Procédé pour réaliser sans à-coups importants la transition entre deux couplages électriques dans un groupe de moteurs électriques à courant continu. On sait que, dans les, installations desti nées à fournir de l'énergie mécanique à l'aide d'une pluralité de moteurs électriques cou plés mécaniquement et alimentés en courant continu sous tension constante et notamment dans les locomotives et automotrices électri ques, où le couplage mécanique se fait par les rails, un des procédés de régulation couram ment employés consiste à faire varier la, ten sion aux bornes des induits des moteurs en modifiant le mode de groupement de ces der niers et en les couplant, suivant les besoins, soit en série, soit en série-parallèle, soit en parallèle, de manière à répartir entre eux, de façon adéquate,
la tension constante du réseau.
On sait également que, d'une façon géné - rale, lors du passage d'un couplage électrique au suivant, le changement de tension ne peut pas être réalisé directement et que, pour éviter des à-coups importants dans l'intensité appli quée aux induits des moteurs et dans les cou- pies ou les efforts de traction correspondants - avec tous les risques que comportent ces à-coups au point de vue mécanique et élec trique - il est nécessaire de passer, en ce qui concerne la tension appliquée aux induits, par un ou plusieurs états intermédiaires assurant une transition progressive.
Mais les méthodes généralement appli quées jusqu'à présent pour, réaliser ce passage d'un couplage à un autre impliquent toutes l'emploi d'un dispositif dévolteur (résistance, groupe, batterie, etc.), qui, pendant la tran sition, est chargé d'absorber une fraction no table de l'énergie disponible et qui, dé ce fait, doit être largement dimensionné, avec comme conséquence un poids et un encombrement re lativement hors de proportion avec le résultat à atteindre étant donné la rapidité avec la quelle s'effectue pratiquement la transition.
On a bien cherché, grâce à certaines va riantes, à réduire l'importance des dispositifs dévolteurs en question.
On a notamment essayé d'y parvenir en rapprochant, autant que possible, à l'aide d'un shunta.ge convenable, la dernière courbe économique vitessc-effort pour le couplage inférieur, de la première courbe économique normale du couplage supérieur.
Toutefois, dans l'état actuel :de la- tech nique et pour lu types de moteurs, usuels, il n'a pas jusqu'à présent -été possible, par ce seul moyen, de supprimer totalement les ré sistances spécifiquement limitatrices d'inten sité et d'effort dites. résistances de transi- tion:., ou les dispositifs auxiliaires spéciaux équivalents.
La présente invention a pour objet un procédé pour réaliser sans à-coups importants la transition entre deux couplages électriques dans un groupe de moteurs électriques à cou rant continu couplés électriquement -et méca niquement.
Suivant l'invention, ce procédé est carac térisé par les opérations suivantes: on modifie les champs inducteurs des mo teurs de façon à rapprocher la courbe vitesse- effort du groupe pour le couplage électrique de départ de celle pour le couplage final, dès que le nouveau régime est établi, on fait subir aux champs une modification tem poraire en sens inverse de la première, qui a pour effet de rapprocher de la nouvelle courbe vitesse-effort pour le couplage de départ celle qu'on obtiendra pour le couplage final aussitôt que les, connexions des moteurs au ront été changées;
on change les connexions des moteurs im médiatement après ladite modification en sens inverse, de sorte que la vitesse du groupe n'a pas le temps de se mettre au régime corres pondant à cette modification; on élimine la modification temporaire des champs.
Des formes de réalisation du procédé sui vant l'invention sont expliquées, à titre d'exemple, à l'aide du dessin annexé.
Le schéma de la fig. 1 montre le résultat que permet d'obtenir le procédé déjà connu de relèvement, par shuntage, de la courbe vi tesse-effort pour le couplage inférieur.
Dans cette figure, S et P représentent les courbes vitesse-effort de l'ensemble des mo- teurs, d'une locomotive par exemple, respecti vement pour la couplage inférieur et pour le couplage supérieur. I est la courbe des inten- lités pour un moteur.
Si l'on se propose d'exécuter la transition du couplage inférieur au suivant au moment où la vitesse de la locomotive, qui restera for cément constante pendant l'opération, est égale à V1, l'effort total étant égal à F1, et l'intensité à I1, on voit que si l'an opérait sans aucune précaution, l'effort passerait ins- tantanement de la valeur F1 à la valeur F2, l'intensité passant elle-même de I1 à I2 pour chaque moteur.
Il y aurait donc, au point de vue des efforts et des intensités, des à-coups nuisibles. Le procédé de shuntage connu dont il a été parlé plus haut et qui a pour effet de rele- ver la courbe vitesse-effort et d'abaisser la courbe les intensités, permet déjà de réaliser un progrès qui se traduit par l'utilisation des courbes S1 et l', tracées en traits discontinus.
Si dans les nouvelles, conditions réalisées, mais bien entendu à la même vitesse constante Tr1, on passe d'abord des courbes S et 1 aux courbes S1 et I', on voit que l'effort devient F'1 > F1, l'intensité par moteur devenant l1.
On a donc, par ce moyen, réduit l'à-coup d'effort F2-F1 à la valeur F2-F'1. Toutefois, jusqu'ici, on n'a pas, sans l'em ploi de résistances de transition, pu ramener la différence F2-F'1 à une valeur acceptable. La fig. 2 montre, au contraire, les résul tats qu'on peut obtenir grâce à la présente invention.
Cette figure est la reproduetion du schéma précédent, mais sur lequel on a tracé une courbe P1 qui représente une position abaissée de la courbe P. Cette nouvelle position est obtenue par un renforcement des champs des moteurs quand les induits, et éventuellement une fraction des inducteurs, sont groupés dans le couplage supérieur.
On voit, sur la figure, que la courbe abais sée Pi coupe la courbe relevée S1 en un point voisin de l'horizontale menée par V1, en sorte que l'effort F"1, qui correspond à la vitesse constante V1, est supérieur à F1' mais se trouve voisin cle ce dernier.
Il est donc clair que le pa-ssage de la courbe Si à .la courbe P, peut être réalisé vans à-coups mécaniques.
On voit également que l'ir_tensité par mo teur est devenue 1",, également voi.#ine de 1',, ce qui montre que les à-coups électriques ne sont pas non, plus à redouter.
Il ne reste plais, pour atteindre la courbe normale P, qu'à réduire progressivement le renforcement temporaire -des champs, qui avait permis d'abaissér la courbe P jusr qu'en P,.
Comme on s'en rend compte facilement, ce procédé n'utilise aucune résistance de transi tion.
L'affaiblissement et le renforcement des champs inducteurs peuvent être réahséess par tout moyen connu, par exemple au moyen de résistances réglables ou à l'aide, de groupes auxiliaires d'importance minime, ou encore en changeant les connexions des enroulements inducteurs.
On comprend que l'équipement des véhi cules peut se trouver par là-même considéra blement allégé par rapport aux systèmes eon- nus, où la transition exige l'emploi des résis tances de transition ou autres dispositifs auxiliaires spéciaux visés plus haut.
L'amélioration est encore plus sensible si, comme dans des modes de réalisation qui se ront décrits plus loin, c'est le dispositif de régulation lui-même qui sert en même temps comme moyen de shuntage et comme moyen de renforcement des champs inducteurs.
Les fig. 3 et 4 sont des schémas mon trant l'application de l'invention à un groupe de deux moteurs-série, la fig. 3 représentant les deux moteurs couplés en série, et la fig. 4 représentant le couplage supérieur.
Comme on le voit dans le couplage série de départ, les enroulements inducteurs l' et 2' sont, suivant une disposition connue, montés en série en aval des deux induits 1 et 2.
En ce qui concerne le couplage supérieur qu'il s'agit de réaliser, on remarquera que seuls les induits 1 et 2 y sont couplés en parallèle, les inducteurs l' et 2' restant en série, mais il est aisé de se rendre compte que les caractéristiques obtenues avec ce dernier mode de montage peuvent être identiques à celles obtenues avec le couplage normal des moteurs-série si le courant qui passe dans la chaîne d'inducteurs est le même que celui qui passe dans une seule branche des induits, con dition qu'il est toujours possible de satisfaire en shuntant judicieusement ladite chaîne d'inducteurs.
Dans l'exemple représenté, les inducteurs l', 2' sont shuntés à l'aide de deux résis tances, respectivement r et p qui sont pour vues chacune d'un contacteur a ou b de mise en ou hors-circuit.
Ceci posé, la transition s'opèrera comme suit: Le mécanicien commence par fermer si multanément les contacteurs a et b, ce qui lui permet d'obtenir la courbe de shuntage maxi mum série, laquelle constitue la dernière courbe de vitesse économique du couplage série.
Puis, au moment choisi par lui, il provo que l'ouverture des contacteurs a et b suivie immédiatement de la mise en parallèle des deux induits accompagnés de leurs enroule ments auxiliaires respectifs.
Dès cet instant, le courant qui passe dans la chaîne d'inducteurs étant le double de chaque courant induit, la courbe normale plein champ du couplage parallèle se trouve consi dérablement abaissée et, suivant les caracté ristiques propres à chaque cas, peut se rap procher suffisamment de la courbe shuntée, voire même la recouper, dans une zone d'in tensités et d'efforts admissibles, ce qui, comme on l'a vu plus haut, est la condition, néces saire et suffisante pour l'obtention d'une tran sition sans à-coups.
Il apparaît avec évidence que, pour pro fiter de toutes les vitesses économiques offertes par le couplage parallèle, il suffira dès lors d'insérer à nouveau, progressivement, les résistances, de shuntagge qui, à cet effet, seront rendues réglables.
Le retour au couplage série s'opère sans difficulté en exécutant les man#uvres dans l'ordre inverse.
Comme an le voit, la transition a été réali sée, sans l'insertion, dans le circuit principal en liaison directe avec les induits, de résis tances importantes qui, dans l'exemple pré cité, auraient dû absorber une fraction no table (1/2) die la tension d'alimentation.
Les résstancesde ahuutage que l'on a uti lisées peuvent être da dimensions réduites puisqu'elles sont alimentées :sous: tension très faible; d'autre part, comme on l'a dit, elles sont utilisées non seulement pour la transi tion mais aussi pour l'o@btentio:n d'une gamme de vitesses économiques.
Dans le .cas où le calcul montrerait que la ,courbe du couplage supérieur à champ ren- forcé, obtenue par la sommation, dans les in:- ducteurs, des courants qui traversent les branches parallèles, ne serait pas suffisam ment basse, il conviendrait d'adopter, comme dispositif auxiliaire, un groupe moteur-géné rateur, comme il sera décrit en regard des fig. 15 et 16.
Toutefois, l'emploi d'un tel groupe mo teur-générateur comme moyen de renforce ment du champ est d'autant moins nécessaire que le nombre des moteurs du groupement est plus considérable.
Comme on l'a en effet montré dans le brevet suisse No 228123, i7 apparaît que plus le nombre de branches parallèles est élevé, plus le courant traversant la chaîne indue- trice série est important. Si donc, partant d'un couplage série ou série-parallèle, on passe à un couplage supérieur comportant un nombre sensiblement plus grand de branches, le champ sue trouvera automatiquement renforcé et, par suite, la caractéristique du nouveau couplage sera abaissée dans une mesure qui sera fonction de l'accroissement du nombre de branches parallèles.
Fassant application de ce qui vient d'être dit et généralisant la disposition des fig. 3 et 4, on va maintenant décrire, en regard des fig. 5 à 14, l'application du procédé objet de l'invention au cas de n moteurs à excitation subdivisée, groupés en m branches parallèles de u moteurs chacune (mu = n), et que l'on se propose de grouper en p branches paral lèles de h moteurs chacune, étant entendu que l'on a p > m et, par suite, h < u, avec ph=n.
Les fig. 5 à 9 sont des schémas représen tatifs du procédé appliqué à la transition montante: Dans toutes ces figures, on a supposé chaque induit 1... n connecté à ses enroule ments auxiliaires de commutation non repré sentés et, à une fraction l'... n' de son induc teur, les fractions complémentaires 1"... n" étant montés en série dans une chaîne reliée, d'une part, au point commun aval des branches parallèles et, d'autre part, au pôle négatif de l'alimentation.
Il est clair, toutefois, que les extrémités de la draine pourraient au contraire être re- liées respectivement au point commun amont des branches parallèles et au pôle positif de l'alimentation.
La fig. 5 représente ainsi un couplage sérile-parallèle à champ renforcé du cas le plus général.
Procédant conformément à un exemple de mise en #uvre du procédé suivant la pré sente invention, on va tout d'abord obtenir par shuntage la courbe la plus relevée dans le couplage considéré.
Comme représenté à la, fig. 6, on a prévu une résistance réglable, R, qui peut être mise en circuit ou hors circuit par la fermeture ou l'ouverture d'un contacteur o.
Le curseur qui était à une position quel conque (position représentée en pointillé), étant amené à la position de résistance mini mum (trait plein), le shuntage du groupe de moteurs est maximum.
Il en résulte que les conditions qui s'éta blissent correspondent à la courbe du cou plage considéré la plus élevée possible.
A partir du moment où ces conditions sont atteintes, le conducteur peut opérer la transition.
A cet effet, afin d'établir les conditions voulues pour que, dans la période suivante, la situation corresponde à la courbe la plus basse du champ renforcé, il commence, sui vant les circonstances, soit par ouvrir le con tacteur o (fig. 7), soit, si cela est suffisant, par ramener le curseur à une position adé quate (non représentée).
Immédiatement après, à l'aide de contac teurs appropriés tels que d (fig. 8) tous com mandés simultanément, il court-circuite u-h moteurs dans chacune des in branches: paral lèles.
Il ne lui reste plus. qu'à séparer ces in fractions de branches par l'ouverture de con- taeteurs e, et, à l'ode de contacteurs:
f, à réunir ces, 7n (zt-la,) moteurs, groupés en p-m branches de la moteurs en série, en parallèle à côté des nz premières (fig. 9).
A partir de ce moment, la transition est terminée et, partant die la courbe abaissée de couplage supérieur utilisée, on peut reprendre la régulation de la machine en faisant varier le shuntage par déplacement du curseur sur la résistance réglable P jusqu'à la position jugée convenable, et fermeture du contac teur o.
Ce qui vient d'être indiqué appelle d'ail leurs les observations suivantes: Le moyen qui sert à la régulation dans le couplage inférieur sert également pour réali ser les préparatifs immédiats de la transition proprement dite, puis la régulation dans le couplage supérieur.
D'autre part, pour opérer la transition, il n'est pas, dans tous les cas, nécessaire de par tir de la courbe de shuntage maximum du couplage inférieur, ni d'abaisser au maximum la Bourbe de champ renforcé du couplage su périeur choisi.
Il suffit d'obtenir, pour la vitesse à la quelle on se trouve, un recoupement mutuel suffisant d'une courbe de shuntage du cou plage inférieur et d'une courbe de champ ren forcé du couplage supérieur. En d'autres termes, il est, dans certains cas, possible de conserver un certain degré de shuntage.
On peut concevoir que, pour une vitesse et un effort déterminés, il puisse y avoir deux courbes se recoupant de telle manière qu'il n'y ait absolument aucune réaction à la tran sition pour ce point de fonctionnement. Pour le comprendre, il suffit de se reporter aux courbes de la fig. 2.
Par ailleurs, la description de la transi tion précédente a montré un temps (fig. 7) dans lequel on revient en fait au montage de la fig. 5 avant de passer à celui de la fig. 8, mais il est bien entendu que la vitesse du troupe n'est plus la même.
En réalité, ce temps est pratiquement con fondu, avec le suivant (fig. 8), lequel consiste dans le court-circuitage des u-h moteurs de chaque branche, suivi immédiatement de leur élimination du circuit.
En effet, par suite des inerties électriques et mécaniques ainsi que de la rapidité de fonc tionnement de l'équipement électrique, tout se passe comme si le montage de la fig. 8 succédait directement à celui de la fig. 6. Enfin, le passage de la fig. 8 à la fig. 9 étant lui aussi extrêmement rapide, il y a lieu da noter que si les intensités dans les induc teurs de la chaîne 1"... n" arrivent à suivre le contrôle des positions fournie s par l'équipe ment, les parties mécaniques et tout particu lièrement (lorsqu'il 's'agit de matériel de trac tion) les attelages, ne sont nullement affectées par ces variations électriques.
Au surplus, ces variations électriques s'opérant dans de bonnes conditions pour les moteurs, il n'y a absolument rien à craindre pour leur bonne tenue.
Au total - compte tenu, d'une part, de la rapidité de fonctionnement de l'équipe ment, d'autre part, de la sécurité électrique due au renforcement instantané du champ (fig. 8) qui résulte du mode de couplage on comprend - et le calcul le montre - que la transition pourra s'opérer avec des à-coups aussi réduits qu'on le désire.
On peut signaler en passant que les varia tions brusques d'intensité et les surintensités auxquelles sont soumis les divers enrou le- ments induits ou inducteurs des moteurs ne présentent pas de danger pour ces derniers si l'on a soin de renforcer les montages et les liaisons électriques à l'intérieur desdits mo teurs (soudures, fixation de bobinages, etc.).
Il convient d'ailleurs d'indiquer qu'à cause de la rapidité des dernières opérations il n'est pas nécessaire de court-circuiter les enroulements complémentaires des m (-u-1b) moteur: au moment de la mise en court-cir- cuit :et de l'élimination de ces derniers (fi-. 8).
La transition descendante (passage du couplage supérieur au couplage inférieur) s'opère de façon inverse, c'est-à-dire en se pla çant. tout d'abord dans les condütions qui cor- respondent à la -courbe du champ renforcé du couplage supérieur, puis .en mettant hors:
cir cuit les m W-h) moteurs. dans leurs p-m branches, et en les replaçant dans les m pre mières branches, par exemple en queue, et enfin 'en les réunissant au circuit de ces m branches.
Les sichémais des fig. 10 à 14 montrent la suite de ces opérations-. Le schéma de la fig. 10 représente le montage série-parallèle où legs n moteurs sont groupés en p branches de h moteurs chaoune.
Encours de marche, le coulisseau de la résistance variable R se trouve appliqué sur un plan quelconque de cette dernière, assurant ainsi un certain shuntage de la chaîne 1" ... n".
Pour amorcer la transition, on commence par ramener le coulisseau sur un cran de shuntage moins élevé, afin d'obtenir le ren forcement de champ désiré, renforcement qui est maximum si l'on ouvre le contacteur o comme représenté sur la fig. 11.
On opère ensuite la mise hors circuit des p-m branches, par ouverture des contacteurs f (fig. 12). Les (p-n) h moteurs sont alors groupés en 7n séries de u-h moteurs, que l'on branche respectivement en queue de chacune des m branches restées en circuit, et cela,, à l'aide des contacteurs e, tandis que les con tacteurs d sont maintenus fermés, en sorte que lesdits moteurs se trouvent tout d'abord court-circuités (fig. 13). Cette opération est immédiatement suivie de l'ouverture des con tacteurs d, pour mettre en circuit les u-h moteurs, ajoutés à chacune des m premières branches (fig. 14) et l'on peut, dès lors, avec le couplage inférieur ainsi rétabli, reprendre la régulation de la machine par shuntage à l'aide de la résistance réglable R, le contac teur o étant fermé au moment voulu.
Dans l'exemple ci-dessus, on a admis que la chaîne complémentaire 1"... ni ' était inva riablement fixée au point commun amont ou aval des branchues parallèles; mais, comme on le verra ci-après dans les exemples des fig. 15 et 16, il est clair qu'une alimentation séparée de ladite chaîne permettrait, avec la même facilité, l'application du procédé, dans le sens montant comme dans le sens descendant.
La fig. 15 représente le même groupement de départ que celui de la fig. 5 en ce qui con cerne les m branches parallèles de ohacune u moteurs à excitation subdivisée, mais dans lequel la chaîne complémentaire est alimentée en série par une génératrice G, entraînée par un moteur M, lui-même alimenté par la source commune aux moteurs.
Dans cette figure, la régulation de la tension aux bornes de la chaîne complémen taire - régulation qui conditionne l'obtention des caractéristiques favorables à la transition - est assurée par l'enroulement E, connecté en série avec les branches parallèles, com- mandé par un contacteur k, et réglé par une résistance réglable r, montée en parallèle aux bornes dudit enroulement.
L'enroulement complémentaire séparé E1 n'a pas, en général, à intervenir dans l'opéra tion de transition.
Comme précédemment, l'opération de tran sition ascendante s'effectuera en partant d'une caractéristique élevée du couplage infé rieur, obtenue d'une manière analogue en in sérant le minimum de résistance r, ce qui a pour effet de réduire le courant passant dans l'enroulement E (le contacteur le étant fermé) et, partant, de diminuer le courant qui tra verse la branche complémentaire.
En d'autres termes, l'effet obtenu est ana logue à un effet de shuntage des champs complémentaires.
Evidemment, la courbe équivalente à un shuntage maximum (courant minimum dans 1"... n") sera obtenue par l'ouverture du con tacteur k, ou par l'insertion de la valeur minimum de la résistance r.
Partant de cette position de la caractéris tique, il ne restera plus qu'à réaliser les opé rations décrites dans le cas précédent, savoir: renforcement des champs complémentaires par la man#uvre du couhsseau de la résistance r dans le sens de l'augmentation de ladite résis- tauce; court-circuitage des u-h moteurs dans les ira branches parallèles suivi immédiatement de leur élimination du circuit;
formati@an des p branches parallèles par l'aid\joncton de p-m nouvelles branches de h moteurs cha cune, et enfin reprise de la régulation par la manceuvre du coulisseau.
Bien entendu, le retour au couplage infé rieur s'.opère, en exécutant les opérations in verses. Dans le cas où, par suite de nécessités de construction, la régulation sur la résistance r serait insuffisante pour obtenir un bon recou pement des courbes de transition, on pourrait utiliser, en le faisant parcourir par un courant approprié, l'enroulement El prévu pour des fonctionnements annexes de la locomotive (stabilisation, récupération, etc.) et cela sous forme additive ou bien antagoniste à l'enrou lement E.
Naturellement et comme danse le cas pré- eéclent, la transition peut s'effectuer entre deux caractéristiques autres que les caracté ristiques respectivement maximum et mini mum de shuntage et de renforcement de champ.
Le schéma de la fig. 16 représente une variante du montage de l'enroulement E, réalisée en vue de réduire les dimensions du- dit enroulement et, par suite, de la résistance r dans le cas où les intensités parcourant ces deux éléments seraient trop importantes.
Le branchement d e ces deux éléments aux bonnes d'une résistance supplémentaire # (la quelle d'ailleurs pourrait éventuellement être réglable) montée en série avec les branches parallèles, permet d'obtenir cette amélioration constructive.
Il va de soi que tout ce qui précède n'est pas limité à l'emploi de moteurs de construc tion mécanique et électrique classique.
C'est ainsi que le procédé de transition qui fait l'objet de l'invention est applicable à des groupes de moteurs à courant continu compor tant une même carcasse pour tous les enroule ments inducteurs des moteurs qui, danse ce cas, seront couplés mécaniquement par l'arbre même sur lequel sont montés les induits.
Dans ce qui précède, on a vu que la régu lation, en vue de la transition, était le plus souvent et le plus commodément obtenue par la régulation de la chaîne inductrice complé mentaire. Il peut être avantageux, cependant, dans certains cas, d'opérer cette régulation et d'obtenir notamment une courbe de shuntage élevée pour le couplage inférieur, en court- circuitant dans chaque branche toutou partie des enroulements constamment reliés aux mo- teurs élémentaires. Il est évident que l'effet obtenu sera une élévation de la courbe si on diminue la fraction d'enroulement en service ou l'intensité du courant qui parcouret ce der nier.
La man#uvre inverse assure l'abaissement voulu dans le cas du couplage supérieur. Bien entendu, ceci n'exclut pas le fonc tionnement concomittant ou successif de la régulation de la chaîne complémentaire ou toute autre régulation adéquate.
Dans tout ce qui précède, on a envisagé simplement la transition aller et retour entre deux couplages en fonctionnement moteur.
Le même procédé s'applique pour la tran sition aller et retour, dans la marche en récu pération. Il suffit pour cela que l'ensemble du schéma prévu pour la récupération c'est-à-dire comportant le moyen d'excitation de la chaîne inductrice unique voulu pour que les induits fonctionnent en génératrices permette pour une vitesse donnée le recoupe ment d'une courbe basse du couplage supé rieur avec une courbe haute du couplage infé rieur (utilisation notamment d'un enroule ment tel que El, fig. 15 et 16).
En récupération, en effet, la transition la plus intéressante est celle qui autorise le pas sage d'un couplage supérieur à un couplage inférieur.
Method for smoothly performing the transition between two electrical couplings in a group of direct current electric motors. It is known that, in installations intended to supply mechanical energy using a plurality of electric motors coupled mechanically and supplied with direct current under constant voltage and in particular in electric locomotives and railcars, where the mechanical coupling is done by the rails, one of the methods of regulation commonly used consists in varying the voltage at the terminals of the armatures of the motors by modifying the mode of grouping of these latter and by coupling them, according to the needs, either in series, or in series-parallel, or in parallel, so as to distribute between them, in an adequate manner,
the constant voltage of the network.
It is also known that, in general, when switching from one electrical coupling to the next, the voltage change cannot be carried out directly and that, in order to avoid significant jolts in the applied current to the armatures of the motors and in the cuts or the corresponding tensile forces - with all the risks that these jerks involve from a mechanical and electrical point of view - it is necessary to pass, with regard to the voltage applied to the induced, by one or more intermediate states ensuring a gradual transition.
But the methods generally applied up to now to achieve this passage from one coupling to another all involve the use of a buck device (resistance, group, battery, etc.), which, during the transition, is responsible for absorbing a significant fraction of the available energy and which, therefore, must be widely dimensioned, with the consequence of a weight and a bulk that are relatively out of proportion with the result to be achieved given the speed with the which is practically the transition.
Thanks to certain variations, attempts have been made to reduce the importance of the step-down devices in question.
We have tried in particular to achieve this by bringing, as much as possible, using a suitable shunta.ge, the last economic speed-force curve for the lower coupling, to the first normal economic curve for the upper coupling.
However, in the present state of the art and for the usual types of motors, it has not hitherto been possible, by this only means, to completely eliminate the resistances which are specifically limiting. intensity and effort say. transition resistors:., or equivalent special auxiliary devices.
The object of the present invention is a method for achieving smoothly the transition between two electrical couplings in a group of electrically coupled direct current electric motors - and mechanically.
According to the invention, this process is characterized by the following operations: the inducing fields of the motors are modified so as to bring the speed-force curve of the group for the starting electrical coupling closer to that for the final coupling, as soon as the new regime is established, the fields are subjected to a temporary modification in the opposite direction to the first, which has the effect of bringing the new speed-effort curve for the starting coupling closer to that which will be obtained for the final coupling as soon as the connections of the motors to the rwere changed;
the connections of the motors are changed immediately after said modification in the opposite direction, so that the speed of the group does not have time to come up to the speed corresponding to this modification; the temporary modification of the fields is eliminated.
Embodiments of the process according to the invention are explained, by way of example, with the aid of the accompanying drawing.
The diagram in fig. 1 shows the result obtained by the already known method of raising, by shunting, the speed-force curve for the lower coupling.
In this figure, S and P represent the speed-force curves of all the engines, of a locomotive for example, respectively for the lower coupling and for the upper coupling. I is the intensity curve for a motor.
If it is proposed to perform the transition from the lower coupling to the next when the speed of the locomotive, which will remain absolutely constant during the operation, is equal to V1, the total force being equal to F1, and the intensity at I1, we see that if the year operated without any precaution, the force would pass instantaneously from the value F1 to the value F2, the intensity itself passing from I1 to I2 for each motor.
From the point of view of efforts and intensities, there would therefore be harmful jerks. The known shunting process of which it was mentioned above and which has the effect of raising the speed-effort curve and lowering the curve of the intensities, already makes it possible to achieve progress which results in the use of curves. S1 and l ', drawn in broken lines.
If in the new conditions, but of course at the same constant speed Tr1, we first go from curves S and 1 to curves S1 and I ', we see that the force becomes F'1> F1, the current per motor becoming l1.
By this means, therefore, the force jerk F2-F1 has been reduced to the value F2-F'1. However, so far, without the use of transition resistors, it has not been possible to reduce the difference F2-F'1 to an acceptable value. Fig. 2 shows, on the contrary, the results which can be obtained by virtue of the present invention.
This figure is the reproduction of the previous diagram, but on which we have drawn a curve P1 which represents a lowered position of the curve P. This new position is obtained by a strengthening of the fields of the motors when the armatures, and possibly a fraction of the inductors , are grouped in the upper coupling.
We see, in the figure, that the lowered curve Pi intersects the raised curve S1 at a point close to the horizontal led by V1, so that the force F "1, which corresponds to the constant speed V1, is greater to F1 'but is located next to the latter.
It is therefore clear that the pa-ssage of the curve Si to .la curve P, can be carried out without mechanical jerks.
We also see that the ir_tensity per motor has become 1 ",, also close to 1 ',, which shows that electric jolts are not to be feared either.
In order to reach the normal curve P, all that remains is to gradually reduce the temporary reinforcement of the fields, which had made it possible to lower the curve P to only P ,.
As will easily be appreciated, this method does not use any transition resistance.
The weakening and reinforcement of the inductive fields can be reahséess by any known means, for example by means of adjustable resistors or with the aid of auxiliary groups of minimal importance, or even by changing the connections of the inductor windings.
It will be understood that the equipment of vehicles can thereby find itself considerably lightened compared with known systems, where the transition requires the use of transition resistors or other special auxiliary devices referred to above.
The improvement is even more noticeable if, as in the embodiments which will be described later, it is the regulation device itself which serves at the same time as a shunting means and as a means of strengthening the inducing fields.
Figs. 3 and 4 are diagrams showing the application of the invention to a group of two series motors, FIG. 3 showing the two motors coupled in series, and FIG. 4 representing the upper coupling.
As can be seen in the starting series coupling, the field windings 1 ′ and 2 ′ are, according to a known arrangement, mounted in series downstream of the two armatures 1 and 2.
Regarding the higher coupling that is to be achieved, it will be noted that only the armatures 1 and 2 are coupled therein in parallel, the inductors l 'and 2' remaining in series, but it is easy to realize that the characteristics obtained with this latter method of assembly may be identical to those obtained with the normal coupling of series motors if the current which passes through the chain of inductors is the same as that which passes through a single arm of the armatures, con It is always possible to meet this requirement by judiciously shunting said chain of inductors.
In the example shown, the inductors 1 ′, 2 ′ are shunted using two resistors, respectively r and p, which are each seen as a switch a or b for switching on or off.
Once this has been done, the transition will take place as follows: The mechanic begins by closing contactors a and b simultaneously, which allows him to obtain the maximum series shunt curve, which constitutes the last economic speed curve of series coupling .
Then, at the time chosen by him, he causes the opening of the contactors a and b immediately followed by the placing in parallel of the two armatures accompanied by their respective auxiliary windings.
From this moment, the current which passes in the chain of inductors being the double of each induced current, the normal full field curve of the parallel coupling is considerably lowered and, according to the characteristics specific to each case, can approach enough of the shunted curve, or even intersect it, in a zone of admissible intensities and forces, which, as we have seen above, is the necessary and sufficient condition for obtaining a smooth transition.
It is evident that, to take advantage of all the economic speeds offered by parallel coupling, it will therefore suffice to insert again, gradually, the shuntagge resistors which, for this purpose, will be made adjustable.
The return to series coupling is carried out without difficulty by performing the maneuvers in the reverse order.
As can be seen, the transition has been carried out, without the insertion, into the main circuit in direct connection with the armatures, of large resistances which, in the example cited above, should have absorbed a non-table fraction (1 / 2) die the supply voltage.
The watering resstances which have been used can be of reduced dimensions since they are supplied: at: very low voltage; on the other hand, as has been said, they are used not only for the transition but also for the o @ btentio: n of a range of economic speeds.
In the case where the calculation would show that the curve of the superior coupling with reinforced field, obtained by the summation, in the drivers, of the currents which cross the parallel branches, would not be sufficiently low, it would be appropriate adopt, as an auxiliary device, a motor-generator unit, as will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
However, the use of such a motor-generator group as a means of strengthening the field is all the less necessary as the number of motors in the group is greater.
As has in fact been shown in Swiss Patent No. 228123, it appears that the greater the number of parallel branches, the greater the current passing through the series inductor chain. If, therefore, starting from a series or series-parallel coupling, one passes to a higher coupling comprising a significantly greater number of branches, the sue field will automatically be strengthened and, consequently, the characteristic of the new coupling will be lowered to an extent. which will be a function of the increase in the number of parallel branches.
Applying what has just been said and generalizing the arrangement of FIGS. 3 and 4, a description will now be given, with reference to FIGS. 5 to 14, the application of the method which is the subject of the invention to the case of n motors with subdivided excitation, grouped into m parallel branches of u motors each (mu = n), and which it is proposed to group into p branches parallel to h motors each, it being understood that one ap> m and, consequently, h <u, with ph = n.
Figs. 5 to 9 are representative diagrams of the process applied to the up transition: In all these figures, it has been assumed that each armature 1 ... n is connected to its auxiliary switching windings not shown and, to a fraction l '. .. n 'of its inductor, the complementary fractions 1 "... n" being mounted in series in a chain connected, on the one hand, to the downstream common point of the parallel branches and, on the other hand, to the negative pole of food.
It is clear, however, that the ends of the drain could on the contrary be connected respectively to the upstream common point of the parallel branches and to the positive pole of the supply.
Fig. 5 thus represents a serile-parallel coupling with reinforced field of the most general case.
Proceeding in accordance with an exemplary implementation of the method according to the present invention, we will first of all obtain by shunting the most marked curve in the coupling considered.
As shown in, fig. 6, an adjustable resistor, R, is provided which can be switched on or off by closing or opening a contactor o.
The cursor, which was at any position (position shown in dotted lines), being brought to the minimum resistance position (solid line), the motor group shunting is maximum.
As a result, the conditions which are established correspond to the curve of the neck range considered to be the highest possible.
From the moment these conditions are reached, the driver can make the transition.
To this end, in order to establish the conditions required so that, in the following period, the situation corresponds to the lowest curve of the reinforced field, it begins, depending on the circumstances, either by opening the contactor o (fig. 7), or, if this is sufficient, by returning the cursor to a suitable position (not shown).
Immediately afterwards, using appropriate contactors such as d (fig. 8) all controlled simultaneously, it short-circuits u-h motors in each of the in branches: parallel.
He doesn't have any more. than to separate these in fractions of branches by the opening of contactors e, and, at the ode of contactors:
f, to unite these, 7n (zt-la,) motors, grouped in p-m branches of the motors in series, in parallel next to the first nz (fig. 9).
From this moment, the transition is completed and, starting from the lowered upper coupling curve used, the machine can be regulated again by varying the shunt by moving the cursor on the adjustable resistor P to the position judged. suitable, and closing the contactor o.
What has just been indicated calls for the following observations: The means which are used for the regulation in the lower coupling also serve to carry out the immediate preparations for the actual transition, then the regulation in the upper coupling.
On the other hand, to operate the transition, it is not, in all cases, necessary to use the maximum shunt curve of the lower coupling, nor to lower the reinforced field mud of the upper coupling as much as possible. selected.
It suffices to obtain, for the speed at which we are, a sufficient mutual overlap of a shunt curve of the lower range neck and of a reinforced field curve of the upper coupling. In other words, it is, in some cases, possible to maintain a certain degree of bypassing.
It is conceivable that, for a determined speed and force, there may be two intersecting curves in such a way that there is absolutely no reaction to the transition for this operating point. To understand it, it suffices to refer to the curves in fig. 2.
Moreover, the description of the previous transition has shown a time (fig. 7) in which we actually return to the assembly of fig. 5 before going to that of FIG. 8, but it is understood that the speed of the troop is not the same any more.
In reality, this time is practically melted, with the following one (fig. 8), which consists in the short-circuiting of the u-h motors of each branch, followed immediately by their elimination from the circuit.
In fact, as a result of the electrical and mechanical inertias as well as the speed of operation of the electrical equipment, everything takes place as if the assembly of FIG. 8 succeeded directly to that of FIG. 6. Finally, the passage of FIG. 8 in fig. 9 being also extremely fast, it should be noted that if the currents in the inductors of chain 1 "... n" manage to follow the position control provided by the equipment, the mechanical parts and in particular (in the case of traction equipment) the couplings are in no way affected by these electrical variations.
In addition, these electrical variations taking place under good conditions for the motors, there is absolutely nothing to fear for their good behavior.
All in all - taking into account, on the one hand, the speed of operation of the equipment, on the other hand, the electrical safety due to the instantaneous strengthening of the field (fig. 8) which results from the coupling mode, we understand - and the calculation shows it - that the transition can take place with jerks as small as desired.
It may be pointed out in passing that the sudden variations in intensity and the overcurrents to which the various induced or inductor windings of the motors are subjected do not present any danger to the latter if care is taken to strengthen the assemblies and the connections. electrical connections inside said motors (welds, fixing of coils, etc.).
It should also be noted that because of the speed of the last operations, it is not necessary to short-circuit the additional windings of the m (-u-1b) motor: at the time of short-cir - cooked: and the elimination of the latter (fig. 8).
The downward transition (passage from the upper coupling to the lower coupling) takes place in the opposite way, that is to say by placing itself. first of all in the conditions which correspond to the -curve of the reinforced field of the upper coupling, then. by putting out:
circulates the m W-h) motors. in their p-m branches, and by replacing them in the m first branches, for example in the tail, and finally by joining them to the circuit of these m branches.
The sichémais of fig. 10 to 14 show the sequence of these operations. The diagram in fig. 10 represents the series-parallel assembly where legs n motors are grouped into p branches of h chain motors.
During operation, the slide of the variable resistor R is applied to any plane of the latter, thus ensuring a certain shunt of chain 1 "... n".
To initiate the transition, we begin by bringing the slide back to a lower shunt notch, in order to obtain the desired field reinforcement, which is maximum reinforcement if the contactor o is opened as shown in fig. 11.
The p-m branches are then switched off by opening the contactors f (fig. 12). The (pn) h motors are then grouped into 7n series of uh motors, which are respectively plugged in at the tail of each of the m branches which have remained in the circuit, and this, using the contactors e, while the contactors d are kept closed, so that said motors are first short-circuited (fig. 13). This operation is immediately followed by the opening of the contactors d, to switch on the uh motors, added to each of the m first branches (fig. 14) and it is therefore possible, with the lower coupling thus re-established, resume machine regulation by bypassing using the adjustable resistor R, contactor o being closed at the desired time.
In the above example, it was assumed that the complementary chain 1 "... ni 'was invariably attached to the common point upstream or downstream of the parallel branches; but, as will be seen below in the examples of FIGS. 15 and 16, it is clear that a separate feed of said chain would allow, with the same ease, the application of the method, in the upward direction as in the downward direction.
Fig. 15 represents the same starting group as that of FIG. 5 with regard to the m parallel branches of oacune u motors with subdivided excitation, but in which the complementary chain is supplied in series by a generator G, driven by a motor M, itself supplied by the source common to the motors.
In this figure, the regulation of the voltage at the terminals of the complementary chain - regulation which conditions the obtaining of characteristics favorable to the transition - is ensured by the winding E, connected in series with the parallel branches, controlled by a contactor k, and regulated by an adjustable resistor r, connected in parallel across said winding.
The separate complementary winding E1 does not generally have to intervene in the transition operation.
As before, the upward transition operation will take place starting from a high characteristic of the lower coupling, obtained in a similar manner by inserting the minimum resistance r, which has the effect of reducing the current passing in the winding E (the contactor being closed) and, consequently, to reduce the current which passes through the complementary branch.
In other words, the effect obtained is analogous to a shunt effect of the complementary fields.
Obviously, the curve equivalent to a maximum shunt (minimum current in 1 "... n") will be obtained by opening contactor k, or by inserting the minimum value of resistor r.
Starting from this position of the characteristic, it will only remain to carry out the operations described in the previous case, namely: reinforcement of the complementary fields by the operation of the couhsseau of the resistance r in the direction of the increase of said resistance; short-circuiting of the u-h motors in the parallel branches immediately followed by their elimination from the circuit;
formatting of p parallel branches by the help \ joncton of p-m new branches of h motors each, and finally resumption of regulation by the operation of the slide.
Of course, the return to the lower coupling takes place, by performing the operations in reverse. In the event that, as a result of construction requirements, the regulation on resistance r is insufficient to obtain a good overlap of the transition curves, one could use, by making it travel by an appropriate current, the winding El provided for ancillary operations of the locomotive (stabilization, recovery, etc.) and this in additive form or else antagonistic to the winding E.
Of course, and as in the previous case, the transition can take place between two characteristics other than the maximum and minimum characteristics respectively of shuntage and field reinforcement.
The diagram in fig. 16 shows a variant of the assembly of the winding E, produced with a view to reducing the dimensions of said winding and, consequently, of the resistance r in the event that the currents flowing through these two elements are too great.
The connection of these two elements to the good of an additional resistance # (which moreover could possibly be adjustable) mounted in series with the parallel branches, makes it possible to obtain this constructive improvement.
It goes without saying that all of the above is not limited to the use of motors of conventional mechanical and electrical construction.
Thus the transition process which is the subject of the invention is applicable to groups of direct current motors comprising the same casing for all the inductor windings of the motors which, in this case, will be mechanically coupled. by the same shaft on which the armatures are mounted.
In the foregoing, we have seen that the regulation, with a view to the transition, was most often and most conveniently obtained by the regulation of the complementary inductive chain. It may be advantageous, however, in certain cases, to operate this regulation and in particular to obtain a high shunt curve for the lower coupling, by short-circuiting in each branch all or part of the windings constantly connected to the elementary motors. It is obvious that the effect obtained will be an increase in the curve if the fraction of winding in service or the intensity of the current flowing through it is reduced.
The reverse operation ensures the desired lowering in the case of the upper coupling. Of course, this does not exclude the concomitant or successive operation of the regulation of the complementary chain or any other suitable regulation.
In all of the foregoing, the two-way transition between two couplings in engine operation has been considered simply.
The same process applies for the outward and return journey, in the recovery walk. It suffices for this that the whole of the diagram provided for the recovery, that is to say comprising the means of excitation of the single inductive chain desired for the armatures to function as generators, allows for a given speed the intersection of a low curve of the upper coupling with a high curve of the lower coupling (use in particular of a winding such as E1, Figs. 15 and 16).
In recovery, in fact, the most interesting transition is that which allows the shift from a higher coupling to a lower coupling.