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DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN COURANT ALTERNATIF MONOPHASE DE TRAINS ELECTRI- QUES A VOITURES MOTRICES-OU L'EQUIVALENT.-
La traction d'un chemin de fer est limitée par la friction entre les roues motrices et les rails. Si le coefficient de frottement est . la traction la plus élevée possible au rail vaut /u x G, G étant la charge totale sur les essieux moteurs.
Par conséquent, on obtient le départ le plus rapide si tous les essieux du.train sont moteurs, auquel cas, en négligeant les masses en rota- tion et les frottements, l'accélération la plus grande possible du train vaut a= 9,81 /u m/sec2. Pour une valeur relativement normale du coefficient de frottement, par exemple /u= 0,2, l'accélération maximum théorique vaudra environ 2m par sec2.
Si la charge totale sur les essieux non moteurs vaut n fois la charge sur les essieux entraînés, l'accélération la plus élevée possible vaudra environ 2 m/sec2. n
Pour du trafic local,on exige normalement au dpart une accélé-. ration d'environ 1m/sec2, la conséquence étant que dans de tels trains n=2, c'est-à-dire qu'au moins un essieu sur deux doit être moteur. Dans les trains souterrains modernes on a tendance à rendre chaque essieu moteur pour que le trafic soit maintenu même s'il faut déconnecter les moteurs de certai- nes voitures parce qu'ils sont en panne, et aussi pour pouvoir rattraper des retards éventuels. Dans ce cas, n=l.
Du trafic local de ce genre exigeant des départs assez rapides ne peut être réalisé au moyen de locomotives, même si la locomotive ne tire qu'un petit nombre de voitures pour voyageurs. Malgré tout, l'on a utilisé,
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à titre d'expérience pour du trafic local avec trains équilibrés, des loco- motives placées au milieu du train comme indiqué à la figure 1. Avec ce dispositif et le nombre de voitures indiqué à la figure, le nombre total d'essieux du train est 36,dont 4 seulement sont moteurs, et l'accélération est donc faible. Il faut ajouter à ce défaut un gros travail de manoeuvre pour placer les locomotives au milieu du train, parce que pour des motifs techniques de trafic on ne peut placer plus de 4 à 5 voitures à l'avant de la locomotive.
Le train est pourvu d'un fil de passage pour la commande, permattant de commander la locomotive de l'avant de la première voiture.
Pour les raisons énumérées ci-dessus, on utilise pour du tra- fic souterrain ainsi que d'autres trafics urbains et suburbains des trains composés uniquement de voitures motrices ayant un nombre plus ou moins grand d'essieux moteurs. Ces trains ont aussi des fils de passage pour la com- mande, de sorte que le train entier peut être commandé de la plate-forme avant du train. Dans un tel arrangement, chaque voiture doit avoir non seu- lement ses moteurs mais un dispositif complet de commande centrale réglé au moyen du fil de passage. L'équipement devient, dans ce cas, compliqué et présente des risques de pannes.
Ces défauts sont encore plus marqués dans les trains à voitu- res motrices alimentés en courant alternatif monophasé, et c'est pourquoi, dans certains cas,on utilise un équipement de commande commun avec trans- formateur placé dans une des voitures, d'où l'on envoie le courant princi- pal aux moteurs des autres voitures.
Un dispositif de ce genre ne peut être réalisé pratiquement comme un ensemble,parce que les moteurs monophasés modernes utilisent de la basse tension, raison pour laquelle il faudrait de très gros câbles de connexion pour les moteurs, les câbles devant être bipolaires pour que le courant de retour n'endommage pas, par exemple, les roulements à billes, etc. des voitures. Une telle disposition est représentée à la figure 2, la voiture A étant la voiture munie de l'équipement de commande, les voi- tures B, C, D, etc n'ayant que des moteurs.
Dans ce cas le réglage de la tension des moteurs sera faite par l'intermédiaire d'un transformateur avec la soi-disant commande haute tension placée dans la voiture A, et est caractérisé en ce que l'enroulement transformateur 2 est connecté par cur- seur à $+enroulement haute tension 1 via des enroulements de couplage. Le feeder bipolaire de sortie 3 est connecté à l'enroulement 2 par un coupla- ge économiseur. Les moteurs 4a, 4b, etc... sont connectés en permanence au feeder. Des couplages spéciaux 5, prévus pour un courant de moteur ma- ximum, sont nécessaires pour amener le courant de moteur d'une voiture à l'autre.
Si dans ce cas, comme à la figure 1, le train est composé de 9 voitures à deux moteurs chacune, chaque moteur ayant une puissance de 300 chevaux-vapeur par exemple et un courant de démarrage de 1.000 ampères, 18 des 36 essieux du train seront moteurs au lieu de 4, dans le cas de la loco- motive de la figure 1. La puissance moteur totale du train vaudra ainsi 5.400 HP. Si les moteurs de chaque voiture sont mis en série pour avoir le courant le plus petit possible dans le feeder et si de plus la voiture à trolley est placée au milieu du train pour que le feeder ne reçoive que la charge de la moitié du train, chacun des feeders de sortie véhiculera 4.000 ampères au démarrage sous une tension maxima aux moteurs d'environ 350 volts.
Avec une telle disposition, le train sera le même que celui de la figure 1, sauf que la locomotive est remplacée par la voiture à trolley A. Il y aura donc les mêmes complications de manoeuvre, etc... qu'avec la locomotive, et un nouveau défaut s'ajoute, les feeders de distribution qui rendent la division ou la formation d'un train pratiquement impossible ail- leurs que dans l'atelier ou dans un hangar d'entretien. Si l'on place la
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voiture A à l'extrémité du train, le feeder est chargé d'un courant double qui sera donc de 8.000 ampères au démarrage. L'ampérage sera encore doublé et amené à 16.000 ampères si l'on connecte les moteurs de voiture en parallè- le électriquement, pour pallier au risque de patinage des essieux moteurs.
Le but de la présente invention est de réaliser les principes de connexion présentés à la figure 2 dans le cas de courant alternatif mono- phasé, mais sans les défauts d'un tel arrangement, ce qui permettra de pla- cer la voiture à trolley A dans le train à tout endroit désiré et de con- necter les moteurs en parallèle.
Ces principes de connexion sont représentés à la figure 3 et la figure 4 donne un exemple de composition de train. Les autres voitures B, C, D etc. à moteurs sont supposées groupées arbitrairement des deux côtés ou d'un côté de la voiture à trolley A. Comme à la figure 2 il est supposé que l'on utilise la commande haute tension, l'enroulement 1 seul étant com- mun à toutes les voitures, tandis que l'enroulement 2 au contraire est di- visé en plusieurs parties 2a, 2b, 2c, etc., chacune de ces parties fournis- sant le courant à une paire de moteurs.
La liaison entre l'enroulement 1 et les parties d'enroulement 2 est réalisée au moyen d'un seul fil 3 qui parcourt le train, le fil de retour étant omis et remplacé par un retour direct aux rails. Si la tension du câ- ble aérien est de 15.000 volts, ce qui est courant pour des chemins de fer électriques monophasés, la tension du feeder de distribution variera entre cette valeur maximum et zéro. Cependant le transformateur peut être calcu- lé de telle sorte que la tension du feeder sera différente de celle du câ- ble aérien. On peut choisir librement la tension-du câble aérien.
Si dans cette disposition, comme dans l'exemple précédent, le courant de démarrage total est supposé être de 16.000 ampères pour une ten- sion maxima de moteur de 350 volts et une tension de feeder de 15.000 volts, le courant total correspondant dans le feeder sera de 370 ampères seulement distribués entre 9 voitures, le courant d'alimentation dans le fil de dis- tribution étant donc de 41 ampères par minute. Ce courant faible peut être conduit directement aux rails sans dommage, et le système de distribution dans le train sera donc unifilaire.
Même si toutes les voitures à moteurs sont placées derrière la voiture à trolley, le courant le plus élevé à conduire de voiture en voitu- re ne sera que de 330 ampères, c'est-à-dire en quantité un courant moindre que celui pris par le frotteur au fil aérien. Le problème de conduction du courant d'une voiture à l'autre devient plus simple que la. conduction du courant du fil au trolley et peut être résolu simplement par des conne- xions à contacts, par exemple sous la forme de tampons de contact à ressorts (voir figure 5)o Aucune intervention manuelle n'est nécessaire pour les con- nexions, la connexion électrique du feeder étant obtenue par les tampons à ressorts, lors de la formation normale du train. Les tampons à isoler tem- porairement pourront être retirés de leur position de travail par exemple au moyen d'air comprimé.
Les autres connexions entre les voitures du train, par exemple pour la manoeuvre, les signaux, etc. seront les mêmes que dans le cas de la traction par locomotive de la figure 1. Les moyens normaux sont prévus pour renverser le sens de marche, couper le courant des moteurs, etc.
Rien n'empêche que toutes les voitures aient des trolleys qui se- ront utilisés par exemple pour les manoeuvres ou quand les voitures sont ga- rées pour faire du chauffage, de l'éclairage, etc. De tels dispositifs au- xiliaires peuvent être réalisés de différentes manières et avec des équipe= ments courants.
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Si l'on place une voiture à trolley à chaque bout, on obtient un train équilibré sans devoir faire courir des fils le long du train.
Rien ne s'oppose à ce que, à un train composé de la manière décrite, on ajoute des voitures sans moteurs munies du feeder de distri- bution, ou qu'on accroche à l'arrière du train du matériel de roulage ordinaire sans feeder.
Le dispositif proposé est caractérisé en ce que les voitures à trolley jouent le rôle de locomotives et fournissent simultanément de la haute tension contrôlée aux autres voitures auxquelles l'énergie est distribuée uniquement par l'enroulement transformateur 1. Comme l'équipe- ment de la voiture à trolley ne remplit que partiellement l'espace de la voiture, le reste peut être utilisé dans d'autres buts utilitaires, par exemple pour le transport de voyageurs, ou de marchandises, ce qui ne peut pas se faire dans une locomotive. Les voitures à trolley peuvent rouler seules, et quand elles sont attachées à d'autres voitures équipées de mo- teurs et d'un feeder de passage elles jouent le même rôle qu'une locomotive ordinaire, avec la différence que le poids mort en .moteur et transforma- teur est toujours adapté à chaque cas individuel.
D'une façon générale les autres voitures attachées à la voiture à trolley peuvent être entière- ment employées à des buts utilitaires, les moteurs et le reste de l'équi- pement de ces voitures pouvant être montés dans les boggies.
Avec le présent dispositif, il n'y a. plus de problème de con- struction de puissantes locomotives à grande puissance constante, le maté- riel peut être standardisé et rationalisé, et les essieux seront peu char- gés sur toute la longueur du train ce qui est un avantage au point de vue de la construction et de l'entretien. Comme le poids mort moyen est plus faible, l'économie d'énergie est considérablement supérieure au cas de la traction par locomotive. Si certains moteurs tombent en panne, ils peu- vent être déconnectés sans effet appréciable sur la vitesse du train. A l'opposé du système à locomotives individuelles, le présent dispositif se caractérise par un grand pouvoir d'accélération même avec les plus longs trains en service, parce qu'une grande partie du poids du train est tou- jours utilisée pour la traction.
Comme la rame peut être composée de ma- nière quelconque, les problèmes de chocs et de poussées, fréquents dans les trains équilibrés à locomotives, ne se posent pas ici.