant une force électromotrice entre les balais primaires a et c- Le voltage appliqué entre ces balais étant constant, le flux secondaire dans la direction de l'axe de commutation des balais secondaires b et d doit aussi rester constant, la vitesse étant supposée rester constante* Par conséquent,
les ampères-tours dans cette direction doivent être constants et toute modification de courant dans 1'enroulement variateur secondaire 2 est suivie par une modification similaire du courant secondaire fourni par les ba- lais secondaires b et d. Ainsi, comme résultat, la caractéristique cnurant- voltage.de la métadyne alimentant les moteurs a l'allure désirée-
Quand une métadyne est utilisée comme machine principale comme montré fig.
61 il est très aisé d'obtenir un voltage croissant avec le voltage appliqua aux moteurs et un autre décroissant simultanément, Ainsi la voltage entra les balais b et a ou entre les balais c et d et le voltage entre les balais c et b ou entre les balais d et a augmente et décroît respectivement quand le voltage fourni aux moteurs augmente* C'est la raison pour laquelle les bobines la et 13 sont connectées aux balais de la métadyne comme montré par la figure et les bobines 12 et 13 donnant des ampères-tours respectivement crois- @
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sant et décroissant quand la voltage fourni aux moteurs augmente comme exigé par les deux composantes de champ de la modulatrice 11.
L'arrangement montré fig. 8 est similaire à celui de la fig-6 excepté par l'ordre des balais auxquels les bobines 12 et 13 sont connectées* De plus, les bobines de champ 23 et 24 sont montrées embrassant chacune des deux composantes de champ pour un réglage approprié de la tonne de la caractéristique.
Dans la fig. 7, seules les bobines 12 ,12 et 13, 13 sont indi- quées pour la simplification du dessin* De plus, deux bornes des bobines de champ ont été reliées ensemble prêtes à une éventuelle connexion aux balais de la métadyne.