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Dispositif différentiel électro-mécanique de trans- mission d'énergie au moyen de machines électriques sans collecteur.
La présente invention vise un dispositif différentiel électro-mécanique de transmission d'énergie au moyen de ma-
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chines électriques sans collecteur.
Il est déjà connu de transmettre de l'énergie mé- canique avec réglage de vitesses par des moyens utilisant simultanément la voie mécanique et la voie électrique et comprenant un jeu d'engrenages différentiel. Dans un tel dispositif connu, la machine à propulsion mécanique ou ther- mique, source première d'énergie mécanique, est accouplée à l'un des arbres du différentiel tandis qu'une machine électrique au moins est accouplée à un deuxième arbre de ce dernier et que la machine à entraîner est accouplée à un troisième arbre de ce même différentiel. La machine électrique précitée, dite machine électrique postérieure, est une machine à courant continu habituellement connectée à une machine électrique antérieure, qui est elle-même aaDuplée à l'un des autres éléments du différentiel.
D'autres dispositifs ont été proposés, utilisant au moins une machine électrique alimentée indirectement par un ré- seau électrique et accouplée à une machine à entraîner par l'entremise d'un différentiel.
Dans les dispositifs précités, le réglage de la vi- tesse se fait essentiellement à l'aide de machines à courant continu.
Le but de la présente invention est de permettre l'em- ploi de machines électriques sans collecteur pour trans- mettre l'énergie principale d'entraînement. Ainsi deux machines électriques au moins entraîneront chaque élément
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de la machine à entraîner : le dispositif se distingue donc par le fait qu'au moins deux machines électriques sans collecteur sont accouplées au moyen d'un jeu d'engre- nages différentiel à chaque élément de la machine à entraî- ner. L'une des machines de chaque élément peut être ali- mentée à la fréquence du réseau et l'autre à une fréquence auxiliaire variable.
On évite ainsi l'inconvénient des dispositifs connus d'exiger l'emploi de moteurs à collecteurs pius délicats et plus coûteux.
Les moteurs à collecteurs pour courant monophasé ne pouvant pas facilement être construits pour des fré- quences de plus de 25 périodes par seconde, il est diffi- cile d'alimenter des réseaux de traction à de plus hautes fréquences, soit à 50 ou 60 périodes par exemple. Dès le moment où l'on peut utiliser des moteurs synchrones ou asynchrones, ce problème particulier se trouve par contre résolu.
Une solution également connue consiste à utiliser un moteur sans collecteur, général, pour tout le véhicule, dont les axes sont alors entraînés par une transmission du type Ward-Léonard. Mais ce dispositif exige une puissance to- tale installée dans les machines électriques se montant à trois fois celle nécessaire à l'entraînement du véhicule. En entraînant chacun des axes par un dispositif différentiel électro-mécanique avec un moteur alimenté directement à la fréquence du réseau et l'autre à une fréquence transformée,
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on peut par contre réduire la puissance totale installée dans les machines électriques au-dessous du double de celle du véhicule et avoir simultanément l'avantage de pouvoir utiliser des moteurs plus robustes et meilleur marché pour attaquer les axes.
Le dessin annexé montre trois formes de réalisation de l'objet de l'invention, données à titre de simples exemples et sous forme de schémas.
La fig. 1 a trait à une locomotive électrique ali- mentée à l'aide d'une ligne de contact unipolaire à courant alternatif à la fréquence des réseaux de force et de lumière, soit généralement 50 ou 60 périodes.
La fig. 2 représente le schéma d'un véhicule Diesel électrique à courant alternatif.
La fig. 3 est un exemple semblable à celui de la fig.
1.
Tous ces véhicules sont pourvus de deux machines fonctionnant comme source de courant polyphasé, dont une au moins donne différentes fréquences seconaaires.
Dans l'exemple selon la fig. 1, la tension de la ligne de contact 1, soit par exemple 15000 volts à 5 0 périodes par seconde, est abaissée dans le transformateur 2, par exemple à 6000 volts, pour alimenter le transformateur de phase 3, lequel fonctionne simultanément comme moteur syn- chrone monophasé et comme générateur de courant triphasé, donnant par exemple 6000 volts entre phases aux moteurs de traction 4 et 5, qui sont accouplés au différentiel 6 par
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les arbres 7 et 8, différentiel qui est lui-même accouplé à l'arbre de traction 9 par le dispositif 10.
Tandis que le moteur 5 est alimenté par la ligne 11 à la fréquence du réseau, le moteur 4 est alimenté par la ligne 12 à différentes fréquences données par le transfor- mateur de fréquence 13, qui est luilmême accouplé au moteur synchrone 3 par un dispositif 14 mécanique, électrique ou électromécanique, influençant le transformateur de fréquence 13.
Si le dispositif 14 est un simple accouplement, la vi- tesse du véhicule représenté par la fig. 1 peut être réglée au moyen de la combinaison des deux fréquences.
La locomotive selon le schéma de la fig. 2 pourra aussi être réglée en combinant deux fréquences en pré- voyant en 15 un embrayage enclenché. Le moteur Diese 16 entraîne ici deux générateurs triphasés 17 et 18 qui ont des nombres de pôles différents et donnent par conséquent différentes fréquences. Deux arbres différents 19 et 20 sont entraînés chacun par deux moteurs 21 et 22 au moyen des deux différentiels 23. Autrement le réglage est le même que dans l'exemple de la fig. 1. Le générateur 17 alimente les moteurs de traction 21 tandis que les moteurs de trac- tion 22 sont connectés au générateur 18.
Au moins l'un des deux générateurs doit être excité par une fréquence donnée par le premier générateur et par conséquent fonctionne comme transformateur de fréquence, plusieurs fréquences différentes pouvant être obtenues grâce au commutateur 24. Ceci a l'avan-
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tage de mieux répartir les charges entre les deux machines.
Un réglage fin de la fréquence auxiliaire peut enfin être obtenu à l'aide des macnines 25 et 26 reliée pur la ligne 27 et constituant un groupe Ward-Léonard, le disposi- tif 15 étant découplé.
La vitesse du véhicule représenté par le schéma de la fige 3 est réglée au moyen d'une combinaison de deux fréquences différentes et non pas au moyen de différentes combinaisons dans l'alimentation des moteurs. Le rotor du transformateur de phases 28 alimenté par la ligne de con- tact monophasée 29 entraîne, dans ce but,une deuxième machine 30 qui produit du courant polyphasé d'une fréquence diffé- rente.
Si la machine 28, qui livre du courant polyphasé à la fréquence de 50 périodes du réseau, a six pôles et si la machine accouplée 30 a deux pôles,elle produira une fréquence de 16 2/3 périodes si elle aussi est excitée par du courant continu. Si par contre elle est excitée, comme dans l'exemple selon la fig. 1, par du courant alternatif à 50 périodes, elle donne une fréquence de 33 1/3 périodes ou de 66 2/3 périodes. La vitesse du véhicule peut donc être réglée de la façon suivante : en faisant tourner les moteurs 31 et 32 dans le même sens ou dans le sens contraire, en les alimen- tant à la même fréquence ou à des fréquences différentes, ou encore en bloquant l'un des moteurs.
En supposant que les deux moteurs asynchrones 31 et 32 à induit en court-circuit, entraînant l'arbre 33 au moyen du différentiel 34 ont le
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même nombre de pôles, par exemple quatre pôles, on peut ob- tenir les six vitesses indiquées dans le tableau suivant :
EMI7.1
<tb> Moteur <SEP> 31 <SEP> Moteur <SEP> 32 <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> l'arbre
<tb> entraîné
<tb> Fréquence <SEP> Vitesse <SEP> Fréquence <SEP> Vitesse <SEP> t/min <SEP> % <SEP> du <SEP> maximu
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> ¯ <SEP> 1500 <SEP> 33,3 <SEP> -1000 <SEP> 250 <SEP> 16 <SEP> 2/3
<tb>
<tb>
<tb> 33,3 <SEP> ¯ <SEP> 1000 <SEP> bloqué <SEP> 0 <SEP> 500 <SEP> 33 <SEP> 1/3
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 750 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb> 33,3 <SEP> ¯ <SEP> 1000 <SEP> 33,3 <SEP> ¯1000 <SEP> 1000 <SEP> 66 <SEP> 2/3
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> ¯ <SEP> 1500 <SEP> 33,3 <SEP> ¯1000 <SEP> 1250 <SEP> 83 <SEP> 1/3
<tb>
<tb> 50 <SEP> ¯ <SEP> 1500 <SEP> 50 <SEP> ¯ <SEP> 1500 <SEP> 1500 <SEP> 100
<tb>
Si l'excitation du générateur 30 est commutable du courant polyphasé au courant continu,
on obtient une troisième fréquence (16 2/3 périodes) et ainsi un grand nombre d'autres vitesses. En changeant le nombre de pôles ou le sens de rotation du champ tournant de l'un des deux ou des deux générateurs 28, 30 on peut aussi obtenir un plus grand nombre de vitesses.
Si les'moteurs de traction des exemples donnés sont construits pour le même couple maximum, ils absorbent une partie de l'énergie proportionnelle à leur nombre de tours.
L'invention permet la récupération à chacune des positions de marche, l'appareillage de commande étant très simple car les mêmes connexions servent pour les deux directions.
Une autre application de l'invention permet d'obtenir également un réglage continu, même en utilisant, comme moteurs de traction, des moteurs asynchrones à induit en court-circuit, si la vitesse du transformateur de fré-
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quence est réglée d'une faon continue, comme c'est le cas dans l'exemple selon la fige 3.
On peut aussi atteindre ce résultat en utilisant comme transformateur de fréquence une machine à collecteur, ou en accouplant un transformateur de fréquence sans collecteur au moyen d'un dispositif d'entraînement tel que 35 de la fige 3, réglable d'une façon continue et pouvant être pure- ment mécanique ou électrique, ou encore électro-mécanique, comme cela est représenté. Dans ce but une petite machine 36, qui pourra être avantageusement une machine à collecteur est connectés par une ligne 37 à une machine semblable 38.
Ces deux machines, accouplées au différentiel 35, règlent la vitesse du transformateur de fréquence 30 à l'aide du moteur synchrone 28.
Un dispositif auxiliaire semblable pourrait être introduit dans l'exemple selon la fig. 2 à la place de l'accouplement 15. Les machines 36 et 38 peuvent être re- lativement petites, car le transformateur synchrone de phases 28 peut retransmettre électriquement les trois quarts de la puissance traversante, soit la moitié de cette der- nière pour alimenter les moteurs 31 et un quart pour le transformateur de fréquence 30, qui recevra d'autre-part un quart de la puissance totale mécaniquement, à l'aide du différentiel 35 et des machines 36 et 38.
L'énergie traversant le transformateur de fréquence alimente le moteur 32. L'énergie mécanique à régler n'étant que le quart de l'énergie totale les machines 36 et 38
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peuvent n'être prévues que pour le seizième de l'énergie nominale, si l'on choisi judicieusement les rapports des vitesses de toutes les machines.
On pourrait aussi prévoir un réglage à gradins tel que le permet le commutateur 24 de la fig. 2.
Les avantages de la transmission par différentiel électro-mécanique ressortiront encore davantage si l'on choisit la tension des machines électriques d'une transmis- sion prévue pour un moteur Diesel, par exemple comme celle selon la fig. 2, de telle façon que les mêmes machines puissent être aussi entraînées par le courant d'au moins un réseau électrique. De cette façon un véhicule à moteur Diesel peut être transformé en véhicule électrique sans qu'il ne transporte, ni dans un cas ni dans l'autre, de machines électriques principales inutilisées. Cette solu- tion sera possible pour tout véhicule : trolleybus, loco- motive, automobile, remorqueur, bateau fluvial.
Une solution analogue peut être appliquée à toute machine stationnaire complexe, en particulier à toute machine d'industrie.