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Système de traction électrique utilisant des moteurs compound
Cette invention a pour objet un système de traction électrique utilisant des moteurs compounds et réalisant ! la réduction des pertes rhéostatiques au démarrage, la marche économique à faible et constante vitesse, le freinage électrique, la récupération d'énergie dans les déclivités, lors des ralentissements ou des arrêts, l'augmentation de la vitesse commerciale, la simplification et la réduction de poids de l'é- quipement de
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de contrôle des moteurs.
L'utilisation de moteurs électriques à excitation compound pour la traction électrique à courant continu sur rails, en vue de la récupération d'énergie dans les déclivités ou lors ralentissements et des arrêts, a été limitée jusqu'à présent à quelques cas très particuliers et avec des équipe- ments lourds et compliqués, en raison des inconvénients propres à l'emploi de ces moteurs et dont les principaux sont les suivants : . le réglage'-;: habituel de la vitesse par le couplage série-parallèle des moteurs impose, dans le cas du moteur compound, la coupure des circuits de traction lors de la transition série-parallèle, afin de ne pas provoquer l'amor- çage en génératrice du moteur compound momentanément mis en court-circuit.
Il en résulte, pour l'effort de traction, une discontinuité préjudiciable au matériel et au confort des voyageurs ainsi qu'une complication de l'équipement afin de remédier aux effets de la coupure du courant et des extra-courants.
Lors de la marche en parallèle, l'équirépartition de la charge entre les différents moteurs est en pratique impossible à réaliser, surtout lorsque le champ inducteur est réduit.
Aux régimes faiblement saturés, l'emploi de pôles de commutation, qui peut permettre un fonctionnement stable des moteurs pour un sens de rotation, ne permet pas la même stabilité de marche pour le sens de rotation inverse et il en résulte des difficultés de commutation et des flashs.
La réalisation d'inducteurs shunt fonctionnant sous la tension totale d'alimentation est particulièrement délicate.
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Certains dispositifs connus réalisés à ce jour ne remédient que partiellement aux inconvénients ci-dessus et aux prix d'une grande complication, d'un poids et d'un encombrement élevés.
Quelques dispositifs se rapportant à l'emploi de moteurs disposés de manière permanente en série, n'ont pu faire l'objet d'applications pratiques, en raison de la gamme insuffisante des vitesses que ces moteurs réalisaient et leurs inventeurs ont été conduits par la suite à utiliser le groupement série-parallèle avec tous ses inconvénients.
D'autres dispositifs prévoient l'emploi d'enroule- ments shunts et d'enroulements série, mais dans des buts très différents l'enroulement shunt étant seul utilisé pour la marche normale et pour la récupération, l'enroulement série étant utilisé séparément, et momentanément, soit pour le début du démarrage, soit pour réaliser le freinage rhéos- tatique ou le freinage d'urgence, soit pour assurer la tran- sition série-parallèle des moteurs.
Enfin, il est à remarquer que l'emploi d'un moteur à excitation uniquement shunt pour la récupération est incompatible avec le fonctionnement stable des moteurs et du véhicule.
Par ailleurs, les équipements à moteurs série conduisent surtout dans le cas où, pour réduire la consomma- tion d'énergie, il est fait emploi de la régulation par le shuntage des inducteurs à des combinateurs compliqués, à un câblage important occasionnant des pertes d'énergie et un accroissement du poids de la motrice.
Le système, d'après l'invention, qui remédier tous
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tous ces inconvénients, utilise des moteurs compounds approprias : a) ayant leurs enroulements induits, inducteurs série, de commutation ou de compensation, disposesde manière permanente en série, sous la tension normale de la ligne, avec insertion de résistances uniquement pour le début du démarrage. b) ayant leurs enroulements inducteurs shunt disposés également en série sous la tension normale de la ligne avec insertion d'un rhéostat pour le réglage de l'excitation; c) réalisant une grande variation de vitesse par unique réglage de leur excitation shunt.
Les dispositions a) et b) des moteurs en série assurent : la continuité de l'effort de traction pendant toute la durée du démarrage et de la marche normale; la continuité de l'effort de freinage pendant la récupération, l'équirépartition automatique de la charge entre les différents moteurs, la construction des moteurs dans de meilleures conditions, grâce à la tension plus faible aux bornes des enroulements de chaque moteur et des collecteurs, la commutation sana étincelles et l'absence de flashs, la suppression de la complication résultant pour les combinateurs et pour le câblage de la transition série- parallèle habituelle.
La disposition c) utilisant des moteurs spécialement conçus en vue de réaliser un champ très renforcé sous l'ex- citation shunt maximum et une grande variation de vitesse par unique réglage de l'excitation shunt permet d'obtenir : un
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un couple de valeur très élevée et constante au début du démarrage, une réduction des pertes rhéostatiquesgrâce au nombre moindre des crans de marche sur résistances nécessaires pour la mise des moteurs sous la pleine tension, une vitesse très réduite et constante du véhicule sans qu'il soit nécessaire d'Intercaler entre les moteurs et la ligne des résistances, et par suite avec un rendement global élevé, la gamme des vitesses normalement utilisée avec les moteurs ordinaires , tout en évitant les couplages série- parallèle,
un taux de récupération élevé jusqu'aux plus basses vitesses, une réduction du nombre et du poids des câbles et des résistances par rapport aux autres équipements,
Ces résultats sont obtenus en saturant complètement les moteurs au début du démarrage par l'emploi d'un nombre très élevé d'ampères-tours inducteurs série et shunt, dont le rapport ampères tours série amperes tours shunt doit, selon les conditions d'exploitation particulières à chaque réseau (profil de la ligne, distance antre arrêts, etc.) faire l'objet d'une détermination spéciale de laquelle dépendent le taux de récupération et la stabilité de marche.
De plus, afin de couvrir, par l'unique réglage de l'excitation shunt, toute la gamme des vitesses normalement utilisée avec les moteurs ordinaires, les moteurs comportent au plus haut degré toutes les dispositions qui, en réduisant au
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au minimum la distorsion due au flux transversal, permettent leur fonctionnement satisfaisant en régime dé saturé, c'est-à- dire sans étincelles aux balais, sans élévation de la tension maximum entre lames et sans risques de flashs.
Ces dispositions consistent plus particulièrement en: - une valeur élevée du rapport ampères tours inducteur
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amperes 7Gours in=;U - un entrefer important, - des pièces polaires de forme appropriée, - des pôles de commutation ou de compensation, - un nombre élevé de lames au collecteur.
Les dessins annexes représentent schéma tiquement : la) à la fig.l un exemple de réalisation du système d'après l'invention, applicable dans le cas d'utilisation de deux moteurs,
Les moteurs 1-2 placés de manière permanente en série sont alimentés par la ligne 3 et par la prise de courant 4-5 qui amène le.courant à une résistance de démarrage appropriée 6.
On voit que les enroulements induits 71, 72 sont, ainsi que les enroulements inducteurs série 81,82 et enroulements de commutation ou de compensation 91,92, en série.
Les enroulements inducteurs shunt 101-102 sur les- quels est disposé un rhéostat II sont également placés en série.
2 ) a la fig.2, un exemple de réalisation du système d'après l'invention,applicable dans le cas d'utilisation de n moteurs, n pouvant être un nombre quelconque, un, deux, tmis, qutre, cinq, etc.....
Les chiffres repères de la fig.2 ont la même signi- fication que dans la fig.l.
@ 3 ) à la fig. 3
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fig. 3, un exemple de réalisation du système d'âpres l'invention applicable dans le cas d'une motrice à deux pos- tes de conduite comportant 2 moteurs et des combinateurs à 13 positions dont 10 pour la marche normale et 2 pour le freinage rhêostatique. Ce dernier, avec le type de moteur revendique, ne nécessite pas l'inversion des enroulements induits par rapport aux enroulements inducteurs, condition indispensable avec le moteur série.
Les circuits représentes en trait fort correspondent au câblage de traction proprement dit, et les circuits en trait fin au câblage de l'excitation shunt et de l'appareil- lage.
Un shunt A, disposé aux extrémités des enroulements inducteurs série, et variable suivant les conditions parti- culières aux différentes lignes d'un roseau, permet de réaliser très simplement le réglage à la valeur optimum du rapport., Ampères tours série .ampères' tours shunt.
Un relais voltmétrique B insère dans le circuit de l'excitation shunt une résistance C de valeur appropriée limitant la surtension qui pourrait devenir exagérée lors de la marche en récupération, par exemple lors d'une disjonc- tion à la sous-station.
Deux groupes d'interrupteurs d'isolement D1et D2 permettent de mettre hors circuit l'induit et les inducteurs d'un moteur avarié, l'alimentation du seul moteur en ser- vice s'effectuant sous la tension totale, et une résistance E de valeur égale à celle de l'inducteur shunt éliminé étant automatiquement
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automatiquement insérée dans le circuit d'excitation.
Un verrouillage - non représenté - entre ces interrup- teurs et l'hélice principale du combinateur, interdit la manoeuvre de ce dernier sur des positions correspondant à une excitation shunt réduite.
Les dispositions ci-dessus données sont simplement indicatives et pourraient être complétées ou modifiées par tout autre dispositif approprié au système de traction.
L'invention concerne la traction électrique sur rails pour toutes applications et peut être étendue à certains moteurs existants moyennant quelques modifications, pour les rendre conformes aux caractéristiques décrites ci-dessus.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Electric traction system using compound motors
This invention relates to an electric traction system using compound motors and realizing! reduction of rheostatic losses at start-up, economical running at low and constant speed, electric braking, energy recovery on slopes, during slowing down or stopping, increase in commercial speed, simplification and reduction weight of the equipment
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engine control.
The use of electric motors with compound excitation for direct current electric traction on rails, with a view to recovering energy on slopes or during slowing down and stopping, has so far been limited to a few very specific cases and with heavy and complicated equipment, because of the drawbacks specific to the use of these engines, the main ones of which are as follows:. the usual speed setting by the series-parallel coupling of the motors requires, in the case of the compound motor, the cutting of the traction circuits during the series-parallel transition, so as not to trigger the ignition. Generator of the compound motor momentarily short-circuited.
The result, for the tractive effort, is a discontinuity which is detrimental to the material and the comfort of passengers as well as a complication of the equipment in order to remedy the effects of the power cut and extra-currents.
During parallel operation, the equal distribution of the load between the different motors is in practice impossible to achieve, especially when the inductive field is reduced.
At slightly saturated speeds, the use of switching poles, which can allow stable operation of the motors for one direction of rotation, does not allow the same running stability for the opposite direction of rotation and this results in switching difficulties and flashes.
The production of shunt inductors operating under the total supply voltage is particularly delicate.
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Certain known devices produced to date only partially remedy the above drawbacks and the costs of great complication, of high weight and bulk.
Some devices relating to the use of motors permanently arranged in series, could not be the object of practical applications, because of the insufficient range of speeds that these motors achieved and their inventors were driven by the following to use the series-parallel grouping with all its disadvantages.
Other devices provide for the use of shunt windings and series windings, but for very different purposes the shunt winding alone being used for normal operation and for recovery, the series winding being used separately, and momentarily, either for the start of starting, or to perform rheostatic braking or emergency braking, or to ensure the series-parallel transition of the motors.
Finally, it should be noted that the use of a motor with only shunt excitation for recovery is incompatible with the stable operation of the motors and of the vehicle.
In addition, equipment with series motors leads above all in the case where, to reduce energy consumption, use is made of regulation by shunting the inductors to complicated combiners, with significant wiring causing losses of power. energy and an increase in the weight of the engine.
The system, according to the invention, which remedy all
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all these drawbacks, uses appropriate compound motors: a) having their induced windings, series, switching or compensation inductors, permanently arranged in series, under normal line voltage, with insertion of resistors only for the start of starting . b) having their shunt inductor windings also arranged in series under the normal voltage of the line with the insertion of a rheostat for the regulation of the excitation; c) realizing a large variation in speed by a single adjustment of their shunt excitation.
The provisions a) and b) of the motors in series ensure: the continuity of the tractive effort throughout the duration of starting and normal operation; the continuity of the braking force during recovery, the automatic equal distribution of the load between the different motors, the construction of the motors in better conditions, thanks to the lower voltage at the terminals of the windings of each motor and of the collectors, switching without sparks and absence of flashes, the elimination of the resulting complication for the combiners and for the wiring of the usual series-parallel transition.
Arrangement c) using motors specially designed in order to achieve a very reinforced field under the maximum shunt excitation and a large speed variation by a single adjustment of the shunt excitation makes it possible to obtain: a
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a torque of very high and constant value at the start of starting, a reduction in rheostatic losses thanks to the lesser number of steps on resistors necessary to put the motors under full voltage, a very low and constant speed of the vehicle without it is necessary to intercalate between the motors and the resistance line, and consequently with a high overall efficiency, the range of speeds normally used with ordinary motors, while avoiding series-parallel couplings,
a high recovery rate down to the lowest speeds, a reduction in the number and weight of cables and resistors compared to other equipment,
These results are obtained by completely saturating the motors at the start of starting by using a very high number of series and shunt inductor amperes-turns, whose ratio of amperes-turns series amperes-turns shunt must, depending on the operating conditions. specific to each network (line profile, distance between stops, etc.) be the subject of a special determination on which the recovery rate and operating stability depend.
In addition, in order to cover, by the single adjustment of the shunt excitation, the whole range of speeds normally used with ordinary motors, the motors include to the highest degree all the provisions which, by reducing to the
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at least the distortion due to the transverse flow, allow them to operate satisfactorily in de-saturated conditions, that is to say without sparks at the brushes, without raising the maximum voltage between the blades and without risk of flashes.
These arrangements consist more particularly of: - a high value of the amperes turns inductor ratio
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amperes 7Gours in =; U - a large air gap, - pole pieces of suitable shape, - switching or compensation poles, - a high number of blades at the collector.
The appended drawings represent schematically: 1a) in fig.l an exemplary embodiment of the system according to the invention, applicable in the case of the use of two engines,
Motors 1-2 permanently placed in series are supplied from line 3 and from socket 4-5 which brings current to an appropriate starting resistance 6.
It can be seen that the induced windings 71, 72 are, as well as the series field windings 81, 82 and switching or compensation windings 91, 92, in series.
The shunt field windings 101-102 on which a rheostat II is disposed are also placed in series.
2) in fig. 2, an exemplary embodiment of the system according to the invention, applicable in the case of using n motors, n possibly being any number, one, two, tmis, qutre, five, etc. .....
The reference numbers in fig. 2 have the same meaning as in fig.l.
@ 3) in fig. 3
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fig. 3, an exemplary embodiment of the sprue system of the invention applicable in the case of a motor coach with two driving stations comprising 2 motors and 13-position combiners, 10 of which for normal operation and 2 for dynamic braking. . The latter, with the type of motor claimed, does not require the inversion of the induced windings with respect to the inductor windings, an essential condition with the series motor.
The circuits shown in solid lines correspond to the traction wiring proper, and the circuits in thin lines to the wiring of the shunt excitation and the device.
A shunt A, placed at the ends of the series inductor windings, and variable according to the conditions peculiar to the different lines of a reed, allows adjustment to the optimum value of the ratio very simply., Amps series turns. shunt.
A voltmetric relay B inserts in the circuit of the shunt excitation a resistor C of suitable value limiting the overvoltage which could become exaggerated during operation in recovery, for example during a circuit break at the substation.
Two groups of isolating switches D1 and D2 allow the armature and inductors of a damaged motor to be switched off, the supply of the only motor in service being carried out at full voltage, and a resistor E of value equal to that of the shunt inductor eliminated being automatically
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automatically inserted into the excitation circuit.
A locking - not shown - between these switches and the main propeller of the combiner, prevents the operation of the latter in positions corresponding to a reduced shunt excitation.
The provisions given above are merely indicative and could be supplemented or modified by any other device suitable for the traction system.
The invention relates to electric traction on rails for all applications and can be extended to certain existing motors with a few modifications, to make them conform to the characteristics described above.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.