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La présente invention concerne les bancs de résistances des moteurs électriques à excitation série, compound ou shunt, du type dans lequel, au cours de l'accélération et'du freinage dynamique, les résistances destinées à contrôler le courant sont progressivement éliminées du circuit du moteur et elle a plus particulièrement pour objet le shuntage des résistances interca-. lées dans le circuit d'excitation des moteurs de traction.
Il est bien connu que les machines électriques a courant continu engendrent une très faible tension ou force électromotrice lorsqu'elles tour- nent à une vitesse beaucoup plus faible que leur vitesse nominale. C'est pour cette raison que, lorsqu'une telle machine électrique est employée comme moteur, une impédance variable contrôlée, en série avec l'impédance variable
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du moteur, se révèle nécessaire pour régler l'impédance totale du circuit et pour éviter des intensités de courant excessives au cours de l'accélération sous charge. De même, il est nécessaire, au cours d'un freinage dynamique de recourir au réglage d'une impédance variable pour contrôler le courant.
Dans la technique du réglage des moteurs électriques nécessitant un système de commutation des résistances et, en particulier mais non exclusive- ment, dans la technique de réglage des moteurs de traction, on s'efforçait con- tinuellement à obtenir un nombre maximum de crans effectifs de réduction de ré- sistance, avec un minimum de' masse du banc de résistance, de sections de résis- tances et de nombre de dispositifs associés de commutation.
De tels systèmes comprennent un certain nombre de sections de résistances et contacteurs corres- pondants, actionnés à la main, par cames, par voies électropneumatiques ou élec- tromagnétiques, ces sections de résistances pouvant être shuntées successive- ment ou couplées en différentes combinaisons en série ou en parallèle avec d'autres sections, pour réduire l'impédance série du système et pour produire des accélérations des moteurs au cours de leur travail de.traction ,et des ralentissements au cours de leur freinage dynamique.
Il est avantageux de pouvoir réduire progressivement la résistance suivant un grand nombre d'étages ou de crans, car,le moteur développant un cou- ple spécifique dans l'un quelconque des crans, le passage du contrôleur au cran suivant provoquera un accroissement du couple moteur et, afin d'obtenir un maxi- mum d'accélération globale utilisable sans patinage ou courants excessifs, le couple doit être maintenu aussi près que possible d'une valeur constante. Il est, par conséquent, désirable que l'accroissement de tension ou la réduction de résistance soient en pratique aussi faibles que possible.
Par ailleurs, le nombre d'étages ou de crans sera, de manière générale, limité par le nombre de sections de résistances, de contacteurs , ou la masse de résistance, condition- nés par l'espace dont on dispose, par la complexité et le prix de l'appareilla- ge de contrôle.
S'il était pratiquement possible d'employer tout le temps et toutes les sections du banc de résistances, couplées en série ou en parallèle, la masse du banc de résistances nécessaire pour une application particulière s'en trouverait considérablement réduite. Les efforts théoriques pour le ré- aliser on aboutie, toutefois,. jusqu'ici, à un tel accroissement du nombre re- quis de contacteurs de commutation. que la masse du mécanisme, de commutation
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est devenue trop grande et le système impraticable et inutilisable.
S'il était praticable d'employer chacun des contacteurs pour cha- que cran, le nombre de contacteurs nécessaires pour une application particu- lière s'en trouverait considérablement réduit. Les efforts théoriques faits dans le passé pour cette réalisation ont abouti toutefois à une telle augmen- tation du nombre et de la masse des sections de résistances nécessaires, que le système devenait impraticable et inutilisable.
Tout système existant à résistance variable représente un effort sur la voie vers un optimum de ces deux résultats à atteindre : un minimum de masse du banc de résistances et de plots, et un nombre minimum de contacteurs.
La présente invention a, par conséquent, pour objet un équipe- ment perfectionné de commutation des résistances électriques à étages multiples, caractérisé par un nombre accru d'étages de résistances pour un nombre de con- tacteurs employé ou par une réduction du nombre de ces derniers pour un nombre d'étages de résistance inchangé.
L'invention a encore pour objet un équipement de commutation de résistances électriques,utilisant chaque partie de résistance pendant un plus grand pourcentage de temps, les"valeurs des étages de résistances de cet équi- pement forment une progression géométrique. Les contacteurs de cet équipement ferment mais n'ouvrent pas les circuits traversés par un courant électrique, de manière à réduire ldusure des contacts et à éliminer les dispositifs de souf- flage d'arcs accessoires.
L'invention réalise un équipement de commutation des résistances électriques, facile à mettre au point et utilisable pour tout nombre d'étages de résistances, grâce à une disposition symétrique du circuit, et s'applique au contrôle des moteurs électriques.
En résumée la présente Invention réalise ,dans l'une de ses for- mes non limitative, ltemploi d'un banc de résistances comprenant un certain nombre de sections de résistances électriques couplées,en série, avec une série de plots de tension reliés, par l'intermédiaire de contacteurs, à deux fils col- lecteurs, qui peuvent 'être alternativement ou successivement connectés au cir- cuit de charge pour mettre ainsi en série avec ce dernier, des sections d'un banc de résistances.
Au cours du fonctionnement, lorsque l'intensité du courant dans
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le banc de résistance a atteint un minimum prédéterminé, une section de ce banc de résistance est shuntée. Lorsque le courant a diminué de nouveau suffisamment la section shuntée est connectée entre les deux fils collecteurs, en parallèle avec une autre section. Ce processus continue jusqutau moment où toutes-les sec- tions parallèles sont shuntées ; ce moment ces sections shuntées sont mises sé- lectivement en parallèle avec la section de résistance voisine consécutive.
L'invention, ses objets et avantages deviendront plus apparents à la lecture de la description qui suit et à l'examem des dessins qui l'accompa- gnent et dont : - la figure 1 représente un diagramme schématique illustrant une réalisa- tion de l'invention appliquée aux moteurs de traction électriques, - la figure 2 représente un tableau de séquences montrant deux Séquences prédéterminées possibles de fonctionnement du contrôleur, la résistance totale de la partie du circuit comportant le banc de résistances et la réduction de la résistanée entre deux crans pour une série des valeurs particulières de sections de résistances, les contacteurs qui sont fermés par le contrôleur et les sections du banc de résistances utilisées pour chaque cran,
- la figure 3 représente des diagrammes du circuit de la résistance, mon- trant la disposition prédéterminée des sections principales de résistances pour différents crans d'un shuntage symétrique de résistances.
En se référant à la figure 1, on voit que l'équipement comprend des contacteurs 1, 2, 3 4, 5, 6, 7,8 et 9 servant à brancher un banc de réais... tances de charge limitant le courant et composé des sections de résistance cou plées en série ,A, B, C, D, E, F, G et H ,munies de plots de tension 11,12 13 14 15, 16, 17 et 18 à leurs extrémités. Ce banc'de résistances peut, au moyen du contacteur 1 et du fil collecteur 23 ,être connecté en série avec la charge à impédance variable, matérialisée ici par les moteurs de traction électriques 19 & 20 et leurs enroulements d'excitation série 21 & 22. le con- tacteur 2 relie le fil collecteur 24 et le plot de tension 11 aux moteurs 19 et 20.
Les contacteurs 3 5, 7 et 9 ont chacun une borne reliée au fil 23 , l'autre borne étant reliée respectivement aux plots de tension 12, 14 16 & 18 De même,.les contacteurs 4, 6 et 8 relient le fil collecteur 24 respective- ment aux plots de tension 13. 15 & 17 . Tous les contacteurs peuvent être ac-
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-tionnés par un contrôleur unique à came ou à tambour 25 .
Selon la réalisation préférée de l'invention, les fils collecteurs 23 & 24 sont adaptés à être re- liés aux plots de tension séparés et alternés selon des couplages prédéterminés montrés à la figure 2, qui illustre le développement du contrôleur à came:: 25
Pour rendre les moteurs 19 & 20 réversibles, leurs eneroulemtn d'excitation respectifs 21 & 22 sont branchés au moyen d'un commutateur Anver seur montré schématiquement en 26 .
Lorsqu'on met en marche et accélère les moteurs série de traction à courant continu 19 & 20 , le courant d'alimentation est capté par le pantogra- phe 27 et passe , à travers l'interrupteur de démarrage 28 dans les moteurs 19 & 20 et leurs enroulements d'excitation série 21 et 22 . Le courant traverse ensuite une partie de la résistance ABCFDEFGH avec l'un des deux contcteurs 1 ou 2 fermé, reliant le fil collecteur 23 ou 24 respectivement au circuit de charge et à la terre par le contacteur ou interrupteur 31 .
Afin que la résis- tance ABCDEFGH puisse être branchée en parallèle aux enroulements d'excitation 21 et 22 pour affaiblir encore davantage le champ engendré par ces enroulements dans le but d'accélérer les moteurs de traction, le contacteur 31 ,montré sché- matiquement à la figure 1 comme étant du type à trois directions, peut être évi- demment actionné par tout moyen connu tel que,par exemple,les cames du contrôleui 25 , à la main, des relais, etc..
En supposant que l'interrupteur 28 et le contacteur 31 soient fermés pour mettre le système à la terre à travers les moteurs, et que le conducteur est prêt à accélérer les moteurs de traction 19 et 20 à partir de leur position d'ar- rêt, le contrôleur d'accélération à tambour, à séquence de contacts montrée sur la figure 2, est déplacé au cran 1 ,lequel ,comme le montre cette figure, ferme le contacteur 1 pour mettre en série le fil collecteur 23 et pour brancher dans le circuit la résistance série ABCDEFGH entière (voir figure 3, cran 1) entre la charge à impédance variable des moteurs 19 et 20 et le retour par la terre du système.
Au fur et à mesure de l'accélération des moteurs 19 et 20, ces derniers développent une force contreélectromotrice qui réduit le courant dans le circuit série comprenant la résistance ABCDEFGH A une certaine va- leur minimum de l'intensité du courant, le contrôleur est déplacé dans une po- sition correspondant au cran 2, reliant le fil collecteur 24 en série avec les moteurs et augementant l'intensité du courant du circuit en shuntant la section
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de résistance A .Cet accroissement de l'intensité du courant augmente le couple des moteurs 19 et 2 pour les accélérer davantage.
11 est clair que le contrôleur 25 peut être déplacé automatiquement' d'un cran au cran suivant, pour fermer et ouvrir les contacteurs; cette disposi- tion ne faisant, toutefois, pas partie de la présente invention ne sera pas décrite dans ce qui suit.
Pour rendre l'invention plus compréhensible et à titre d'exemple non limitatif, on donnera aux sections A, B, C, D, E, F, G, H de résistance des valeurs numériques. Ainsi, par exemple les sections de résistance en question auront respectivement la valeur de 2,05 - 2,05 - 1,15 - 1,15 - 0,68 0,698 0,55 au 0,51 ohms.
Ainsi, lorsque la section de résistance A se trouve shuntée par le mouvement du contrôleur du cran 1 au cran 2, la résistance totale de 8,82 ohms est réduite à 6,77 ohms. Il y a lieu de noter ,selon la figure 3, qu'en fermant le contacteur 2 au cran 2, on connecte le fil collecteur 24 ce qui shunte le contacteur 1 en le privant du courant. En passant du cran 2 au cran 3 le contacteur 1 est ôùvert, sans provoquer un arc de coupure grâce au fait précité qu'il n'y avait pas de courant, et le contacteur 3 est alors fermé, couplales sections A et B de résistance en parallèle entre les fils collecteurs 23 et 24 . Les sections de résistance A et B couplées-en paral- lèle, sont connectées aux sections série C, D, E, F, G et H comme le montre le cran 3 de la figure 3.
En passant au cran 4 le contacteur 1 se trouve fermé et le fil collecteur 23 shunte les sections A et B de résistance par les contacteurs 1 et 3 fermés, et supprime le connent dans le contacteur 2.
Si l'on passe au cran 5, le contacteur 2 est ouvert et le contacteur 4 est fermé, de sorte que les sections A,B et C se trouvent branchées en parallèle entre les fils collecteurs 23 et 24 . Ces sections parallèles A B/et 0 sont ainsi couplées en série aux sections de résistance D, E F, G et H à travers le contacteur 4 et le plot de tension 13 . Le passage au cran 6 terme le contacteur 2 pour shunter les sections A, B et C par le fil 23,et le contacteur 4 pour supprimer le courant dans le fil 23 et dans les contac- teurs 1 et 3 ,pour que ces derniers puissent s'ouvrir sans provoouer des arcs de rupture,
Le passage au cran 7 ferme le*contacteur 5 pour relier'le fil col-
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-lecteur 23 au plot de tension 14 et pour mettreles sections de résistance
A et D en parallèle entre les fils 23 et 24 . Dans cette position au cran 7, les sections de résistance B et C demeurent shuntées par le fil 24 qui est connecté au plot de tension 11 et, par le contacteur 4, au plot de tension 13.
Le groupe des sections A et D couplées en parallèle, est connecté en série avec les sections E, F, G et H par le contacteur 5 qui est connecté au plot de tension 14 . An cran 8, le contacteur 3 est fermé et chacune des sections de résistance A, B, C et D se trouve couplée en parallèle entre les fils col- lecteurs 23 et 24, cette combinaison des sections parallèles étant connectée en série avec les sections E, F, G et H, par le contacteur 5 . En passant au cran
9 on ferme le contacteur 1 pour shunter les sections de résistance A, B, C, D et les contacteurs 2,3 et 4. par le fil collecteur 23 et le contacteur 5 ,de sorte que ces contacteurs 2, 3 et 4 peuvent être ouverts sans risque d'étin- celles.
Il y a lieu de noter que , dans la séquence "symétrique" prédéter- minée montrée sur la figure 2 englobant les crans de 1 à 30, aucun contacteur n'est ouvert avant que les deux fils collecteurs 23 et 24 ne soient connectés respectivement par les contacteurs 1 et 2, de sorte que les contacteurs devant être ouverts sont shuntés pour empêcher tout dommage pouvant 'être causé par les étincelles.
La séquence symétrique dans les crans 1 à 30 représentée dans les figures 2 et 3 laisse la section de résistance A en circuit pendant 77% de temps. Les sections de résistance B, C, D, E, F, G et H restent en circuit respectivement pendant 70, 67, 67, 70, 67, 87 et 100 % du temps. Une telle uti- lisation de différentes sections de résistance pendant une aussi large fraction de tempe, nécessite un banc de résistance de masse beaucoup plus faible qu'au cas d'un plus grand nombre'desections utilisées pendant une fraction de temps plus faible. On peut ainsi réduire considérablement les dimensions de ce banc ainsi que le nombre de sections de résistance, tout en obtenant le nombre néces- saire de plots pour cette applications particulière.
Avec un tel système de shuntage des résistances, on obtient selon les figures 1 et 3 30 crans de résistancè pour huit sections du banc de résis tances Si un plus grand nombre de crans est nécessaire pour une application particulière ce système donnera 38 crans avec 9 sections, 47 crans avec 10 sec- tione, 57 crans avec 11 sections, 68 crans avec 12 sections, etc..
Ceci
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est, possièle, suivant une progression, prédéterminée du type symétrique, même si l'on ne doit jamais ouvrir un contacteu-' traversé par un courant, c'est-à-dire en mettant en premier lieu la résistance A en parallèle avec la dernière section à d eenaciter en mettait ensuite A et B en parallèle, puis A, B et U etc le système de shuntage desrésistances montré sur la figure 2 pour les crans de lla -à lésa est enccre soumis à la restriction de ne jansis vrir un contacteur parcouru par un courant.
Toutefois, les crans 11, 16, 190 21 et 26 ont été omis pour abréger la séquence et pour rendre la disposition des crans utilisés plus conforme à une progressicn géométrique.
Il est évident que d'autres combinaisons des sections de rsis- tar-ce sont possibles en fermant, par exemple, les contacteurs dans la combinaison 1 6,7 8, donnant une impédance de 0,79 ohm, ou la combinaison 2, 7,8 9 qui donnerait une impédance de 0,264 ohm. Toutefois, en passant, à partir de ces crans linon symétriques et suivant une disposition prédéterminée, à la position suivante à résistance plus faible, il devient de plus en plus difficile de disposer les con- tacteurs suivant une progression où l'on ouvre chacun d'eux après le cran où il a été shunté.
Il est possible en effet, que le circuit de base montré à la figure 1 puisse être utilisé avec des interrupteurs prévus pour ouvrir un contac- teur traversé par un courant. La capacité de rupture des contacteurs peut être accrue par recours aux pare-étincelles, par augmentation de l'espace d'air, etc..
Des combinaisons additionnelles sont possibles et, pour certaines applications du circuit, de tulles séquences de commutation peuvent être désirables. Toutefois, un tel accrosisemtn des crasrs possibles peut être rendu non économique du fait d'application des pare-étincelles des espaces d'air accrus, etc.. Bans le cas d'application des intersités de courant élevées, cette pratique est susceptible d'entrainer des frais d'entraion augmentés.
En résumé l'emploi des filscollecteurs doubles 23 et 24 da.ns
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ce circuit, quel que soit le moment où les contacteurs 1 et 2 sont fermes/ comme aux crans 2, 4, 6, 9, 13, 18, 24 ou 31, tout contacteur shunté entre le contac- teur fermé en dernier lieu et la ligne d'alimentation, peut être ouvert sans dan- ger de produire un arc de rupture, grâce à la présence du shuntage.
Avec une telle disposition de commutation prédéterminée, utilisant une avance symétrique comme celle montrée dans les crans 1 à 31, il est facile de calculer l'iupédance du système de shuntage des résistances. Il devient apparent que cette disposi- tin emploie moins de contacteurs avec davantage de crans que les systèmes em ployés jusqu'ici , du fait que les "points angulaires" sont utilisés plus rapide- ment que dans ces systèmes anciens. Il devient aussi facilement apparent que cirque section du banc de résistances est employée pendant un pourcentage de tampes plus grand qu'il ne l'était possible dans les circuits anciens de shuntage du résistances.
En particulier, l'invention est applicable aux équipements utili- sant plusieurs moteurs groupés en branches de un ou plusieurs moteurs en série, plusieurs couplages de ce moteur ou de ces branches, la transition d'un couplage à l'autre par les procédés bien connus, notamment par'la méthode du pont, du court-circuit, ou par coupure et plusieurs bancs de résistances réglables.
Dans ce cas, chaque banc de résistances réglables peut être cons- titué .,comma celui qui vient d'être décrit et fonctionner de la même manière; ces bancs de résistances réglables peuvent être identiques ou différer par le nombre de contacteurs et(ou) par le nombre de sections de résistances, et(ou) par la valeur ohmique des sections de résistances, et (ou) parles combinaisons de résistances et de contacteurs utilisées ,parmi toutes celles qui sont réali sables avec chacun des bancs suivant le système décrit plus haut pour un seul banc.
De plus, lorsque plusieurs bancs de résistances réglables sont utilisés, le passage d'un cran au suivant peut être simultané dans tout les bancs ou non, afin d'obtenir dans ce dernier cas davantage de valeurs de la résistance totale des bancs connectés en série et (ou) valeurs de la résistance équiva- lente des bancs connectés en parallèle.