<Desc/Clms Page number 1>
"CONTROLLER ELECTRIQUE A GRAND NOMBRE DE CRANS"
Un controller à grand nombre de crans permet de démarrer ou de freiner un moteur électrique avec un courant moyen très voisin du courant maximum que 'le moteur est capable de supporter.
En particulier, lorsque ce type de controller est utilisé mr du matériel de traction, il réduit l'amplitude des variations de l'effort aux jantes observée au moment du passage de la manette de commande d'un cran sur le cran suivant. Dans cette application, grâce au controller à grand nombre de crans, le démarrage ou le freinage du véhicule peut se faire avec un effort moyen très voisin de l'effort maximum permis par l'adhérence. Le controller à grand nombre de crans permet ainsi de réaliser des démarrages ou des freinages non seulement rapides mais encore très doux, ne troublant en rien le confort des voyageu rs.
Certains constructeurs ont résolu le problème du controller à grand nombre de crans en utilisant un rhéostat ou un ))collecteur, entre les touches duquel sont branchés des éléments de résistance. A chaque touche du rhéostat correspond un cran. L'é-
<Desc/Clms Page number 2>
limination de la résistance s'obtient en déplaçant des balais sur les touches du rhéostat. Ce dispositif conduità un appareillage encombrant et coûteux. En effet, la tension entre les touches du rhéostat ne peut dépasser un certain maximum au-delà duquel des arcs risquent de s'amorcer entre les touches lors du déplacement des balais. On est ainsi conduit à multiplier exagérément le nombre de touches du rhéostat et à augmenter, par conséquent, le nombre de fils d'interconnexion entre les touches du rhéostat et la résistance.
Le rhéostat n'étant pas muni d'un dispositif de soufflage magnétique facilitant l'extinction des arcs de rupture s'abime rapidement et par suite demande un entretien constant.
D'autres constructeurs ont simplement augmenté le nombre de crans des controllers classiques. Mais l'augmentation du nombre de crans de ces controllers impose un plus grand nombre de balais ou de contacteurs et un plus grand diamètre du tambour à touches ou des cames de commande des contacteurs, par suite elle nécessite une augmentation de l'encombrement de l'appareil.
La présente invention a pour objet un controller à grand nombre de crans dans la construction duquel entrent les éléments constitutifs des controllers classiques et permettant d'obtenir un grand nombre de crans moyennant un nombre relativement restreint de balais ou de contacteurs et de connexions à la résistance. De plus, son encombrement ne dépasse pas celui des controllers norm aux.
Sur les dessins ci-annexés auxquels on se réfère dans la description qui va suivre, on a représenté, à titre d'exemple de réalisation de l'invention, un controller à grand nombre de crans pour le démarrage et le freinage rhéostatiquesdes moteurs série à courant continu.
La fig. 1 est le schéma des connexions entre le controller, la résistance et les moteurs de traction.
La fig. 2 indique, suivant les conventions habituelles, les contacts fermés aux différents cransdu controller.
La. fig. 3 montre la construction du nouveau controller.
<Desc/Clms Page number 3>
Sur la fig. i, ai et a2 désignent les induits de deux moteurs de traction, bi et b2 les inducteurs. Les moteurs restent toujours couplés en parallèle. Dans un but de simplification on n'a pas représenté les modifications des connexions réalisées par le controller suivant des procédés connus pour changer'le sens de rotation des induits, ni pour éliminer un moteur avarié, ni pour croiser les excitations pendant le freinage rhéostatique.
L'élimination de la résistance se fait suivant une méthode connue qui consiste à diviser cette résistance en deux groupes. Un premier groupe : la résistance principale, présente des gradins d'une valeur ohmique élevée. Un second groupe : la résistance secondaire, sert à shunter progressivement jusqu'à mise en court-circuit, les éléments de la résistance principale.
Selon l'invention, on applique cette méthode d'élimination de la résistance de la manière suivante :
Ri B2 R3 désignent les éléments de la résistance principale branchés entre les bornes r1 à r4.
W1 W2 W3 W4 W5 les éléments de la résistance secondaire branchés entre les bornes w0 à w5.
1, g, r1 à r4, w0 à w5 sont les bornes des éléments de résistances et des contacts du controller réunies entre elles par des conducteurs et qui se trouvent par conséquent à la même tension
Le courant venant de la ligne d'alimentation passe par un contact L fermé sur les positions de démarrage, traverse la résistance'et les moteurs de traction pour retourner à la terre.
La résistance est éliminée en quatre stades.
Pendant le premier stade, la résistance principale et la résistance secondaire sont connectées en série par la fermeture de contacts Cw0 et Cri. La fermeture successive de contacts Kw1 à Kw4 réduit progressivement la résistance secondaire. Finalement la fermeture d'un contact Cw5 court-circuite complètement la résistance secondaire (crans 0 à 6 - fig. 2).secondaire
Pendant le second stade, la résistance/sert à shunter le premier élément R1 de la résistance principale. A cette fin, on ouvre d'abord les contacts Kw1 à Kw4 et CwO; l'ouverture de
<Desc/Clms Page number 4>
ces contacts ne modifie pas la valeur de la résistance qui reste en circuit (cran de transition 7 - fig. 2). On ferme ensuite le contact Cr2.
Dès lors les extrémités w0 et w5 de la résistance secondaire sont connectées aux extrémités r2 et ri de l'élément Ri. La fermeture des contacts Kw1 à Kw4 réduit la résistance secondaire et par conséquent diminue progressivement la résistance combinée de l'élément Ri et de son shunt. Finalement la fermeture du contact CwO élimine complètement l'élément Ri de la résistance principale (crans 8 à 13 - fig. 2).
Pendant le troisième stade, après ouverture des contacts Kwi à Kw4, Cr1 et Cw5 (cran de transition 14 - fig.2), on ferme le contact Cr3 qui branche la résistance secondaire en shunt sur l'élémentR2 de la résistance principale. L'élément R2 est shunté progressivement par la fermeture des contacts Kwi à Kw4.
Enfin tout l'élément R2 est mis en court-circuit par la fermeture du contact Cw5 (crans 15 à 20 - fig. 2).
Pendant le quatrième stade, après ouverture des contacts Kw1 à Kw4, Cr2 et CwO (cran de transition 21 - fig. 2), on ferme le contact Cr4 qui branche la résistance secondaire en shunt sur l'élément R3 de la résistance principale. L'élément R3 est shunté progressivement par la fermeture des contacts Kwi à Kw4.
Enfin toute la résistance est court-circuitée par la fermeture du contact CwO. A ce moment le courant venant de la ligne passe directement aux moteurs par les contacts fermés L, CwO, Cr4 (crans 22 à 28 - fig. 2).
Le démarrage sur résistance terminé, on se sert à nouveau de la résistance secondaire pour shunter progressivement jusqu'au maximum les inducteurs bi, b2 des moteurs de traction.
Dans ce but, après avoir ouvert les contacts Kw1 à Kw4, Cr3 et Cw5 (cran de transition 28 - fig. 2), on ferme les contacts Shi et Sh2 qui branchent les éléments de résistance W6 et W7 entre la borne w5 et les bornes de sortie des enroulements inducteurs b1 et b2. Ces derniers se trouvent ainsi shuntés par un circuit comprenant les éléments de résistance W6 et W7 appartenant à chacun des circuits de shuntage en série avec les éléments W1 à W5 communs
<Desc/Clms Page number 5>
aux deux circuits de shuntage. Si on ferme successivement les contacts Kw1 à Kw4 réduisant cette résistance et finalement le contact Cw5 court-circuitant celle-ci, on augmente progressivement le degré de shuntage des inducteurs (crans 29 à 34 - fig. 2).
Pour le freinage rhéostatique le contact L estouvert et un contact F, monté entre les bornes g et 1, est fermé. Dès lors la résistance est branchée aux bornes des moteurs de traction couplés en parallèle. La résistance est ensuite éliminée progressivement en fermant les contacts dans le même ordre que pour le démarrage. Toutefois, les,crans correspondant au shuntage des inducteurs des moteurs de traction ne sont pas utilisés pendant le freinage rhéostatique.
On remarquera que cette méthode d'élimination de la résistance, utilisant toujours les mêmes contacts de la résistance secondaire pour shunter de plus en plus les gradins de la résistance principale et pour augmenter le-degré de shuntage des inducteurs, permet d'obtenir un nombre élevé de crans de démarrage et de freinage tout en ne nécessitant qu'un nombre relativement restreint de contacts au controller et de connexions aux résistances.
Par exemple, si la résistance principale est divisée en m éléments et la résistance secondaire en n éléments, on obtiendra : (m+1) (n+1) crans de démarrage, (n+1) crans de shuntage des inducteurs et (m+1) (n+i) crans de freinage rhéostatique.
Le schéma de démarrage et de freinage des moteurs décrit ci-dessus réduit le nombre de contacts à commander par le controller et par conséquent la hauteur utile de cet appareil.
Toutefois, comme il faut obtenir une distance minimum de coupure entre les balais et les touches conductrices du tambour du controller, la distance entre les points de la surface du tambour qui s'arrêtent devant un balai pour chaque cran du controller, est déterminée. Il s'ensuit que l'augmentation du nombre de crans du controller impose un plus grand diamètre du tambour à touches et par suite nécessite une augmentation de l'encombrement en surface du controller.
En vue de réduire le diamètre du controller, on répartit,
<Desc/Clms Page number 6>
d'après l'invention, les points de la surface du tambour qui défilent devant un balai suivant des spires d'hélices et on communique au tambour un mouvement hélicoïdal.
La fig. 3 représente le mode d'entraînement du tambour du controller. La manette M entraîne, au moyen d'un accouplement télescopique a, le tambour t dont une extrémité porte une tige filetée f se vissant dans un écrou e solidaire du bâti d du controller. Le tambour t est animé à la fois d'un mouvement de rotation autour de son axe au moyen de la manette M et d'un mouvement de translation suivant son axe résultant du déplacement de la vis f dans l'écrou fixe e. La combinaison de ces deux mouvements communique au tambour t un mouvement hélicoïdal. Il s'ensuit que les points de la surface du tambour t qui défilent devant un balai b se trouvent sur une hélice h.
En déplaçant la manette M de plusieurs tours, plusieurs spires d'hélice défilent devant le balai b, on peut ainsi répartir le grand nombre de crans du controller sur un tambour de diamètre restreint.
Sur la trace des diverses spires d'hélice ,, on place des touches conductrices venant en contact avec les divers balais et dont la situation et la longueur dépendent de l'ordre et de la durée de fermeture des contacts qui réalisent l'élimination progressive de la résistance comme il a été décrit plus haut.
Lorsqu'on utilise un controller avec contacteurs à comme de mécanique, le balai b est remplacé par un galet placé à l'extrémité du levier d'un contacteur. Les points de contact du galet sur le tambour se trouvent sur une hélice. Cette hélice peut être matérialisée ou non sur le tambour par un filet de vis taillé dans sa surface. Sur la trace de cette hélice, le tambour ou le filet de vis est percé d'encoches. Lorsque le galet roule sur le tambour ou le filet de vis le contacteur est ouvert; lorsque le galet tombe dans une encoche, un ressort ferme le contac- teur. L'espacement et la longueur des encoches dépendent de l'or- dre et de la durée d'enclenchement des contacteurs suivant le schéma d'élimination de la résistance sus-visé.
Dans la description précédente, les moteurs de trac-
<Desc/Clms Page number 7>
tion restent toujours couplés en parallèle, mais le/controller à grand nombre de crans établi suivant l'invention peut aussi démarrer des moteurs couplés constamment en série. Le controller peut encore être conçu pour réaliser le démarrage des moteurs couplés successivement en série et en p arallèle. Dans ce cas, le démarrage avec le couplage série des moteurs s'obtient en élimi- nant la résistance ainsi qu'il a été décrit plus haut.
Ensuite les touches ou les contacteurs de couplage peuvent effectuer, sui- vant des procédés connus, la transition du couplage série au coupla: ge parallèle en même temps qu'une partie de la résistance est à nouveau introduite dans le cirêùit. L'élimination de la résistance et le shuntage des inducteurs dans le couplage parallèle se font comme précédemment.
On a considéré à titre d'exemple un équipement à deux moteurs, mais l'invention peut s'appliquer à des équipements à quatre ou six moteurs, ou même davantage,dont le démarrage s'effec- tue soit avec un seul couplage., soit en utilisant successivement @ divers couplages.
On remarquera qu'avec le schéma des connexions repré- senté fig. 1, on peut aisément brancher en parallèle sur un élé- ment de la résistance principale, outre la résistance secondaire, les éléments de la résistance principale qui ont déjà été éliminés.
Par exemple, lorsque le controller se trouve sur un des crans 22 à 26 fig. 2, en fermant le contact Cr2, on branche en parallèle sur l'élément R3, ltélément R2; en fermant les contacts Cr2 et Cr1 on branche en parallèle sur l'élément R3, l'élément R2 et l'élément Ri. On dispose ainsi de moyens supplémentaires pour modifier la résistance tout en conservant le même nombre de con- tacts au controller.
Le nouveau controller à grand nombre de crans peut encore s'appliquer au démarrage et au freinage d'autres types de moteurs électriques soit qu'il serve à l'élimination de la résistance de démarrage, ou au réglage de la résistance d'excitation, soit qu'il modifie successivement ou simultanément ces deux résistances. Il peut encore être appliqué à un réglage précis de la vitesse des '
<Desc/Clms Page number 8>
moteurs. En général, il peut être utilisé chaque fois qu'il s'agit de régler très finement une résistance.