Dispositif électromécanique pour démarrage économique sous charge et pour freinage avec récupération d'énergie. L'objet (le l'invention est un dispositif électro-rnécanique pour démarrage économi que sous charge et pour freinage avec récu pération d'énergie.
Il comporte au moins une paire de mo- teurs-générateurs électriques d'une puissance totale égale à celle à transformer en énergie mécanique et. reliés entre eux par un dis positif de transmission différentielle qui leur permet (le tourner dans le même sens ou en sens opposés et par l'intermédiaire duquel l'énergie mécanique produite est transmise, le tout dans le but que le démarrage puisse avoir lieu avec le minimum de consomma tion d'énergie électrique et que le freinage permette la récupération jusqu'à l'absorption complète de l'énergie mécanique disponible.
L e dessin annexé représente schéma tiquement un exemple d'exécution du dis positif électromécanique.
Les fig. i à 4 se rapportent au fonction nement de. cet exemple; Les fig. 5 et 6 sont une coupe et une vue de face de l'organe de transmission diffé rentielle, prises à<B>90'</B> l'une de l'autre. L'exemple d'exécution représenté com porte deux moteurs-générateurs électriques À R à. courant continu en dérivation et de puissance égale (fig. 1 à 4). Leurs induits <I>a. b</I> peuvent être reliés électriquement â deux conducteurs c d destinés à être mis en relation par un interrupteur e avec les deux conducteurs f g d'un réseau à courant. con tinu.
Leurs enroulements de champ al b1 peuvent être connectés à deux conducteurs <I>h</I> i relies aux conducteurs<I>f g</I> avant Finter- rupt.eur e, de façon que l'excitation puisse avoir lieu même au cas où celui-ci est ouvert.
Les arbres a3 b3 des deux induits a b sont reliés mécaniquement par le dispositif de transmission différentielle k (fig. 5 et 6) qui présente cieux roues dentées coniques<I>a=</I> b= de même diamètre, calées chacune sur l'un (le ces arbres a3 b3 et engrenant simultané ment. toutes deux avec deux roues coniques <I>1' k=</I> de même diamètre.
Les arbres k4 k5 des roues dentées<I>1c1</I> k2, sont. portés par une couronne dentée k3 engrenant avec une roue dentée l., appartenant à la machine due le dispositif doit. actionner, La puissance totale des deux moteurs- générateurs A B est égale à celle qu'absorbe la machine actionnée.
Des enroulements excitateurs <I>a' b<B>'</B></I> sont. disposés dans<I>A</I> et<I>B</I> en dérivation sur les bornes des induits<I>a b</I> et servent à stabiliser les vitesses de<I>A</I> et de<I>B</I> comme cela sera indiqué plus loin.
Le fonctionnement de l'exemple décrit est le suivant: Lorsque le dispositif électromécanique, décrit pour l'exemple ci-dessus est arrêté, l'interrupteur e est ouvert., si bien que les conducteurs e d ne sont pas reliés aux con ducteurs<I>f</I> g et que les induits<I>a b</I> ne re çoivent pas de courant. D'autre part, les en roulements al b2 ne sont pas connectés aux conducteurs<I>h i.</I> C'est ce que montre la fig. 1.
Le démarrage comporte une phase préli minaire et quatre phases principales.
La phase préliminaire consiste à faire marcher les deux moteurs-générateurs A B comme. moteurs fonctionnant à vide, couplés en dérivation: ils doivent tourner alors en sens inverses l'un de l'autre et à la même vitesse. Pour cela l'interrupteur e est, fermé et du courant est envoyé clans le sens voulu dans les induits<I>a b,</I> ainsi que dans les en roulements al b1, le démarrage ayant lieu par des moyens connus non indiqués à la fig. 2 du dessin qui correspond à cette phase préliminaire.
Pendant. cette dernière. aucune énergie n'a cté transmise à la machine que le dis positif doit actionner, car tant que les deux moteurs A et B tournent à vide à la même vitesse et en sens inverse l'un de l'autre, au cun couple n'agit sur les roues dentées k' et l de l'organe de transmission différentielle h# qui restent immobiles.
Les quatre phases principales qui suc cèdent à la phase préliminaire se rapportent au démarrage de la machine à actionner, une locomotive, par exemple.
Elles rendent possible d'atteindre succes sivement toutes les vitesses comprises entre zéro et le maximum admis, tout en permet- tant d'utiliser des moteurs de dimensions réduites par rapport à la. puissance à trans mettre.
Il est, en outre, possible d'arrêter le dé marrage à n'importe quelle vitesse comprise entre zéro et le maximum admis et de con tinuer ensuite à marcher à cette vitesse.
L'organe de transmission différentielle k ne fonctionne comme tel que pour les deux premières phases principales du démarrage, pour lesquelles on n'atteint que le quart de la vitesse maximum, pour la troisième phase on atteint la moitié et enfin pour la qua trième phase la vitesse finale et maximum.
Les deux dernières phases rappellent le système de démarrage série parallèle des tramways électriques. Pour elles les deux moteurs<I>A</I> et<I>B</I> ne tournent plus en sens in verse l'un de l'autre, mais dans le même sens et à la même vitesse. Ils attaquent alors la machine à actionner par les roues dentées k.; <I>et L,</I> sans que les roues coniques k' et k= tournent autour de leurs axes kl et k5.
Le fonctionnement pour les quatre phases principales est. le suivant: Prem=ière <I>phase</I> principale. Lorsque la phase préliminaire est ter minée, on affaiblit. l'excitation de l'une des machines A ou B, celle de. A, par exemple. On provoque ainsi une augmentation de la vitesse du moteur A et, comme la roue k3 est encore immobileja machine B augment:, également de vitesse.
L'excitation de la machine B n'ayant pas été affaiblie, cette machine devient généra trice et un courant de circulation s'établit entre les induits<I>b</I> et<I>a.</I> II provoque un couple moteur sur l'arbre a' et un couple résistant sur l'arbre b'.
Ces deux couples agissent dans le même sens sur la roue k3 et la roue L, par l'inter médiaire des roues coniques k' et k'. Dès que la somme de ces couples est, plus grande que le couple résistant d e la machine à actionner, la locomotive- par exemple, le dé marrage en charge de celle-ci commence. Au fur et à mesure que l'on diminue l'excitation du moteur A, la vitesse de ce dernier augmente.
La vitesse de la génératrice B, dont l'ex citation n'a pas été modifiée, reste constante, si l'on a soin de ne pas laisser augmenter son débit en ampères et alors les roues k" et<I>L</I> du dispositif<I>7c</I> tournent de plus en plus vite.
L'énergie mécanique fournie par le mo teur<I>A à</I> la roue<I>L</I> est empruntée sous forme d'énergie électrique aux conducteurs f g du réseau à courant continu.
L'induit<I>a</I> du moteur<I>A</I> est parcouru par le courant de ligne augmenté du courant de circulation fourni par l'induit b de la géné ratrice B.
Lorsque le moteur A a atteint le double de la vitesse qu'il avait au moment où l'on a commencé à. affaiblir son excitation, on passe à. la seconde phase principale.
Deuxième, <I>phase principale, dite de passage.</I> Le but de cette phase est de changer le sens de rotation de la machine B et d'amener les vitesses des deux machines<I>A</I> et<I>B</I> à la même valeur en vue de les faire fonctionner toutes deux comme moteurs sur les roues k! et<I>L</I> sans que les roues coniques 7,1 et k2 tournent autour de leurs axes k4 et k5.
On évitera en outre, ainsi, d'être obligé de pousser la vitesse du moteur A, au delà de la valeur 2.
La manoeuvre s'effectue comme suit: On sépare les conducteurs c d et les in duits<I>a b</I> des conducteurs<I>f g</I> après avoir toutefois ramené à zéro le courant absorbe par les moteurs- générateurs<I>A</I> et<I>B</I> en ren forçant l'excitation du moteur A (le la quan tité voulue.
Une fois l'interrupteur couvert, on affai blit de nouveau l'excitation du moteur A. Le courant de circulation se rétablit et, l'énergie est fournie par la force vive accu mulée dans les masses en mouvement. La machine A fonctionne de nouveau en mo teur et la machine B en génératrice, mais n'étant plus connectées sur le réseau<I>f</I> ri. leurs induits<I>a et b</I> ne sont parcourus que par le courant de circulation qui est le même pour les deux.
La génératrice B étant excitée plus forte ment que le moteur A, son couple est aussi plus fort que celui du moteur A. La tendance de la génératrice B à l'arrêt est alors aussi plus forte que celle de l'augmentation de la vitesse de A et comme la somme algébri que des deux vitesses doit rester une cons tante si la roue k3 ne change pas de vitesse, la tendance à la diminution l'emportera pour les deux machines.
En* ralentissant, les machines A et B transmettront une partie de leur force vive il, la roue dentée<I>L</I> par le dispositif<I>k.</I>
On continue à diminuer graduellement l'excitation du moteur A et lorsque cette ex citation passera par la valeur "zéro" la géné ratrice B aura ralenti jusqu'à l'arrêt com plet.
Si l'on excite maintenant, la machine A clans l'autre sens, elle sera génératrice et la machine B sera motrice et son sens de rot.a- tion inversé.
En faisant prendre à l'excitation de la génératrice A des valeurs de plus en plus grandes jusqu'à ce qu'elle atteigne la même valeur que celle de l'excitation du- moteur B, on obtiendra que les machines A et B tour nent finalement à la même vitesse et dans le même sens. Cette vitesse finale est égale à la moitié (le celle de la marche à vide chi début.
Comme cette deuxième phase dite dé pas sage est de courte durée, la machine à. ac tionner, la locomotive par exemple, n'aura. pas varié sensiblement de vitesse. Le chan gement de sens de rotation de la machine B et le ralentissement de la machine A ont pu s'effectuer grâce à l'organe de transmission différentielle 1c. Au début de la deuxième phase, la machine A tourrait à la vitesse 2 et la machine B à la vitesse 1.
A la fin de cette phase, les machines A et B tournent chacune à la vitesse '/.,. La somme des vi tesses des machines A et B a donc passé de 2 + 1 - 3 à 1/, + 1/, - 1. et la force vive c(es induits a. et b correspondante à la dif férence des sommes des vitesses soit 3 - i - ?. a été transformée en énergie qui a été transmise à la roue L.
<I>Troisième phase principale.</I>
Dans la troisième phase principale, les deux induits<I>a b</I> des deux moteurs-géné- rateurs <I>A B</I> sont. connectés en série, leurs ex citations étant de même valeur. Comme ils tournent tous deus à la vitesse ;!_ et que l'excitation est la même qu'au début, s'ils sont connectés convenablement, les forces électromotrices produites par eux, font équi libre à la différence de tension régnant entre les conducteurs f g, avec lesquels on peut les relier alors au moyen de l'interrupteur e. C'est à cette troisième phase que correspond la fig. 3.
Dans cet état.. la vitesse de chacun des deux moteurs-générateurs<I>A B</I> est instable, mais leur somme est constante, lorsque la tension entre les conducteurs f g et les ex citations de A et de B sont invariables. Les enroulements excitateurs supplémentaires (;\ M, branchés en dérivation aux borne: ales deux moteurs-générateurs eux-mêmes. réinédient à cet inconvénient en stabilisant. les vitesses.
On continue le démarrage en désexcitant simultanément, de la même valeur chacun clés moteurs-générateurs <I>A B</I> jusqu'à cc qu'on atteigne de nouveau la vitesse initialL ou de marche à. vide de valeur i.
Qziatrièm.e <I>phase</I> principale.
Dans cette dernière phase. on passe au couplage des deux induits a b en parallèle (fig. Ii) après avoir préalablement renforcé les deux excitations, dans le but d'amener à zéro le courant pris aux conducteurs f @/ et après avoir en dernier lieu ouvert, l'inter rupteur e pour le fermer lorsque le couplae en parallèle a. été effectué.
La vitesse clé A et de B pourra finalement "être amenée à la valeur ?- en affaiblissant. une dernière fois simultanément. et de la même quantité les excitations de<I>A</I> et de<I>B.</I> Il ressort de la description du démarrage que celui-ci a lieu avec le minimum de con sommation d'énergie électrique puisque clans aucune des quatre phases principales on ne se sert de résistances ohririques et que la puissance totale des moteurs-générateurs est égale à celle à transformer en énergie mé canique.
S'il s'agit de récupérer sous forme d'éner gie électrique. au moyen d'un freinage par les moteurs-générateurs, l'énergie mécaniqrie momentanément transmise par la machina normalement actionnée par eux, cri opère de la même façon que pour le démarrage, mais en sens inverse: Tout d'abord on augmente simultanément de la même quantité l'excitation des deux i-coteurs-générateurs A B couplés en paral lèle, comme à la fin de la dernière phase du démarrage.
Aussitôt que l'augmentation at teint une certaine valeur, le freinage com mence et de l'énergie électrique est envoyée dans le réseau f g.
Ori passe ensuite au couplage (les induits <I>a b</I> eii série, puis au couplage des induits en parallèle avec renforcement de l'excita- tion (le l'un seulement ales moteurs-généra- leurs. On peut de la sorte freiner jusctu' < r l'arrêt complet. de la roue dentée 1, en ren voyant toujours dans le réseau sous forme (l'énergie électrique, l'énergie mécanique ab sorbée.
Une fois cet arrêt complet obtenu, on peut laisser les deux moteurs générateurs A 1i tocirner en moteurs à vide. en vue d'un dé- ,ii ai ra=ge ultérieur, par exemple.
il a été supposé clans cet exemple, pour ;;lits de simplicité, que les moteurs-généra- leurs sont alimentés par (lu courant continu. <B>Il</B> est évi(lent qu'en lieu et place de ce der nier, on peut choisir un autre genre de cou rant utilisé en combinaison. avec des mo- terirs-,-énéi,ateurs permettant la circulation clé travail. par exemple des machines à cou rant alternatif avec réglage. par décalage des balais.
L'excitation des moteurs-générateurs peut naturellement être fournie aussi par une source indépendante du réseau, par exemple, par des excitatrices spéciales.
Il peut y avoir plus d'une paire de mo- teurs-générateurs réunis dans chaque paire par un dispositif de transmission différen tielle pouvant d'ailleurs ne pas être sem blable à celui indiqué aux fig. 5 et 6.