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"CONTROLLER ELECTRIQUE A GRAND NOMBRE DE CRANS"
Un controller à grand nombre de crans permet de démarrer ou de freiner un moteur électrique avec un courant moyen très voisin du courant maximum que 'le moteur est capable de supporter.
En particulier, lorsque ce type de controller est utilisé mr du matériel de traction, il réduit l'amplitude des variations de l'effort aux jantes observée au moment du passage de la manette de commande d'un cran sur le cran suivant. Dans cette application, grâce au controller à grand nombre de crans, le démarrage ou le freinage du véhicule peut se faire avec un effort moyen très voisin de l'effort maximum permis par l'adhérence. Le controller à grand nombre de crans permet ainsi de réaliser des démarrages ou des freinages non seulement rapides mais encore très doux, ne troublant en rien le confort des voyageu rs.
Certains constructeurs ont résolu le problème du controller à grand nombre de crans en utilisant un rhéostat ou un ))collecteur, entre les touches duquel sont branchés des éléments de résistance. A chaque touche du rhéostat correspond un cran. L'é-
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limination de la résistance s'obtient en déplaçant des balais sur les touches du rhéostat. Ce dispositif conduità un appareillage encombrant et coûteux. En effet, la tension entre les touches du rhéostat ne peut dépasser un certain maximum au-delà duquel des arcs risquent de s'amorcer entre les touches lors du déplacement des balais. On est ainsi conduit à multiplier exagérément le nombre de touches du rhéostat et à augmenter, par conséquent, le nombre de fils d'interconnexion entre les touches du rhéostat et la résistance.
Le rhéostat n'étant pas muni d'un dispositif de soufflage magnétique facilitant l'extinction des arcs de rupture s'abime rapidement et par suite demande un entretien constant.
D'autres constructeurs ont simplement augmenté le nombre de crans des controllers classiques. Mais l'augmentation du nombre de crans de ces controllers impose un plus grand nombre de balais ou de contacteurs et un plus grand diamètre du tambour à touches ou des cames de commande des contacteurs, par suite elle nécessite une augmentation de l'encombrement de l'appareil.
La présente invention a pour objet un controller à grand nombre de crans dans la construction duquel entrent les éléments constitutifs des controllers classiques et permettant d'obtenir un grand nombre de crans moyennant un nombre relativement restreint de balais ou de contacteurs et de connexions à la résistance. De plus, son encombrement ne dépasse pas celui des controllers norm aux.
Sur les dessins ci-annexés auxquels on se réfère dans la description qui va suivre, on a représenté, à titre d'exemple de réalisation de l'invention, un controller à grand nombre de crans pour le démarrage et le freinage rhéostatiquesdes moteurs série à courant continu.
La fig. 1 est le schéma des connexions entre le controller, la résistance et les moteurs de traction.
La fig. 2 indique, suivant les conventions habituelles, les contacts fermés aux différents cransdu controller.
La. fig. 3 montre la construction du nouveau controller.
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Sur la fig. i, ai et a2 désignent les induits de deux moteurs de traction, bi et b2 les inducteurs. Les moteurs restent toujours couplés en parallèle. Dans un but de simplification on n'a pas représenté les modifications des connexions réalisées par le controller suivant des procédés connus pour changer'le sens de rotation des induits, ni pour éliminer un moteur avarié, ni pour croiser les excitations pendant le freinage rhéostatique.
L'élimination de la résistance se fait suivant une méthode connue qui consiste à diviser cette résistance en deux groupes. Un premier groupe : la résistance principale, présente des gradins d'une valeur ohmique élevée. Un second groupe : la résistance secondaire, sert à shunter progressivement jusqu'à mise en court-circuit, les éléments de la résistance principale.
Selon l'invention, on applique cette méthode d'élimination de la résistance de la manière suivante :
Ri B2 R3 désignent les éléments de la résistance principale branchés entre les bornes r1 à r4.
W1 W2 W3 W4 W5 les éléments de la résistance secondaire branchés entre les bornes w0 à w5.
1, g, r1 à r4, w0 à w5 sont les bornes des éléments de résistances et des contacts du controller réunies entre elles par des conducteurs et qui se trouvent par conséquent à la même tension
Le courant venant de la ligne d'alimentation passe par un contact L fermé sur les positions de démarrage, traverse la résistance'et les moteurs de traction pour retourner à la terre.
La résistance est éliminée en quatre stades.
Pendant le premier stade, la résistance principale et la résistance secondaire sont connectées en série par la fermeture de contacts Cw0 et Cri. La fermeture successive de contacts Kw1 à Kw4 réduit progressivement la résistance secondaire. Finalement la fermeture d'un contact Cw5 court-circuite complètement la résistance secondaire (crans 0 à 6 - fig. 2).secondaire
Pendant le second stade, la résistance/sert à shunter le premier élément R1 de la résistance principale. A cette fin, on ouvre d'abord les contacts Kw1 à Kw4 et CwO; l'ouverture de
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ces contacts ne modifie pas la valeur de la résistance qui reste en circuit (cran de transition 7 - fig. 2). On ferme ensuite le contact Cr2.
Dès lors les extrémités w0 et w5 de la résistance secondaire sont connectées aux extrémités r2 et ri de l'élément Ri. La fermeture des contacts Kw1 à Kw4 réduit la résistance secondaire et par conséquent diminue progressivement la résistance combinée de l'élément Ri et de son shunt. Finalement la fermeture du contact CwO élimine complètement l'élément Ri de la résistance principale (crans 8 à 13 - fig. 2).
Pendant le troisième stade, après ouverture des contacts Kwi à Kw4, Cr1 et Cw5 (cran de transition 14 - fig.2), on ferme le contact Cr3 qui branche la résistance secondaire en shunt sur l'élémentR2 de la résistance principale. L'élément R2 est shunté progressivement par la fermeture des contacts Kwi à Kw4.
Enfin tout l'élément R2 est mis en court-circuit par la fermeture du contact Cw5 (crans 15 à 20 - fig. 2).
Pendant le quatrième stade, après ouverture des contacts Kw1 à Kw4, Cr2 et CwO (cran de transition 21 - fig. 2), on ferme le contact Cr4 qui branche la résistance secondaire en shunt sur l'élément R3 de la résistance principale. L'élément R3 est shunté progressivement par la fermeture des contacts Kwi à Kw4.
Enfin toute la résistance est court-circuitée par la fermeture du contact CwO. A ce moment le courant venant de la ligne passe directement aux moteurs par les contacts fermés L, CwO, Cr4 (crans 22 à 28 - fig. 2).
Le démarrage sur résistance terminé, on se sert à nouveau de la résistance secondaire pour shunter progressivement jusqu'au maximum les inducteurs bi, b2 des moteurs de traction.
Dans ce but, après avoir ouvert les contacts Kw1 à Kw4, Cr3 et Cw5 (cran de transition 28 - fig. 2), on ferme les contacts Shi et Sh2 qui branchent les éléments de résistance W6 et W7 entre la borne w5 et les bornes de sortie des enroulements inducteurs b1 et b2. Ces derniers se trouvent ainsi shuntés par un circuit comprenant les éléments de résistance W6 et W7 appartenant à chacun des circuits de shuntage en série avec les éléments W1 à W5 communs
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aux deux circuits de shuntage. Si on ferme successivement les contacts Kw1 à Kw4 réduisant cette résistance et finalement le contact Cw5 court-circuitant celle-ci, on augmente progressivement le degré de shuntage des inducteurs (crans 29 à 34 - fig. 2).
Pour le freinage rhéostatique le contact L estouvert et un contact F, monté entre les bornes g et 1, est fermé. Dès lors la résistance est branchée aux bornes des moteurs de traction couplés en parallèle. La résistance est ensuite éliminée progressivement en fermant les contacts dans le même ordre que pour le démarrage. Toutefois, les,crans correspondant au shuntage des inducteurs des moteurs de traction ne sont pas utilisés pendant le freinage rhéostatique.
On remarquera que cette méthode d'élimination de la résistance, utilisant toujours les mêmes contacts de la résistance secondaire pour shunter de plus en plus les gradins de la résistance principale et pour augmenter le-degré de shuntage des inducteurs, permet d'obtenir un nombre élevé de crans de démarrage et de freinage tout en ne nécessitant qu'un nombre relativement restreint de contacts au controller et de connexions aux résistances.
Par exemple, si la résistance principale est divisée en m éléments et la résistance secondaire en n éléments, on obtiendra : (m+1) (n+1) crans de démarrage, (n+1) crans de shuntage des inducteurs et (m+1) (n+i) crans de freinage rhéostatique.
Le schéma de démarrage et de freinage des moteurs décrit ci-dessus réduit le nombre de contacts à commander par le controller et par conséquent la hauteur utile de cet appareil.
Toutefois, comme il faut obtenir une distance minimum de coupure entre les balais et les touches conductrices du tambour du controller, la distance entre les points de la surface du tambour qui s'arrêtent devant un balai pour chaque cran du controller, est déterminée. Il s'ensuit que l'augmentation du nombre de crans du controller impose un plus grand diamètre du tambour à touches et par suite nécessite une augmentation de l'encombrement en surface du controller.
En vue de réduire le diamètre du controller, on répartit,
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d'après l'invention, les points de la surface du tambour qui défilent devant un balai suivant des spires d'hélices et on communique au tambour un mouvement hélicoïdal.
La fig. 3 représente le mode d'entraînement du tambour du controller. La manette M entraîne, au moyen d'un accouplement télescopique a, le tambour t dont une extrémité porte une tige filetée f se vissant dans un écrou e solidaire du bâti d du controller. Le tambour t est animé à la fois d'un mouvement de rotation autour de son axe au moyen de la manette M et d'un mouvement de translation suivant son axe résultant du déplacement de la vis f dans l'écrou fixe e. La combinaison de ces deux mouvements communique au tambour t un mouvement hélicoïdal. Il s'ensuit que les points de la surface du tambour t qui défilent devant un balai b se trouvent sur une hélice h.
En déplaçant la manette M de plusieurs tours, plusieurs spires d'hélice défilent devant le balai b, on peut ainsi répartir le grand nombre de crans du controller sur un tambour de diamètre restreint.
Sur la trace des diverses spires d'hélice ,, on place des touches conductrices venant en contact avec les divers balais et dont la situation et la longueur dépendent de l'ordre et de la durée de fermeture des contacts qui réalisent l'élimination progressive de la résistance comme il a été décrit plus haut.
Lorsqu'on utilise un controller avec contacteurs à comme de mécanique, le balai b est remplacé par un galet placé à l'extrémité du levier d'un contacteur. Les points de contact du galet sur le tambour se trouvent sur une hélice. Cette hélice peut être matérialisée ou non sur le tambour par un filet de vis taillé dans sa surface. Sur la trace de cette hélice, le tambour ou le filet de vis est percé d'encoches. Lorsque le galet roule sur le tambour ou le filet de vis le contacteur est ouvert; lorsque le galet tombe dans une encoche, un ressort ferme le contac- teur. L'espacement et la longueur des encoches dépendent de l'or- dre et de la durée d'enclenchement des contacteurs suivant le schéma d'élimination de la résistance sus-visé.
Dans la description précédente, les moteurs de trac-
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tion restent toujours couplés en parallèle, mais le/controller à grand nombre de crans établi suivant l'invention peut aussi démarrer des moteurs couplés constamment en série. Le controller peut encore être conçu pour réaliser le démarrage des moteurs couplés successivement en série et en p arallèle. Dans ce cas, le démarrage avec le couplage série des moteurs s'obtient en élimi- nant la résistance ainsi qu'il a été décrit plus haut.
Ensuite les touches ou les contacteurs de couplage peuvent effectuer, sui- vant des procédés connus, la transition du couplage série au coupla: ge parallèle en même temps qu'une partie de la résistance est à nouveau introduite dans le cirêùit. L'élimination de la résistance et le shuntage des inducteurs dans le couplage parallèle se font comme précédemment.
On a considéré à titre d'exemple un équipement à deux moteurs, mais l'invention peut s'appliquer à des équipements à quatre ou six moteurs, ou même davantage,dont le démarrage s'effec- tue soit avec un seul couplage., soit en utilisant successivement @ divers couplages.
On remarquera qu'avec le schéma des connexions repré- senté fig. 1, on peut aisément brancher en parallèle sur un élé- ment de la résistance principale, outre la résistance secondaire, les éléments de la résistance principale qui ont déjà été éliminés.
Par exemple, lorsque le controller se trouve sur un des crans 22 à 26 fig. 2, en fermant le contact Cr2, on branche en parallèle sur l'élément R3, ltélément R2; en fermant les contacts Cr2 et Cr1 on branche en parallèle sur l'élément R3, l'élément R2 et l'élément Ri. On dispose ainsi de moyens supplémentaires pour modifier la résistance tout en conservant le même nombre de con- tacts au controller.
Le nouveau controller à grand nombre de crans peut encore s'appliquer au démarrage et au freinage d'autres types de moteurs électriques soit qu'il serve à l'élimination de la résistance de démarrage, ou au réglage de la résistance d'excitation, soit qu'il modifie successivement ou simultanément ces deux résistances. Il peut encore être appliqué à un réglage précis de la vitesse des '
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moteurs. En général, il peut être utilisé chaque fois qu'il s'agit de régler très finement une résistance.
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"LARGE NUMBER OF NOTCH ELECTRIC CONTROLLER"
A controller with a large number of notches makes it possible to start or brake an electric motor with an average current very close to the maximum current that the motor is capable of supporting.
In particular, when this type of controller is used mr traction equipment, it reduces the amplitude of the variations in the force on the rims observed when the control lever is passed from one notch to the next notch. In this application, thanks to the controller with a large number of notches, the vehicle can be started or braked with an average force very close to the maximum force allowed by the grip. The controller with a large number of notches thus makes it possible to start or brake not only quickly but also very smoothly, in no way disturbing the comfort of travelers.
Some manufacturers have solved the problem of the controller with a large number of notches by using a rheostat or a)) collector, between the keys of which resistance elements are connected. Each key of the rheostat corresponds to a notch. The-
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the resistance is eliminated by moving the brushes on the rheostat keys. This device leads to bulky and expensive equipment. In fact, the voltage between the keys of the rheostat cannot exceed a certain maximum beyond which arcs are liable to be initiated between the keys when the brushes move. This leads to an exaggerated increase in the number of keys of the rheostat and consequently to increasing the number of interconnection wires between the keys of the rheostat and the resistance.
The rheostat not being provided with a magnetic blowing device facilitating the extinction of the arcs of rupture is quickly damaged and consequently requires constant maintenance.
Other manufacturers have simply increased the number of notches of classic controllers. But the increase in the number of notches of these controllers imposes a greater number of brushes or contactors and a larger diameter of the key drum or of the contactor control cams, consequently it requires an increase in the size of the l 'apparatus.
The present invention relates to a controller with a large number of notches in the construction of which enter the constituent elements of conventional controllers and making it possible to obtain a large number of notches with a relatively small number of brushes or contactors and connections to the resistor. . In addition, its size does not exceed that of normal controllers.
In the accompanying drawings to which reference is made in the following description, there is shown, by way of example of an embodiment of the invention, a controller with a large number of notches for the rheostatic starting and braking of series motors. direct current.
Fig. 1 is the diagram of the connections between the controller, the resistor and the traction motors.
Fig. 2 indicates, following the usual conventions, the contacts closed at the different notches of the controller.
Fig. 3 shows the construction of the new controller.
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In fig. i, ai and a2 denote the armatures of two traction motors, bi and b2 the inductors. The motors always remain coupled in parallel. For the sake of simplification, the modifications to the connections made by the controller according to known methods have not been shown for changing the direction of rotation of the armatures, nor for eliminating a damaged motor, nor for crossing the excitations during rheostatic braking.
The elimination of the resistance is done according to a known method which consists in dividing this resistance into two groups. A first group: the main resistance, has steps of a high ohmic value. A second group: the secondary resistor, is used to gradually shunt the elements of the main resistor until they are short-circuited.
According to the invention, this method of eliminating resistance is applied as follows:
Ri B2 R3 designate the elements of the main resistor connected between terminals r1 to r4.
W1 W2 W3 W4 W5 the elements of the secondary resistor connected between terminals w0 to w5.
1, g, r1 to r4, w0 to w5 are the terminals of the resistance elements and the contacts of the controller joined together by conductors and which are therefore at the same voltage
The current coming from the supply line passes through a closed L contact in the start positions, passes through the resistor and the traction motors to return to earth.
Resistance is eliminated in four stages.
During the first stage, the main resistor and the secondary resistor are connected in series by closing Cw0 and Cri contacts. Successive closing of contacts Kw1 to Kw4 gradually reduces the secondary resistance. Finally, closing a Cw5 contact completely short-circuits the secondary resistance (steps 0 to 6 - fig. 2).
During the second stage, resistor / is used to bypass the first element R1 of the main resistor. To this end, the contacts Kw1 to Kw4 and CwO are first opened; the opening of
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these contacts do not modify the value of the resistance which remains in the circuit (transition step 7 - fig. 2). The contact Cr2 is then closed.
Therefore the ends w0 and w5 of the secondary resistor are connected to the ends r2 and ri of the element Ri. Closing the contacts Kw1 to Kw4 reduces the secondary resistance and therefore gradually decreases the combined resistance of the element Ri and its shunt. Finally, closing the CwO contact completely eliminates the Ri element from the main resistance (steps 8 to 13 - fig. 2).
During the third stage, after opening the contacts Kwi to Kw4, Cr1 and Cw5 (transition notch 14 - fig.2), the contact Cr3 is closed which connects the secondary resistor in shunt to the element R2 of the main resistor. Element R2 is progressively shunted by the closing of the contacts Kwi to Kw4.
Finally, the entire element R2 is short-circuited by closing the contact Cw5 (notches 15 to 20 - fig. 2).
During the fourth stage, after opening the contacts Kw1 to Kw4, Cr2 and CwO (transition notch 21 - fig. 2), the contact Cr4 is closed which connects the secondary resistor in shunt on the element R3 of the main resistor. Element R3 is progressively shunted by the closing of the contacts Kwi to Kw4.
Finally, the entire resistance is short-circuited by the closing of the CwO contact. At this moment the current coming from the line passes directly to the motors via the closed contacts L, CwO, Cr4 (notches 22 to 28 - fig. 2).
When the resistance start is finished, the secondary resistance is used again to gradually shunt the inductors bi, b2 of the traction motors up to the maximum.
For this purpose, after having opened the contacts Kw1 to Kw4, Cr3 and Cw5 (transition step 28 - fig. 2), we close the contacts Shi and Sh2 which connect the resistance elements W6 and W7 between the terminal w5 and the terminals output of the inductor windings b1 and b2. The latter are thus shunted by a circuit comprising the resistance elements W6 and W7 belonging to each of the shunt circuits in series with the elements W1 to W5 in common.
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to the two bypass circuits. If we successively close the contacts Kw1 to Kw4 reducing this resistance and finally the contact Cw5 bypassing it, we gradually increase the degree of shuntage of the inductors (notches 29 to 34 - fig. 2).
For rheostatic braking, contact L is open and a contact F, mounted between terminals g and 1, is closed. The resistor is therefore connected to the terminals of the traction motors coupled in parallel. The resistance is then gradually eliminated by closing the contacts in the same order as for starting. However, the notches corresponding to the shunting of the inductors of the traction motors are not used during rheostatic braking.
It will be noted that this method of eliminating the resistance, always using the same contacts of the secondary resistance to increasingly shunt the steps of the main resistance and to increase the degree of shunting of the inductors, makes it possible to obtain a number high starting and braking steps while requiring only a relatively small number of contacts to the controller and connections to the resistors.
For example, if the main resistance is divided into m elements and the secondary resistance into n elements, we will obtain: (m + 1) (n + 1) starting notches, (n + 1) inductor shunt notches and (m +1) (n + i) rheostatic braking steps.
The motor starting and braking diagram described above reduces the number of contacts to be controlled by the controller and consequently the useful height of this device.
However, since a minimum cut-off distance must be obtained between the brushes and the conductive keys of the controller drum, the distance between the points on the surface of the drum which stop in front of a brush for each notch of the controller is determined. It follows that the increase in the number of notches of the controller imposes a larger diameter of the key drum and therefore requires an increase in the size of the surface of the controller.
In order to reduce the diameter of the controller, we distribute,
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according to the invention, the points on the surface of the drum which pass in front of a brush following turns of helices and the drum is imparted helical movement.
Fig. 3 shows the controller drum drive mode. The lever M drives, by means of a telescopic coupling a, the drum t, one end of which carries a threaded rod f screwed into a nut e integral with the frame d of the controller. The drum t is driven both by a rotational movement around its axis by means of the lever M and by a translational movement along its axis resulting from the displacement of the screw f in the fixed nut e. The combination of these two movements gives the drum a helical movement. It follows that the points of the surface of the drum t which pass in front of a brush b are on a propeller h.
By moving the lever M several turns, several helix turns pass in front of the brush b, it is thus possible to distribute the large number of notches of the controller on a drum of small diameter.
On the trace of the various helix turns, conductive keys are placed which come into contact with the various brushes and the location and length of which depend on the order and the duration of the closing of the contacts which achieve the progressive elimination of resistance as described above.
When using a controller with mechanical contactors, the brush b is replaced by a roller placed at the end of the lever of a contactor. The contact points of the roller on the drum are on a propeller. This propeller may or may not be materialized on the drum by a screw thread cut into its surface. On the trace of this propeller, the drum or the screw thread is pierced with notches. When the roller rolls on the drum or the screw thread the contactor is open; when the roller falls into a notch, a spring closes the contactor. The spacing and length of the notches depend on the order and the duration of the contactors' engagement according to the above-mentioned resistance elimination scheme.
In the previous description, the trac-
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tion always remain coupled in parallel, but the / controller with a large number of notches established according to the invention can also start motors constantly coupled in series. The controller can also be designed to start motors successively coupled in series and in parallel. In this case, the starting with the series coupling of the motors is obtained by eliminating the resistance as described above.
Then the coupling keys or contactors can effect, following known methods, the transition from series coupling to parallel coupling at the same time that part of the resistance is again introduced into the circuit. The elimination of the resistance and the shunting of the inductors in the parallel coupling are done as before.
By way of example, equipment with two motors has been considered, but the invention can be applied to equipment with four or six motors, or even more, the starting of which is carried out either with a single coupling. or by successively using @ various couplings.
Note that with the connection diagram shown in fig. 1, one can easily connect in parallel on an element of the main resistance, in addition to the secondary resistance, the elements of the main resistance which have already been eliminated.
For example, when the controller is on one of the notches 22 to 26 fig. 2, by closing the contact Cr2, one connects in parallel on the element R3, the element R2; by closing the contacts Cr2 and Cr1, one connects in parallel on the element R3, the element R2 and the element Ri. Additional means are thus available for modifying the resistance while maintaining the same number of contacts to the controller.
The new controller with a large number of notches can still be applied to the starting and braking of other types of electric motors, whether it is used to eliminate the starting resistance, or to adjust the excitation resistance, either that it modifies successively or simultaneously these two resistances. It can still be applied to fine adjustment of the speed of '
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engines. In general, it can be used whenever there is a need to fine tune a resistance.