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La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif d'accélération et de limitation de vitesse pour moteurs électriques actionnant des véhicules sur rails ou sur route.
Le démarrage d'un véhicule sur rails ou sur route actionné électriquement par des moteurs à excitation série ou compound peut être considéré comme se divisant en trois périodes :
La première période au cours de laquelle a lieu l'élimination progressive des résistances de démarrage; la seconde au cours de laquelle a lieu la réduction progressive d'une partie de l'excitation, par shuntage de celle-ci dans le moteur série ou par élimination progressive de l'excitation en dérivation dans les moteurs compound; la troisième, au cours de laquelle la vitesse s'établit à la valeur pour laquelle le couple moteur équilibre le couple résistant.
Il est à remarquer que pendant la troisième phase,la puissance utile diminue très fortement de telle sorte que l'accélération devient de plus en plus petite au fur et à mesure que l'on ' se rapproche de la vitesse réglementaire prédéterminée.
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En vue de remédier à cet inconvénient, il a déjà été proposé d'accroître le shuntage de l'excitation série du moteur, de façon à relever la valeur de la puissance utile.
Malheureusement si cette réalisation engendre un accroissement de la puissance utile, elle tend à accroître la vitesse réglementaire du véhicule de 10 à 20% ce qui présente de graves inconvénients quant à la sécurité, à l'usure des appareils de freinage, à la conservation des organes moteurs et de transmission.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Dans ce but l'invention prévoit d'accroitre la puissance d'accélération tout en ne dépassant pas la vitesse réglementaire prédéterminée.
A cette fin l'invention prévoit d'opérer le shuntage momentané de l'excitation série du moteur jusqu'au moment où la vitesse réalisée par le véhicule tend à devenir égale à la vitesse réglementaire prédéterminée.
L'invention prévoit également que ce shuntage peut être réalisé par paliers.
L'invention a trait également à d'autres particularités qui ressortiront de la description ci-après .
Les dessins annexés indiquent à. titre d'exemple non limitatif plusieurs modes d'exécution de l'invention. Celleci s'étend aux diverses particularités originales que comportent les dispositions représentées.
La fig.l est un diagramme qui illustre schématiquement le procédé d'accélération et de limitation de vitesse pour moteurs électriques suivant l'invention.
La fig.2 est un diagramme illustrant une variante de ce procédé.
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Les fig. 3 à 5 illustrent des réalisations pratiques du procédé suivant l'invention.
Suivant le diagramme de la fig.l, dans lequel en abcisses sont portées les vitesses et en ordonnées les puissances, la droite O1 représente la variation de la puissance de traction, sensiblement proportionnelle à la vitesse; la différence entre les ordonnées de O1 et de O2 représente la variation de la puissance nécessaire à vaincre la résistance de l'air, sensible- ment proportionnelle au carré de la vitesse ; lesordonnées de O2 représentent donc pour chaque vitesse du véhicule la puissance nécessaire pour maintenir cette vitesse.
Au démarrage, pendant la première période on admet généralement un courant qui est un multiple, le double ou plus, du courant normal et on supprime progressivement les résistances en série de façon à maintenir la constance de ce courant au fur et à mesure que le véhicule prend de la vitesse. La puissance absorbée par les moteurs pendant cette période peut donc être représentée par la ligne horizontale 3-4, tandis que 0-4 représente la puissance effectivement'disponible pour maintenir la vitesse et accélérer le véhicule, déduction faite de la puissance perdue dans les résistances.
Pendant la seconde période, on s'efforce par le shuntage progressif de l'excitation série, ou bien par la suppression progressive de l'excitation en dérivation dans un¯moteur compound, de maintenir encore le courant absorbé constant. La puissance absorbée par les moteurs pendant cette période peut donc encore être représentée par une ligne horizontale 4-5 qui, au rendement des moteurs près, peut être considérée comme effectivement disponible pour maintenir la vitesse et accélérer le véhicule.
Pendant la troisième période, les moteurs série ou compound
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n'ont plus qu'une caractéristique série. Le courant absorbé ainsi que la puissance utile diminue au fur et à mesure que la vitesse s'élève; cette puissance peut être représentée par la courbe 5-6 qui vient couper en 6 la ligne 02 représentant la puissance nécessaire pour maintenir la vitesse réglementaire 07.
La différence des ordonnées des courbes 0-4-5-6 et 0-6 représente pour chaque vitesse la puissance disponible pour accélérer le véhicule. On peut se rendre compte que, tandis que cette puissance croît rapidement jusque 4, diminue très légèrement de 4 à 5, elle diminue très fortement de 5 à 6, de sorte que l'accélération devient de plus en plus petite au fur et à mesure que l'on se rapproche de la vitesse 07.
En vue d'obvier à cet inconvénient, on cherche à augmenter le shuntage de l'excitation série, de façon à relever la courbe 5-6 en 5-8 par exemple. On obtient de cette façon un gain de puissance utile représenté par le triangle 5-6-8, mais on déplace en 8 le point de rencontre de la courbe 5-8 avec la courbe 0-2, c'est-à-dire que le véhicule pourra atteindre, si la longueur des trajets partiels le lui permet, une vitesse 09, plus élevée de 10-15-20% que la vitesse réglementaire 07, ce qui présente de graves inconvénients quant à la sécurité, à l'usure des appareils de freinage, à la conservation des organes moteurs et de transmission.
Suivant la présente invention on réalise à partir de 5 une puissance d'accélération plus élevée que 5-6 et même que 5-8, tout en ne dépassant pas la vitesse réglementaire O7.
Aux fins de l'invention, on opère en 5 un shuntage de l'excitation série plus important que celui correspondant à la caractéristique 5-6 et même à la caractéristique 5-8.Puis,
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lorsque le courant absorbé a diminué dans le moteur pour correspondre sensiblement à celui absorbé pour la vitesse 07 , on ramène ce shuntage à celui nécessaire pour ne pas dépasser la vitesse 07, c'est-à-dire celui correspondant à la caractéristique 5-6.
On obtient ainsi pour la troisième période de démarrage la caractéristique 5-10-6 dont les ordonnées dépassent, du triangle 5-10-11, celles de la caractéristique 5-8. On pourra donc, par ce système obtenir une accélération plus rapide jusque la vitesse maximum 07 tout en ne dépassant pas cette vitesse.
Suivant la fig.2, après avoir commencé la troisième période suivant la caractéristiques 5-6, on réalise un shuntage supplémentaire partiel au moment où le courant absorbé est diminué à celui correspondant à la puissance figurée par le point 12. Ce shuntage relève à 13 la puissance utile du moteur, qui décroit ensuite suivant la caractéristique 13-14. Quand la puissance est tombée à 14, qui correspond environ à la vitesse 07, le shuntage supplémentaire partiel est supprimé, de façon à ramener la caractéristique 5-6. Le gain de puissance par rapport à 5-8 est dans ce cas représenté par la surface 15-13-14-16.
On pourrait encore suivant l'invention obtenir un gain supérieur en faisant un nouveau shuntage partiel en un point de la caractéristique 13-14, par exemple en 17, ce qui relèverait la puissance utile à 18 et entrainerait une caractéristique 18-19.
En 19, la suppression des shuntages supplémentaires ramène à la caractéristique 5-6. Le nouveau gain de puissance disponible est représenté par la surface 17-18-19-14.
Il est'aisé de réaliser automatiquement les connexions de shuntage par un ou des contacteurs entrant en action à la fermeture pour insérer les résistances de shuntage quand le courant!. absorbé est réduit à une valeur déterminée; leur fermeture
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entraine une élévation du courant absorbé, puis ce ou ces contacteurs s'ouvrent de nouveau pour supprimer le ou les shuntages lorsque le courant absorbé a de nouveau diminué à une valeur convenable.
Dans le cas de moteurs à excitation compound, où on désire réaliser un freinage par récupération lors du ralentissement, l'existence d'un shuntage trop faible, se traduisant par une excitation série devenue antagoniste, trop importante pourrait empêcher la production d'une récupération suffisante. Mais il est aisé également de prévoir lors de la récupération le renforcement du shuntage par la fermeture du ou des contacteurs réalisant l'objet de l'invention. Il suffit d'actionner ce ou ces contacteurs par l'effet d'inversion du courant absorbé par les moteurs ou un autre moyen, soit directement par l'intervention de relais auxiliaires de manière à provoquer leur fermeture pendant la période de récupération, et obtenir ainsi un renforcement du courant de récupération résultant de la réduction de l'excitation série devenue antagoniste.
Suivant la fig. 3 relative à un moteur à excitation série dont le système de démarrage correspond au diagramme 2, la dernière résistance de démarrage 1 peut être courtcircuitée par le contacteur 2 (muni d'un contact auxiliaire de maintien 3) à travers la bobine du relai 4. Le contact 5 de ce relai 4 alimente les bobines shunt des contacteurs de shuntage 6 et 7 qui comportent également des bobines antagonistes en série dans le circuit de l'excitation 8 du moteur de traction.
La fermeture de ces contacteurs provoque le shuntage de l'excitation 8 respectivement par les résistances 9 et 10.
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Le fonctionnement des divers dispositifs est le suivant:
La dernière position de la période de démarrage étant réalisée par l'alimentation de la bobine du contacteur 2, celuici se ferme et se maintient enclenché grâce à son contact 3. Le courant principal passant primitivement de A à C à travers la dernière résistance 1 est augmenté et passe actuellement par A, B la bobine du relai 4, C, D, E, F. Le relai 4 fonctionne et par son contact 5 alimente la bobine shunt du contacteur 6. Celui-ci ne s'enclenche pas tant que le courant principal passant par sa bobine antagoniste série n'est pas retombé à une valeur déterminée (point 12 de la fig.2).
Quand ce contacteur 6 se ferme il shunte l'excitation 8 par la résistance 9 et provoque à son tour une augmentation de courant principal (point 13 de la fige 2). Par son contact 11 il alimente d'autre part la bobine shunt du contacteur 7. Celui-ci ne s'enclenche pas tant que le courant principal passant par sa bobine antagoniste série n'est pas retombé également à la valeur déterminée (point 17 de la fig.2). Quand il se ferme, le contacteur 7 shunte l'excitation 8 par la résistance 10, provoque ainsi une nouvelle augmentation du courant principal (point 18 de la fig.2).
Quand ce courant sera revenu à une valeur convenable (point 19 de la fig. 2) et telle que le relai 4, shunte également par les résistances 9 et 10 retombe, le contact 5 coupera 3-alimentation des bobines shunt des contacteurs 6 et 7 qui déclencheront n'étant pas suffisamment maintenus par leurs bobines "série".
La chute de ces contacteurs supprimant les shuntages de l'excitation série 8, le courant principal s'établit à la valeur imposée (point 6 de la fig.2).
Suivant la fig. 4 relative à un moteur à excitation compound,
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l'excitation série (1) du moteur de traction peut être shuntée par les résistances 5 et 6 à l'aide du contact 4 et du contacteur 7. Ce contacteur 7 possède une bobine 9 en série avec la résistance 5 et une bobine 8 reliée aux bornes de l'excitation shunt 2, du moteur de traction, Cette excitation peut être variée par l'intermédiaire du rhéostat 3, connecté dans le cas envisagé en potentiomètre.
Le fonctionnement des dispositifs est le suivant :
Pendant l'élimination des résistances de démarrage (diagramme 0-4 de la fig.l), le rhéostat de l'excitation shunt est laissé à sa position "maximum de champ"; par ce fait la bobine 8 du contacteur 7 est alimentée à pleine tension et fait enclencher le contacteur 7 ce qui groupe les résistances 5 et 6 en parallèle.
La fermeture du contact-4 qui constitue la première position d'accélération provoque la shuntage de l'excitation série 1 par les résistances 5 et 6 combinées. Une partie du courant principal traverse la bobine concordante 9 du contacteur 7. L'augmentation de vitesse du moteur de traction (diagramme 4-5 de la fig.l) est ensuite provoquée par la manoeuvre du rhéostat 3 qui diminue l'excitation shunt 2, et en même temps la tension aux bornes de la bobine 8. Malgré la diminution de cette tension qui s'annule finalement, le contacteur 7 reste enclenché sous l'influence de la bobine 9 traversée par une partie du courant principal.
L'excitation shunt du moteur de traction ayant été complètement éliminée (point 5 du diagramme fig,l) le courant principal diminue ( diagramme 5-10 de la fig,l); il arrive un moment où il est insuffisant pour maintenir le contacteur 7 enclenché, celuici retombe et élimine la résistance 6.
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L'excitation série 1 n'est plus shuntée que par la. résistance 5 et le courant principal revient à la valeur convenable (point 6'du diagramme fig.1). Lorsque le ralentissement du moteur est provoqué par la manoeuvre inverse du rhéostat 3 (freinage par récupération) , la bobine 8 est remise progressivement sous tension et provoque finalement'le réenclenchement du contacteur 7, malgré l'action antagoniste de la bobine 9 parcourue par le courant principal qui a changé de sens. La récupération d'énergie pourra ainsi se faire au maximum, l'excitation série (1) antagoniste pendant cette période étant shuntée au maximum par les résistances 5 et 6 combinées.
Suivant la fig.5 qui illustre schématiquement'-une disposition adoptée pour limiter la vitesse d'un moteur à excitation compound par renforcement de l'excitation shunt, l'excitation shunt 1 peut être variée par l'intermédiaire du rhéostat 2 connecté en potentiomètre.
Une résistance supplémentaire 3 peut être intercalée à l'aide d'un relai 4 comportant une bobine 5 connectée aux bornes mêmes de l'excitation et une bobine antagoniste 6 en série avec le courant principal du moteur.
Pendant l'élimination des résistances de démarrage, le rhéostat est à la position B (plein champ) comme représenté à la fig.5. La bobine 5 est à ce moment court-circuitée et le courant principal traversant la bobine 6 est insuffisant à lui seul pour enclencher le relai.
Quand le rhéostat est manoeuvré pour accélérer la vitesse du moteur, la bobine 5 est mise sous tension croissante et détruit progressivement l'action de la bobine 6.
Le rhéostat étant arrivé à la position A (champ zéro) la bobine 5 est sous pleine tension, elle provoquera l'enclenchement
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du relai 4 quand le courant principal passant par la bobine 6 aura diminué d'une valeur suffisante par suite de l'augmentation de vitesse. A ce moment, la résistance 3 est intercalée, l'excitation shunt du moteur est remise sous une tension déterminée d'avance ce qui fait ralentir le moteur à la limite de vitesse imposée.
Lorsque le ralentissement du moteur est provoqué par la manoeuvre inverse du rhéostat 2 (freinage par récupération) la tension aux bornes de la bohine 5 est progressivement diminuée, la bobine 6 traversée par le courant principal qui a changé de sens, maintient le relai enclenché tant que ce courant reste au dessus d'une certaine valeur. Pour cette valeur du courant le relai retombe et le dispositif reprend sa position initiale.
Il faut remarquer que lorsque le rhéostat est dans la position B de champ maximum, l'excitation shunt du moteur est à la pleine tension, même si le relai 4 est resté enclenché. La récupération d'énergie peut ainsi se faire toujours au maximum.
Il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux réalisations décrites à simple titre d'exemple mais qu'elle s'étend à toute réalisation tombant dans l'esprit ou l'étendue des revendications suivantes.
REVENDICATIONS.
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