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.