Equipement pour la traction électrique et le freinage rhéostatique de véhicules. L'invention est relative à un équipement pour la traction électrique et le freinage rhéostatique de véhicules qui comportent deux moteurs ou groupes de moteurs fonctionnant en série et en parallèle.
Elle a principalement pour objet d'amélio rer la commande des moteurs, d'augmenter la flexibilité et la sécurité de l'équipement en marche et en freinage, de le simplifier et d'augmenter sensiblement le nombre de crans de freinage en utilisant un nombre réduit de contacteurs du type à cames et d'améliorer la sécurité du fonctionnement.
Conformément à l'invention, l'équipement pour la traction électrique et le freinage rhéostatique de véhicules, comportant deux moteurs interconnectés par un circuit du type à deux branches et commandés par contac teurs à cames, est caractérisé en ce que les contacteurs sont groupés pour former deux combinateurs distincts, actionnés chacun par un arbre à cames séparé, le premier, dit com binateur de couplage, étant prévu pour effec tuer les couplages des moteurs en série ou en parallèle, le shuntage de leurs inducteurs et les connexions de freinage avec inducteurs croisés, tandis que le second, dit combinateur.
rhéostatique est prévu pour la commande de résistances de démarrage et de freinage; leurs arbres à cames étant arrangés pour accomplir des mouvements conjugués en coopération avec un contacteur additionnel de freinage. La fig. 1 des dessins ci-annexés représente, à titre d'exemple, le schéma général d'une forme d'exécution de l'équipement électrique suivant l'invention; les fig. 2, 2A et 3 indi quent respectivement les positions successives du combinateur de couplage, du combinateur rhéostatique et de leurs contacteurs respectifs pendant le démarrage, le shuntage et le frei nage.
Suivant la fig. 1, l'équipement est relié à la ligne d'alimentation par le pantographe PA et mis à la terre. Sur cette figure, A1 et A 2 sont les induits des deux moteurs de traction, B1 et B2 les inducteurs respectifs, RI et R2 des résistances de démarrage et de freinage, R3 et B4 des résistances servant à la fois pour le shuntage des inducteurs et le freinage, comme expliqué plus loin, DJ est un disjonc teur double.
<I>A, B, C, D, E, F, G, H, I, J,</I> K, JI, <I>N</I> sont treize contacteurs à cames servant à coupler entre eux les moteurs et les résistances, soit pour la traction, soit pour le freinage, Q, R, S, <I>T, V,</I> W sont six contacteurs à cames ser vant à shunter les inducteurs.
P est un contacteur additionnel, dit con tacteur de vernier, dont le rôle sera expliqué plus loin. 1 à 16 sont seize contacteurs à cames, dits rhéostatiques, servant à mettre progressivement en court-circuit les résis tances RI et R2 en traction et en freinage. Ces trente-six contacteurs sont actionnés par deux arbres à cames étant groupés pour former deux combinateurs indépendants.
Ce groupement est effectué de la façon suivante: Un combinateur, dit de couplage, comprend les contacteurs de couplage A<I>à N,</I> de shuntage Q à W et de vernier P; un autre combinateur, dit rhéostatique, comprend les contacteurs rhéostatiques 1 à 16.
Les opérations de démarrage et de frei nage sont effectuées par un mouvement com biné des deux arbres à cames de la façon suivante: <I>Démarrage.</I> -- Le combinateur de couplage part d'une position indiquée par 0 sur la fig. 2 et se met en mouvement dans le sens dit positif , c'est-à-dire vers les positions dé signées par 1, 2, 3, etc.; il actionne dans ces positions les contacteurs A à P qui couplent les moteurs et les résistances pour le démar rage.
Les traits verticaux de la fig. 2 indi quent les contacteurs fermés dans les diverses positions, et on voit, en se référant à la fig.1, que dans la position 1 les moteurs sont en série et dans la position 6 en parallèle; les positions 2, 3, 4 correspondent au shuntage en série et 7, 8 et 9 au shuntage en parallèle.
Le couplage désiré des moteurs étant établi par le combinateur de couplage, le combina- teur rhéostatique se met à son tour en mouve ment à partir de la position désignée par zéro dans la fig. 2A. En occupant les positions I à XVI, il actionne les contacteurs 1 à 16 qui mettent progressivement en court-circuit les résistances de démarrage R1 et R2.
Sur la fig. 2A, les traits verticaux indi quent la fermeture des divers contacteurs. Ensuite, le combinateur de couplage, en continuant son mouvement dans le même sens positif, actionne les contacteurs Q à W qui opèrent le shuntage, c'est-à-dire la réduction des champs des moteurs. S'il y a lieu, cette série d'opérations est poursuivie dans le cou plage des moteurs en parallèle.
<I>Freinage.</I> - L'arbre à cames du combina- teur de couplage part de zéro, mais cette fois dans le sens négatif , c'est-à-dire vers les positions -1, -2, -3, etc. de la fig. 2. Il actionne les contacteurs A à P et<B>IV</B> qui cou plent les moteurs Al et !12 et les résistances pour le freinage rhéostatique suivant le schéma classique dans lequel les inducteurs B1 et B2 sont croisés.
Puis l'arbre à cames du combinateur rhéostatique se met à. son tour en mouvement à partir de zéro dans le sens positif, suivant la fig. 2_l, pour action ner les contacteurs 1. à 16 qui éliminent pro gressivement les résistances, exactement de la même façon que pour le démarrage.
Dans les positions -5 et -6, l'arbre à cames du com binateur de couplage, en continuant son mou vement dans le sens négatif au-delà des posi tions de freinage -1 à -4, coupe les circuits des moteurs, puis actionne de façon eonnue un inverseur du sens de marche non représenté (voir à ce sujet, par exemple, la, Revue Géné rale de l'Electricité du<B>10.</B> 12.<B>1938,</B> t. XLIV, p. 719-735).
Dans l'équipement représenté, les résis tances de shuntage R3 et R4 sont utilisées pour obtenir les crans préparatoires de Irei- nage. A cet effet, les résistances R3 et R4, qui servent à shunter les inducteurs en traction par le jeu des contacteurs de shuntage Q, <I>le,.</I> <B><I>8</I></B>, T; Z', <I>IV,</I> se trouvent introduites dans le circuit des moteurs pour le freinage et élimi nées aux premiers crans par le jeu des con tacteurs de couplage, ainsi qu'il résulte de la fig. 2.
On voit. sur cette figure que, pendant le freinage, la. position -1 correspond à. la tot < < - lité des résistances Rl, R2, R3 et R4 en cir cuit;
dans la position -\_', la fermeture du contacteur lJl élimine la résistance de shun- tage R3 et, dans la position -3, la fermeture clé N élimine R4. On obtient ainsi deux crans préparatoires de freinage. Le freinage normal s'effectue sur les crans -3 et -4, les résis tances R1 et R2 étant éliminées par le combi- nateur rhéostatique suivant la fig. 2A.
Sur cette fig. 2-1, la rangée horizontale supérieure des chiffres 1 à 16 correspond aux contacteurs respectifs du combinateur rhéosta- tique, tandis que la rangée verticale de gauche indique les crans I à XVI de ce combinateur rhéostatique. Le freinage normal est obtenu de la façon suivante, en vue d'augmenter sensiblement le nombre de crans.
De la fig. 2, il résulte qu'un contacteur additionnel P, dit contacteur de vernier, se ferme dans la position -4 du com- binateur de couplage, en mettant en court- circuit une faible fraction de la résistance de freinage, ou bien une résistance séparée, insé rée dans le circuit de freinage.
Les deux combinateurs sont agencés et. com mandés pour effectuer des mouvements con jugués suivant les indications de la fig. 3. Sur cette figure, la rangée horizontale supérieure des chiffres -6 à 9 correspond aux diverses positions du combinateur de couplage, et la rangée verticale des chiffres 0 à XVI corres pond à celles du combinateur rhéostatique.
Les points noirs indiquent les positions successives des deux combinateurs pendant le démarrage en série et en parallèle, les cer cles indiquent leurs positions successives pen dant le freinage et les croix pendant l'inver sion.
En se reportant à la rangée des cercles (freinage), on constate que, lorsque le combi- nateur de couplage a atteint le cran -3 et le combinateur rhéostatique le cran VII, ce der nier combinateur s'immobilise, et le combina- teur de couplage passe à -1, de sorte que le contacteur P se ferme. Ensuite, le combina- teur de couplage revient en -3, en ouvrant P, tandis que le combinateur rhéostatique passe au cran VIII.
On voit donc que pour chacune des positions VII à XVI du combi- nateur rhéostatique on obtient deux crans de freinage: un avec le contacteur P ouvert et l'autre avec ce contacteur fermé.
Ces battements du contacteur P sont dus à un mouvement alternatif du combinateur de couplage, et., grâce à ce mode opératoire, on obtient un nombre beaucoup plus grand de crans de freinage, c'est-à-dire un réglage beau coup plus précis du couple négatif, au moyen d'un seul contacteur additionnel.
Tous les mouvements des deux combina- teurs conjugués suivant la fig. 3 sont obtenus au moyen de moteurs-pilotes qui entraînent leurs arbres à cames. L'arrangement de ces m.oteurs-pilotes ne fait pas l'objet de la pré sente invention et ils n'ont pas été représentés sur les dessins.
Pour améliorer le freinage, on fait appel à un circuit d'excitation complémentaire des moteurs par le courant de ligne. Cette excita tion complémentaire est particulièrement utile, sinon indispensable, pour obtenir un amor çage rapide du freinage rhéostatique et pour réaliser un fonctionnement stable aux faibles courants de freinage.
L'excitation complémentaire est fournie par la source du courant de traction qui ali mente les enroulements inducteurs normaux d'une partie des moteurs de traction, donc sans qu'il soit besoin de munir ces moteurs d'enroulements d'excitation spéciaux; le cou rant de ligne n'est fourni qu'aux moteurs d'une branche. Il est à noter que, pendant le freinage, les moteurs Al et A2 sont couplés en deux branches débitant en parallèle sur des résistances communes, suivant le schéma clas sique à inducteurs croisés, d'après lequel cha que moteur est relié en série avec l'enroule ment inducteur de l'autre.
Dans l'exemple représenté par le schéma de la fig. 1, le courant d'excitation complé mentaire est puisé à la ligne de contact par le pantographe<I>PA</I> et il traverse le disjonc teur DJ; il passe ensuite par le contacteur J, traverse les inducteurs B2 de l'un des moteurs et rejoint la terre par un contacteur indépen dant RC d'excitation complémentaire et par une résistance limitative R5.
Le contacteur RC peut, au lieu d'être in dépendant, être actionné par l'arbre à cames du combinateur de couplage sur les positions de freinage. Dans une variante, le contacteur d'excitation complémentaire RC est commandé par un relais d'intensité, excité par le courant. de freinage, de telle sorte qu'il ne se ferme que pour les faibles valeurs du courant de freinage nécessitant l'excitation complémen taire.
Le schéma des connexions de la fig. 1 com porte également un montage spécial du dis- joncteur général DJ. Ce disjoncteur est du type double et il est connecté de telle façon que son ouverture a les effets suivants Pendant la marche en traction, il coupe les deux branches du circuit général. Si les moteurs sont couplés en parallèle, l'ouverture du disjoncteur sépare les deux circuits, ce qui empêche l'un des moteurs de débiter sur l'autre.
Pendant le freinage, le disjoncteur DJ sépare les circuits des moteurs de la source d'alimentation et il ouvre le circuit de l'un des moteurs, provoquant ainsi par voie de conséquence la désexcitation de l'autre mo teur, leurs inducteurs étant croisés comme il a été indiqué plus haut.
L'ouverture de ce disjoncteur est de préfé rence commandée par un ou plusieurs relais différentiels et de surcharge dont les bobines sont schématiquement représentées en<I>SD.</I> On voit que la disposition de ces bobines est telle que ces relais sont sensibles à: ça) une mise à la terre accidentelle des cir cuits des moteurs et des résistances, que l'on soit en traction ou en freinage, b) une surcharge des moteurs en période de traction seulement.
Il résulte de ces dispositions que le dis joncteur DJ réalise les protections suivantes: 1 Protection contre une mise accidentelle à la terre des circuits, que l'on soit en trac tion ou en freinage.
2 Protection contre les surcharges en trac tion, avec insensibilité aux surcharges en frei nage.
3 Ouverture des circuits de telle façon que le fonctionnement en traction et en frei nage soit interrompu par l'ouverture du dis joncteur. En particulier, grâce à la coupure double, aucun des moteurs ne peut jamais s'amorcer en génératrice pour débiter sur l'autre, en supposant que les combinateurs s'arrêtent accidentellement sur une position de traction en parallèle.
Le disjoncteur DJ peut être fermé soit par un petit moteur auxiliaire, soit par l'arbre à cames du combinateur de couplage.
Equipment for electric traction and rheostatic braking of vehicles. The invention relates to equipment for the electric traction and rheostatic braking of vehicles which include two motors or groups of motors operating in series and in parallel.
Its main object is to improve the control of motors, to increase the flexibility and safety of the equipment in operation and during braking, to simplify it and to significantly increase the number of braking steps by using a number Reduced cam type contactors and improve operational safety.
According to the invention, the equipment for electric traction and rheostatic braking of vehicles, comprising two motors interconnected by a circuit of the two-branch type and controlled by cam contactors, is characterized in that the contactors are grouped together to form two separate combiners, each actuated by a separate camshaft, the first, called the coupling com binator, being designed to effect the couplings of the motors in series or in parallel, the bypassing of their inductors and the braking connections with inductors crossed, while the second, called combinator.
rheostatic is designed for controlling starting and braking resistors; their camshafts being arranged to accomplish conjugate movements in cooperation with an additional brake switch. Fig. 1 of the accompanying drawings shows, by way of example, the general diagram of an embodiment of the electrical equipment according to the invention; figs. 2, 2A and 3 respectively indicate the successive positions of the coupling combiner, of the rheostatic combiner and of their respective contactors during starting, shunting and braking.
According to fig. 1, the equipment is connected to the supply line by the PA pantograph and earthed. In this figure, A1 and A 2 are the armatures of the two traction motors, B1 and B2 the respective inductors, RI and R2 of the starting and braking resistors, R3 and B4 of the resistors serving both for shunting the inductors and braking, as explained below, DJ is a double circuit breaker.
<I> A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, </I> K, JI, <I> N </I> are thirteen cam contactors used to couple the motors and resistors, either for traction or for braking, Q, R, S, <I> T, V, </I> W are six cam contactors used to shunt the inductors.
P is an additional contactor, called a vernier contactor, the role of which will be explained below. 1 to 16 are sixteen so-called rheostatic cam contactors used to progressively short-circuit the resistors R1 and R2 in traction and braking. These thirty-six contactors are actuated by two camshafts being grouped to form two independent combiners.
This grouping is carried out as follows: A so-called coupling combiner comprises the coupling contactors A <I> to N, </I> shunt Q to W and vernier P; another combiner, called rheostatic, comprises rheostatic contactors 1 to 16.
Starting and braking operations are carried out by a combined movement of the two camshafts as follows: <I> Starting. </I> - The coupling combiner starts from a position indicated by 0 on the fig. 2 and starts to move in the so-called positive direction, that is to say towards the positions designated by 1, 2, 3, etc .; it activates in these positions the contactors A to P which couple the motors and the resistors for starting.
The vertical lines in fig. 2 indicates the contactors closed in the various positions, and it can be seen, referring to fig.1, that in position 1 the motors are in series and in position 6 in parallel; positions 2, 3, 4 correspond to series shunting and 7, 8 and 9 to parallel shunt.
The desired coupling of the motors being established by the coupling combiner, the rheostatic combiner in turn starts to move from the position denoted by zero in FIG. 2A. By occupying positions I to XVI, it actuates contactors 1 to 16 which progressively short-circuit the starting resistors R1 and R2.
In fig. 2A, the vertical lines indicate the closing of the various contactors. Then, the coupling combiner, continuing its movement in the same positive direction, actuates the contactors Q to W which operate the shunt, that is to say the reduction of the fields of the motors. If necessary, this series of operations is continued in the range neck of the motors in parallel.
<I> Braking. </I> - The camshaft of the coupling combiner starts from zero, but this time in the negative direction, that is to say towards positions -1, -2, - 3, etc. of fig. 2. It activates the contactors A to P and <B> IV </B> which couple the motors A1 and! 12 and the resistors for rheostatic braking according to the conventional scheme in which the inductors B1 and B2 are crossed.
Then the rheostatic combiner camshaft goes to. turn moving from zero in a positive direction, according to fig. 2_l, to operate contactors 1. to 16 which gradually eliminate the resistances, exactly the same way as for starting.
In positions -5 and -6, the camshaft of the coupling com binator, continuing its movement in the negative direction beyond the braking positions -1 to -4, cuts the motor circuits, then actuates in a known manner a reverser of the direction of travel not shown (see on this subject, for example, the, Revue Générale de l'Electricité du <B> 10. </B> 12. <B> 1938, </ B > t. XLIV, p. 719-735).
In the equipment shown, the shunt resistors R3 and R4 are used to obtain the preparatory notches for the brake. For this purpose, resistors R3 and R4, which are used to bypass the inductors in traction by the set of shunt contactors Q, <I> le ,. </I> <B> <I> 8 </I> </ B>, T; Z ', <I> IV, </I> are introduced into the circuit of the motors for braking and eliminated at the first notches by the play of the coupling contactors, as can be seen from fig. 2.
We see. in this figure that, during braking, the. position -1 corresponds to. the totality of resistors R1, R2, R3 and R4 in the circuit;
in position - \ _ ', closing contactor lJl eliminates the shunt resistor R3 and, in position -3, closing key N eliminates R4. Two preparatory braking steps are thus obtained. Normal braking is performed on notches -3 and -4, the resistors R1 and R2 being eliminated by the rheostatic combiner according to fig. 2A.
In this fig. 2-1, the upper horizontal row of numbers 1 to 16 corresponds to the respective contactors of the rheostatic combiner, while the left vertical row indicates notches I to XVI of this rheostatic combiner. Normal braking is obtained as follows, with a view to significantly increasing the number of notches.
From fig. 2, it follows that an additional contactor P, called a vernier contactor, closes in position -4 of the coupling combination, by short-circuiting a small fraction of the braking resistor, or else a separate resistor. , inserted in the braking circuit.
The two combiners are arranged and. commanded to perform controlled movements as shown in fig. 3. In this figure, the upper horizontal row of digits -6 to 9 correspond to the various positions of the coupling combiner, and the vertical row of digits 0 to XVI correspond to those of the rheostatic combiner.
The black dots indicate the successive positions of the two combiners during start-up in series and in parallel, the circles indicate their successive positions during braking and the crosses during reversal.
Referring to the row of circles (braking), it can be seen that, when the coupling combiner has reached notch -3 and the rheostatic combiner has reached notch VII, this last combiner stops, and the combinator coupling switch goes to -1, so that the contactor P closes. Then, the coupling combiner returns to -3, opening P, while the rheostatic combiner goes to notch VIII.
It can therefore be seen that for each of the positions VII to XVI of the rheostatic combiner, two braking steps are obtained: one with the contactor P open and the other with this contactor closed.
These beats of the contactor P are due to an alternating movement of the coupling combiner, and., Thanks to this operating mode, a much greater number of braking steps are obtained, that is to say a much more precise adjustment. negative torque, by means of a single additional contactor.
All the movements of the two conjugate combiners according to fig. 3 are obtained by means of pilot motors which drive their camshafts. The arrangement of these motor-pilots is not the subject of the present invention and they have not been shown in the drawings.
To improve braking, a complementary excitation circuit for the motors by the line current is used. This additional excitation is particularly useful, if not essential, for obtaining rapid initiation of the dynamic braking and for achieving stable operation at low braking currents.
The additional excitation is provided by the source of the traction current which supplies the normal inductor windings of some of the traction motors, therefore without the need to provide these motors with special excitation windings; the line current is only supplied to the motors of a branch. It should be noted that, during braking, the motors A1 and A2 are coupled in two branches delivering in parallel on common resistors, according to the classic crossed inductor scheme, according to which each motor is connected in series with the winding inductor of the other.
In the example represented by the diagram of FIG. 1, the additional excitation current is drawn from the contact line by the pantograph <I> PA </I> and it passes through the circuit breaker DJ; it then passes through contactor J, passes through inductors B2 of one of the motors and reaches earth through an independent contactor RC with complementary excitation and through a limiting resistor R5.
The RC contactor can, instead of being independent, be actuated by the camshaft of the coupling combiner to the brake positions. In a variant, the complementary RC excitation contactor is controlled by a current relay, excited by the current. braking, so that it closes only for low braking current values requiring additional excitation.
The connection diagram in fig. 1 com also carries a special assembly of the general circuit breaker DJ. This circuit breaker is of the double type and it is connected in such a way that its opening has the following effects. During traction operation, it cuts the two branches of the general circuit. If the motors are coupled in parallel, opening the circuit breaker separates the two circuits, preventing one motor from charging on the other.
During braking, the circuit breaker DJ separates the circuits of the motors from the power source and opens the circuit of one of the motors, thus causing the de-energization of the other motor as a result, their inductors being crossed as it has been indicated above.
The opening of this circuit breaker is preferably controlled by one or more differential and overload relays, the coils of which are schematically represented in <I> SD. </I> It can be seen that the arrangement of these coils is such that these relays are sensitive to: a) accidental earthing of motor circuits and resistors, whether in traction or braking, b) overloading of motors during traction only.
As a result of these provisions, the DJ circuit breaker provides the following protections: 1 Protection against accidental earthing of the circuits, whether in traction or braking.
2 Protection against overloads in traction, with insensitivity to overloads in braking.
3 Opening the circuits so that traction and braking operation is interrupted by opening the circuit breaker. In particular, thanks to the double cut-off, neither of the motors can ever start as a generator to deliver on the other, assuming that the combiners accidentally stop in a parallel traction position.
The DJ circuit breaker can be closed either by a small auxiliary motor or by the camshaft of the coupling combiner.