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Pr cédé de fonctionnement de moteurs oompound à couplage TrriAble pour la traction électrique à récupération,
Cette invention a pour objet un procédé de fonctionnement de moteurs compound à couplée variable pour la traction électrique à récupération.
Les systèmes de traction électrique utilisant des moteurs compound avec couplage série-parallèle, connus à ce jour, peuvent être rangés dans deux catégories bien distinctes : dans une première catégorie, les systèmes dans lesquels le passage du groupement en série au groupement en parallèle,
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parallèle, ou inversement, s'effectue sans courant, apres ouverture des circuits de traction, dans une deuxième catégorie, les systèmes d.ns les- quels la transition entre les deux groupements s'effectue par la méthode bien connue du pont.
Les systèmes ressortissant à la prépare catégorie conduisent, de toute évidence, à des discontinuités impor- tantes dans les efforts de traction au démarrage et dans les efforts résistants lors du freinage par récupération.
En outre, l'immotbilis tion foruite et momentanée /la du combinateur sur la position de la transiton pour laquelle les circuits de traction sont coupés provoque le ralentis- sement du véhicule et un à-coup important lors du rétablis- sement des circuits.
Les systèmes ressortissant à la deuxième catégorie conduisent à des pertes élevées d,.ns les résistances formant le pont.
D'Autre part, si ces dernieres ne présentent pas des valeurs égales, condition qui,, même en supposant un réglage initial parfait, peut être difficile à maintenir dans le temps, l'un des moteurs, ou l'un des groupes de moteurs se trouve fonctionner en génératrice pendant le démarrage,et en moteur pendant le freinage, ce qui conduit à des variations importan- tes dans l'effort de traction, ou dans l'effort résistant, appliqué au véhicule,
Il en résulte des dépenses supplémentaires d'énergie et d'entretien du matériel ainsi qu'une réduction du confort des voyageurs,
Le procédé d'après l'invention qui remédie à ces inconvénients, consiste :
d'une
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d'une part, prur le démarrage à éliminer un certain nombre des moteurs (par exemple la moitié dans le cas de mo- teurs en nombre pair) après réduction de leur force contre élec tro-motrice, par exemple par élimination de leur excitation shunt et mise en court-circuit sur une résistance appropriée, puis à brancher sous la tention totale, lesdits moteurs élimi- nés après établissement entre leurs bornes d'une tension voisi- ne de celle de la ligne, par exemple gràoe à un ajustement préalable de leur excitation shunt.
d'autre part, pour le freinage par récupération, à mettre en court-circuit le même nombre de génératrices sur une résistance appropriée, après leur débranchement de la ligne d'alimentation et suppression de leur force électro-motrice, par exemple par élimination de leur excitation shunt, puis en disposant les génératrices éliminées en série avec lesgénéra- trioes restées en circuit et à rétablir leur force électro- motrice par exemple par la mise en circuit de leur excitation shunt, dans le but de réaliser a permanence de l'effort de traction lors du démarrage et de l'effet résistant au freinage par récupération,
d'empêcher le fonctionnement en génératrice d'un ou plusieurs moteurs pendant le démarrage ainsique le fonctionnement en moteurs d'une ou plusieurs génératrices pendant le freinage par récupération, avec le minimum de pertes rhéostntiques.
Les modifications de couplage des moteurs oompound lors des transitions série-parallèle et parallèle-série sont ainsi telles que :
1 ) il n'y ait à aucun instant suppression, et à fortiori inversion, de l'effort total de traction lors du démarrage et de l'effort total résistant lors du freinage par récupération. 2 )
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2 ) il n'y ait à aucun instant inversion des con- ditions de fonctionnement de l'un quelconque des moteurs ou des groupée de moteurs.
3 ) les pertes rhxostatiques soient réduites au minimum.
Dans le dessin annexé qui représente un exemple de réalisation du procédé de fonctionnement d'après l'invention:
Figs. 1 à 9 montrent les diverses modifications de couplage qui sont apport6es d'après l'invention, dans le cas d'un équipement à deux moteurs,
Fig. 1 représentant le couplage série des moteurs, et
Fig. 9 représentant le couplage parallèle, Fig. 10 montre schématiquement un exemple d'équipement applicable dans le cas d'une voiture motrice comportant deux moteurs et un combinateur à dix positions de marche.
En Fig. 1 sont représentés : en 1 le pôle positif de la ligne d'alimentation, en 2, la résistance de démarrage divisée en deux éléments 21 et 22,en 31 et 32, les enroulements inducteurs série des moteurs 1 et 11, en 41 et 4. les enroulements induits (y compris les enroulements inducteurs de commutation) des moteurs 1 et Il en 5 et 5. les enroulements inducteurs shunt des moteurs 1 et 11, en 6 le rhéostat d'excitation shunt, en 7 le pôle négatif de la ligne d'alimentation.
En partant de la position en série des deux moteurs les opérations successives suivantes sont réalisées : Fig. 2 - mise en court-circuit de l'enroulement i n- ducteur shunt 51 du moteur 1, ajustement de la résistance utilisée du rhéostat 6 à une valeur convenable et introduction dans le circuitdes enroulementsinducteurs série31 et 3et des
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des induits 41 et 4 de la résistance 21.
La résistance du rhéostat 6 doit être telle que le courant traversant l'enroulement inducteur shunt 52 soit augmenté.
De cette façon, la force contre électro-motrice du moteur Il est augmentée au moment même où la force contre électro.motrice du moteur 1 est réduite du fait de la sugres- sion de son excitation shunt. Il en résulte que la valeur de la résistance 21 utilisée pour limiter l'afflux du courant dans le circuitdes enroulements inducteurs série 3 1 et 3 et des induits 41 et 42 peut être très faible ainsi que les pertes rhéostatiques qui correspondent à cette valeur.
De plus, la variation de l'effort moteur total est très réduite puisque l'effort supplémentaire fourni par le moteur Il compense la réduction de l'effort du moteur 1.
Fig. 3 - mise hors-circuit de l'excitation shunt 51 du moteur 1, Fig. 4 - mise en court-circuit sur la résistance 22 de l'enroulement inducteur série31 et de l'induit 41 du moteur 1.
Ce moteur, du fait de la suppression de l'excitation shunt 51 ne peut fonctionner en génératrice.
La mise en court-circuit n'entraîne que de faibles modifications dans le fonctionnement du moteur II puis...que la force contre électro-motrice du moteur 1 était déjà très réduite.
Ces modifications sont d'ailleurs telles que le courant dans l'inducteur série 32 et l'induit 42 du moteur
Il augmentant l'effort supplémentaire forni par le moteur IV, compense comme précédemment (Fig.2)la suppression de l'effort du moteur 1.
La
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La variation de l'effort Moteur total est donc très faible.
Fig. 5 - mise hors circuit de l'enroulement inducteur série 3 et de l'induit 41 du moteur 1.
Fig. 6 - mise en circuitde l'enroulement inducteur shunt 51 en laissant toutefois ses extrémités en court-cir- cui t .
Fig. 7 - suppression du court-circuit de l'enroulement inducteur shunt 51 avec ajustement de la résistance utilisée du rhéostat d'excitation 6 à une valeur convenable.
Cette opération a pour but de développer aux bornes de l'induit du moteur 1 une tension légèrement inférieure à la tension entre les pôles 1 et 7 de la ligne d'alimentation, afin de limiter l'afflux du courant et la variation de l'effort de traction lors de la mise en parallèle des moteurs.
Fig. 8 - mise en liaison de l'extrémité libre de l'induit du moteur 1 avec le pôle 7 de la ligne et ajustement de la résistanceutilisée du rhéostat d'excitation shunt des deux mo- teurs à une valeur convenable. Le réglage de l'excitation shunt du moteur 1 peut, ainsi que pour l'opération (Fig.7) être réali- sé, simultanément, par shuntage de l'enroulement 51 du moteur 1 dans le cas où il serait désirable que la valeur de cette exci- tation soit différente de celle du moteur 11.
Les deux moteurs sont, dès ce moment, en parallèle.
La mise en coût-circuit des éléments 21 et 22 de la résistance de démarrage termine le cycle des opérations (Fig.9).
On voit que pour toutes les opérations successives de transition pendant le démarrage ou la remise en vitesse, l'ef- fort total de traction varie très peu et, en particulier, qu'il n'est jamais annule puisque le moteur il fonctionne constamment ¯en moteur et qu'à aucun moment le moteur 1 ne fonctionne en génératrice
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génératrice.
Four les opérations successives de la transition parallèle-série qui s'effectue pendant la récupération en réalisant très exactement les marnes opérations, mais dans l'ordre inverse, l'on voit que le moteur II fonctionne constam- ment en génératrice tandisque le moteur I he fonctionne jamais en moteur.
11 y a donc bien : pour le démarrage : permanence et faible variation de l'effort total de traction appliqué au véhicule et absence de fonctionnement en génératrice du moteur momentanément inutilisé. pour le freinage par récupération : permanence et faibles variations de l'effort total résistant appliqué au véhicule et absence de fonctionnement en moteur de la génératrice momentanément inutilisée. et pour l'ensemble des deux transitions : réduction au minimum des pertes rhéostatiques qui ne sont pas supérieures à. celles consenties pour la transition série-parallèle d'un équipement ordinaire à moteurs série.
On pourrait, bien entendu,utiliser au lieu de deux moteurs, tout nombre quelconque de moteurs, les transitions successives série-parallèle lors du démarrage et parallèle- série lors du freinage étant effectuées, comme dans le cas de deux moteurs, c'est-à-dire: - pour le démarrage : élimination de un ou plusieurs moteurs après réduction de la force contre électro-motrice par élimination de leur excitation shunt et mise en court- circuit sur une résistance appropriée.
- branchement sous la tension totale des moteurs éliminés après établissement entre leurs bornes d'une tension voisine de celle de la tension en ligne, grâce à un ajustement préalable
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préalable de leur excitation shunt.
- pour le freinage par récupération : mise en court- circuit d'une ou de plusieurs génératrices sur des résistances appropriées après leur débranchement de la ligne d'alimenta- tion et suppression de leur force électro-motrice par élimina- tion de leur excitation shunt.
- disposition des génératrices éliminées en série avec les génératrices restées en circuit et rétablissement de leur force électro-motrice par mise en circuit de leur excitation shunt. les valeurs des excitations shunt et des résistances de tran- sition étant déterminées de manière à rendre très peu variables les efforts de traction au démarrage et les efforts résistants lors du freinage par récupération; le réglage des excitations shunt pouvant 'être réalisé par modification de la résistance du rhéostat et par shuntage des enroulements inducteurs shunt.
Fig. 10 représente un exemple de réalisation du système d'après l'invention applicable dans le cas d'une mo- trice comportant deux moteurs et un combinateur à dix positions de marche, dont cinq pour la marche avec moteurs compound en série et cinq pour la marche avec moteurs compound en parallè- le.
Les circuits représentas 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'appareillage.
Les dispositions ci-dessus sont simplement indicatives et pourraient être complétées ou modifiées par tout autre dispositif approprié au système de traction.
A titre d'exemple, la réalisation figure pourrait être complétée par d'autres combinateurs disposés en parallèle
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parallèle avec le premier et permettant d'actionner les moteurs de différents postes de conduite.
D'autre part, le combinateur figure pourrait être complète par toutes dispositions permettant de réaliser le freinage rheostatique du véhicule pour les vitesses comprises entre la vitesse minima qui correspond à la fin de la récupération et l'arrêt complet.
En particulier, toutes les conditions de fonctionne- ment : démarrage, marche normale, freinage par récupération, freinage rhéostatique et freinage d'urgence par court-cir- cuit des moteurs, pourraient être assurées par la manoeuvre de la seule manivelle principale du combinateur.
Le démarrage et la marche normale correspondant au déplacement de la manivelle principale sur les cans dans le sens 0 - 10 de Fig. 10, le freinage par récupération serait assuré par retour de la manivelle sur les mmes crans dans le sens 10 - O.
La continuation du déplacement de la manivelle au- delà de la position 0 réaliserait : - sur un ou plusieurs crans, un freinage rhéostatique très puissant avec excitation shunt et série additionnelles, l'inversion de l'excitation série par rapport à l'induit étant réalisée par l'hélice principale du combinateur, - sur un cran terminal, un freinage 1 'urgence par mise en court-circuit des moteurs avec excitations shunt et série additionnelles comme précédemment; ce freinage d'urgence étant encore assuré à la manière des équipements ordinaires à moteurs série dans le cas où l'excitation shunt viendrait à être suppriméesoitpar rupture des circuits, soitpar drapement de la perche.
Ce mode de freinage puissant et agissant dans tous les
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les cas ne met en action qu'un seul organe de commande et assure ainsi une très grande sécurité.
De même, on pourrait réaliser le réglage de l'exci- tation série lors de la marche en série ou de la marche en parallèle par shuntage à des taux différents selon le sens de rotation, de la manivelle principale du combinateur, ainsi qu'il est indiqua dans une demande de brevet précédente en France en date du 26 Juin 1930, pour :"Frocédé et dispos!- tifs pour le réglage des moteurs électriques du fonctionnement à excitation compound et à récupération", afin de bénéficier des avantages suivante : - augmentation du couple au démarrage, - accroissement de la vitesse maxima de marche, - augmentation du taux de récupération.
L'invention concerne la traction électrique pour toutes applications et peut être étendue à certains équipe- ments existants moyennant quelques modifications pour les rendre conformes aux caractéristiques décrites ci-dessus.
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