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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.
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