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"DISPOSITIF DE FREINAGE RHEOSTATIQUE POUR UN EQUI-
FEMENT DE TRACTION A MOTEUR COMPOUND"
Dans les équipements de traction électrique à, un moteur, en particulier dans les équipements de trolleybus, on peut utiliser un moteur compound .
Le démarrage de ce moteur s'obtient en réduisant d'abord jusqu'à mise en court-circuit la résistance de démarrage placée en sérieavec le moteur et ensuite progressivement l'excitation shunt du moteur.
Le freinage électrique du moteur est obtenu en utilisant successivement le freinage par récupération et le freinage rhéostatique. Pendant le freinage par récupération, on augmente progressivement l'excitation shunt du moteur de manié;,:. re à rendre la force électromotrice induite dans le moteur légèrement supérieure à celle de la ligne; le moteur freine en renvoyant du courant dans la ligne. Le trolleybus est ainsi frei-
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né par récupération depuis la vitesse Maximum jusqu'à la vitesse correspondant à l'excitation maximum du moteur. En dessous de cette vitesse commence le freinage rhéostatique. Le moteur isolé de la ligne fonctionne en génératrice débitant dans une résistance branchée à ses bornes.
On court-circuite ensuite progressivement les divers éléments de cette résistance de freinage.
Ce freinage électrique, qui est de pratique courante, ne permet pas d'obtenir un freinage énergique aux grandes vitesses et conduit à une suspension du freinage lors du passage du freinage par récupération au freinage rhéostatique. En effet, pendant le freinage par récupération, le moteur fonctionne en génératrice anticompound. Aux grandes vitesses l'excitation shunt est très faible et le courant débité est forlimité par l'effet démagnétisant de l'excitation anticompound, il s'ensuit que le couple développépar le moteur reste faible.
Lors du passage du freinage par récupération au freinage rhéostatique, on est obligé d'inverser le sens de l'excitation série pour pouvoir freiner jusqu'aux très faibles vitesses.Dans le même but, on renforce quelquefois pendant la période du freinage rhéostatique, l'excitation série soit par augmentation du nombre de spires série en utilisant des électros série à plusieurs prises, soit par suppression de la résistance qui shunte ces électros pendant la marche en traction ou en freinage par récupération.
Ces opérations de permutation des bornes aux électros série, de renforcement de l'excitation série demandent un certain temps : il faut , en effet, successivement couper le courant de freinage par récupération, modifier l'excitation série, fermer ensuite le circuit du freinage rhéostatique; il faut enfin attendre que 1'auto-excitation du moteur se soit amorcée avant d'obtenir à nouveau le plein couple de freinage .
Entre les périodes du freinage par récupération et du freinage rhéostatique s'intercale donc une période de transition relativement longue pendant laquelle le freinage est
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complètement suspendu . La durée de l'opération de passage du freinage par récupération au freinage rhéostatique est encore augmentée du fait que, afin d'éviter des fausses manoeuvres, on est obligé d'introduire, entre les commandes du frein par récupération et du frein rhéostatique, des verrouillages qui ne permettent d'utiliser le frein rhéostatique que si le frein par récupération a été utilisé jusqu'à la plus faible vitesse. Il s'ensuit que le conducteur doit observer, dans la,manoeuvre des commandes, un ordre déterminé qui ralentit le jeu normal de ses reflexes.
La présente invention a pour objet un dispositif de frei- nage rhéostatique et un mode d'asservissement de ce dispositif applicables à. des équipements de traction à moteur compound qui offrentles avantages suivants :
Le freinage rhéostatique peut être appliqué avec son cou- ple maximum à la plus grande vitesse du véhicule.
Quelle que soit la vitesse du véhicule, le freinage rhéos- tatique peut immédiatement et instantanément succéder'au frei- nage par récupération sans nécessiter au préalable des manoeu- vres pour la modification de l'excitation série du moteur.
Enfin, le freinage rhéostatique se commande à l'aide d'un seul organe absolument indépendant des autres commandes du vé- hicule.
Sur les dessins schématiquesci-annexéson a représenté , sui- vant les conventions habituelles,un exemple de réalisation d'un équipement de traction à un seul moteur compound utilisant le et l'asservissement dispositif de freinage rhéostatique/faisant l'objet de l'inven- tion.
La fig. 1 est le schéma des connexions du moteur.
Les fig. 1a et 1B indiquent les contacts fermés respecti- vement pendant le démarrage=et le freinage rhéostatique.
La fig. 2 montre l'asservissement de cet équipement.
Sur la figure 1, AH désigne l'induit du moteur, CD les spires d'excitation shunt , EF les spires d'excitation série,
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,-...-1- les siém-nts de la résistance de démarrage, Pf une .::i, .... --, ,-..- .; -'4 les 41éi.ients s (,,8 a 1'881 s ance de démarrage, iii une ré2ist8.1ic'.? "talon" utilisée pendant le freinage rhéostatique, R.ex une résistance et Rh.ex un rtiéostat du circuit d'excitation shunt.
CL,1 et 012 sont deux contacteurs de ligne, Cri-CrZ-Or3-Cr4 les contacteurs de résistance, CP le contacteur de freinage,'C.ex un con- tacteur d'excitation .
Sur le 1er cran de démarrage, on ferme les contacteurs
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de ligne OL1 et CLZ, le contacteur 0,ex est ouvert et l'excitation shunt CE est branchée en parallèle sur toute la résistance du rhéostat Rh.ex, il s'ensuit que l'excitation shunt est au maximum.
Le moteur démarre donc sous son maximum d'excitation avec toute la résistance de démarrage placée en série. Sur les crans suivants de démarrage, on court-circuite progressivement les éléments R1
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'I-j; de 1 résistance de démarrage en enclenchant les contacteurs Cr1'à 01'4 dans l'ordre indiqué au tableau fig. la .
Le démarrage sur résistance terminé, on continue à accélérer le véhicule en réduisant l'excitation shunt du moteur . cette fin, la manoeuvre du rhéostat Rh.ex déplaçant un contact
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sur 11. ;>résistance de ce rhéostat réduit la tension d'alimentation des électros shunts .
Pour freiner par récupération, on augmente l'excitation shunt du moteur par la manoeuvre du rhéostat Rh.ex. On augmente ainsi la tension induite dans le moteur, celle-ci devenant supérieure à celle de la ligne, le moteur renvoie du courant dans la line en freinant le véhicule. Pour maintenir le freinage par récupération en dépit de la diminution de vitesse du véhicule,
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on r,ianoeuvre le rhéostat d'excitation Rh,ex jusqu'à rétablir la pleine excitation du moteur. aux faibles vitesses le freinage uar récupération devient inopérant et le freinage du véhicule s'a- chève en utilisant le freinage rhéostatique.
Ce freinage rhéostatique peut être utilisé quelle que soit la vitesse du véhicule et que le moteur fonctionne en traction ou en récupération. Pour passer au freinage rhéostatique, il suf- .
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fit d'ouvrir les contacteurs de ligne- GI et oi2 et les contacteurs (:le 1 résistance Cri à Cr àt de fermer ensuite >le. contacteur de
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freinage CF. Par cette manoeuvre , on divine du circuit les enroulements d'excitation série du moteur et l'on fait débiter l'induit AH dans un circuit constitué par la résistance de dé- marrage R1 à R4 et la résistance talon de freinage Rf. Le circuit d'excitation shunt est alimenté sous la chute de tension se produisant dans la résistance Rf.
On remarquera que, la tension d'alimentation de l'excitation shunt étant proportionnelle au courant débité par l'induit , les caractéristiques de freinage sont analogues à celles obtenues avec un moteur série freinant rhéostatiquement.
Pendant l'opération de transition, le circuit de l'excitation shunt n'est pas coupé. La résistance des éléments R1 à R4 étant très petite par rapport à celle du circuit d'excitation, on peut dire que le circuit de l'excitation shunt du moteur reste alimenté à la tension de l'induit. Durant la dite opération le moteur continue donc à entretenir son flux, ainsi, dès que le contacteur de freinage CF se ferme, l'excitation du moteur restant amorcée, celui-ci débite instantanément dans la résistance. Comme le passage de la traction. ou de la récupération au freinage rhéostatique ne necessite qu'une seule opération de transition et comme toutes les manoeuvres de modification de l'excitation série sont supprimées, ce passage au freinage rhéostatique est très rapide.
Il ne dure que le temps de déclenchement et d'enclenchement d'un contacteur d'est à dire un temps de l'ordre de quelques (Centièmes de seconde.
Pour maintenir l'effort de freinage aux jantes malgré la diminution de vitesse du véhicule, on court-circuite progressivement les éléments R1 à R4 de la résistance de démarrage par l'en- clenchement des contacteurs Cr1 à Cr4 dans 1'ordre indiqué au tableau fig. ib .
Pour obtenir un cran supplémentaire de freinage rhéostati- que dans la zone des très basses vitesses, on enclenche sur le dernier cran de freinage rhéostatique le contacteur d'excitation C. ex, ce contacteur court-circuite la résistance R. ex du, circuit
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(lel'excitation shunt . On surexcite donc à ce moment le moteur, ce qui permet d'obtenir encore un effort de freinage rhéostatique ap- préciable aux basses vitesses et de réaliser, grâce aux résistan- ces passives, l'arrêt complet du véhicule en se servant uniquement du freinage rhéostatique.
Il est possible, avec le dispositif de freinage rhéostatique faisant l'objet de l'invention, de réaliser le freinage à partir de la plus grande vitesse du véhicule tout en conservant le flux normal au moteur. En effet, la tension d'alimentation de l'excitation shunt est prélevée durant le freinage rhéostatique aux bornes de la résistance talon Rf. Cette tension n'est donc qu'une fraction de la ten ion totale apparaissant aux bornes de l'Induit. La résistance talon Rf est déterminée de telle sorte que, pendant tout le freinage rhéostatique, le circuit d'excita- tion reste alimenté à sa tension normale quoique la tension aux bornes de l'induit atteigne pendant cette période deux à trois fois la tension normale.
La carcasse du moteur restant donc normalement saturée , le flux de commutation n'est pas modifié et l'on évite tout danger de flash au cours du freinage rhéostatique. Celui-ci peut donc être mis en service quelle que soit la vitesse du véhicule.
Quant aux éléments de résistance R1 à R4 , ils sont détermines de manière à permettre un démarrage sur résistance et un freinagerhéostatique réguliers.
La fig. 2 représente, le mode d'asservissement de cet équipement.
Le trolleybus est conduit à la manière d'une autorao- bile, au moyen de trois pédales. Celles-ci sont rappelées par ressort. L pédale de démarrage PD, entraîne le tambour de démarrage TD commandant le démarrage sur résistances du moteur. La pédale de freinage PF entraîne le tambour TF commandant le freinage rhéostaitique. La pédale d'accélération PA commande de rhéostat d'excitation Rh. ex. Entre la pédale de démarrage PD et la pédale d'accélération RA, il existe un verrouillage convenable représen-
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té schématiquement en a sur la fig2 .
Ce verrouillage est agence de manière à ne permettre de manoeuvrer la pédale d'accélération PA que si la pédale de démarrage PD est complètement enfoncée; de plus il maintient la pédale de démarrage PD enfoncée lorquton manoeu- vre la pédale d'accélération PA . Le dit verrouillage ne permet donc de réduire l'excitation shunt que si le démarrage sur résistance est complètement terminé. On remarquera qu'il n'existe aucun verrouillage mécanique entre la pédale de freinage PF et-les autres pédales.
Les bobines d'attraction des contacteurs sont désignées par les références qui, sur la fig. 1 , indiquent les contacts qu'elles commandent. RTN est un relais de tension nulle, R Max.Id et R Max. If, des relais à maxima de courant. La puissan- ce d'asservissement est supposée demandée à une source auxiliaire à basse tension BT.
, A partir de la position 1 de la pédale de démarrage PD, on alimente les bobines d'attraction des contacteurs de ligne CL1 et CL2. Le couraht d'asservissement partant de la borne + de la source à basse tension BT passe par le contact 12-3 du tambour de freinage TF fermé quand ce tambour est au zéro, le contact 3-4 du tambour de démarrage TD fermé sur les positions de marche, le contact 4-20 du relais de tension nulle RTN fermé lorsque celui-ci est enclenché.
Sur les positions 2,3,4,5, on alimente successivement les bobines d'attraction des contacteurs de Cr1 à Cr4 eh fermant successivement les contacts 3-5,3-6,3-7,3-8 par le tambour de démarrage TD. On remarquera toutefois que les bobines d'attraction de ces contacteurs ne sont alimentées que si les contacts5-16, 6-17, 7-18, 8-19 du tambour de freinage TF sont fermés, c'est à dire si le tambour de freinage TF est au zéro.
Le relais de tension nulle RTN et le relais à maxima de courant R Max. Id assurent , comme dans tous lés équipements de traction, la protection du moteur. Le relais de tension nulle
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ATN ne peut être enclenche que sur la position 0 du tambour ded amarrage TD et du tambour de freinage TF. Le courant d'en- clenchement venant de la borne + de la source à haute tension il? ou de la ligne , psse par le contact 10-11 du tambour de freinage TF fermé lorsqu'il est au zéro, le contact 11-1 du relais à maxima de courant R max.Id fermé lorsque ce relais est retombé, le contact 1-2 du tambour de démarrage TD fermé au zéro.
Le relais de tension nulle RTN est maintenu enclenché par un courant passant par les contacts 1-2 de ce relais fermé lorsqu'il est enclenché.
En cas d'enclenchement du relais à maxima de courant R Max. Id, les contacts de ce relais 1-11 coupent le circuit de maintien du relais de tension nulle RTN. Celui-ci, en retombant, coupe par ses contacts 4-20 le circuit des bobines d'attraction des contacteurs de ligne CL1 et CL2.Ces derniers contucteurs ne peuvent être réenclenchés qu'après enclenchement du relais de tension nulle RTN, ce qui exige que le tambour de démarrage TD et le tambour de freinage TF soient ramenés au zéro.
Lorsque le tambour de freinage TF quitte la position 0, il rompt les contacts 10-ii et 12-3 . Le contact 10-11 étant rompu fait déclencher le relais de tension nulle RTN. Le contact 3-12 étant rompu, l'alimentation des bobines d'attraction des contacteurs CL1- CL et Cr à Cr4 est coupée, ces contacteurs retombent. On assure 'de cette manière la priorité de la commande du freinage rhéostatique sur celle du démarrage.
A partir de la position 1 du tambour de freinage TF, on ferme le contact 12-13. :Le courant d'asservissement venant de la berne @ de la source à basse tension BT passant per ce contact, peut alimenter la bobine d'attraction du contacteur de freinage Ci à la condition qu'un des deux contacteurs de lignes CL1 ou CL2 étant retombé, ferme son contact auxiliaire 21-13. On obtient ainsi une transition très rapide de la marcha en traction ou en récupération à la marche en freinage rhéostatique .
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Sur les positions 2,3,4,5,6 du tambour de freinage TF on alimente successivement les bobines d'attraction des contacteurs Cr1 à Cr4 et C.ex en fermant successivement les con- tacts 14-16, 14-17, 14-18, 14-19, 14-15. Pendant la manoeuvre du freinage rhéostatique toutes les connexions entre les bornes d'entrée des bobines d'attraction des contacteurs Cr1 à Cr4 et les balais du tambour de démarrage TD sont coupées.
De plùs , comme on l'a explique plus haut, les contacteurs de ligne CL1 et CL2 ne peuvent être réenclenchés que si les deux tambours de démarrage TD et de freinage TF ont été au préalable ramenés au zéro . Il s'ensuit que le tambour de démarrage TD est alors rendu complètement inopérant et par conséquent il n'est pas necessaire de prévoir un verrouillage entre les pédales de freinage PF et de démarrage PD.
Pour faciliter l'explication du fonctionnement de l'asservissement , on a supposé que sur tous les circuits d'a- limentation des bobines d'attraction des contacteurs Cri à Cr4 était placé un contact de verrouillage fermé dans la position 0 du tambour de freinage TF. L'examen du schéma d'asservissement montre que l'on peut supprimer un de ces contacts de verrouilla- ge.
Un autre moyen de rendre le tambour de démarrage TD inopérant pendant le freinage rhéostatique consiste à placer dans les circuits de connexion, entre les bornes d'entrée des bobines d'attraction des contacteurs Or, à Cr4 et le tambour de démarrage TD, de petits redresseurs ne permettant le passage du courant que dans le sens du tambour de démarrage vers les bobines d'attraction.
Dans le cas du freinage d'urgence, le conducteur a tendance à pousser à fond la pédale de freinage PF passant ainsi dernière immédiatement à grande vitesse dans la/position du freinage rhéos- tatique. Le courant de freinage rhéostatique devient alors ex- cessif et risque de mettre en péril le bon fonctionnement du mo-
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leur. Pour éviter cet accident,on a prévu que le courant d'alimentioin des bobines d'attraction des contacteurs Cr1 à Cr et C.ex passe par le contact 12-14 d'un relais à maxima de courant R Max. If excité par le courant du freinage rhéostatique.
Si le conducteur manoeuvre trop rapidement la pédale PF du frein rhé- ostatique, le courant de freinage, dépassant une certaine valeur, ait enclencher le relais à maxima R. Max. If. Dès lors, les contacteurs Cr1 à Cr4 et C.ex quittaient enclenchés retombent et le freinage rhéostatique se poursuit comme si le tambour de freinage TF était resté sur la première position. Cette première caracté- ristique du freinage rhéostatique ne présente aucun danger de sur- charge du moteur, même aux plus grandes vitesses.
Les ampères-tours de maintien du relais à maxima R Max. If sont très faibles. Il s'ensuit que ce relais ne déclenche que lorsque la vitesse du véhicule est descendue- à une faible valeur. A ce moment, le dit relais en retombant permet de passer immédiatement au dernier cran de freinage rhéostatique, mais comme la vitesse du véhicule est faible, ce passage immédiat du premier au dernier cran de freinage rhéostatique se fait impunément.
Il est souvent préférable de remplacer le relais à maxima de courant R max.If par un relais à maxima de tension dérivé aux bornes de l'induit du moteur. Le relais à maxima de tension permet de freiner rhéostatiquement avec des courants d'autant -plus ;;levés que la vitesse du véhicule est plus faible; par conséquent, il protège bien le moteur aux grandes vitesses, tout en permettant d'accroître la décélération au fur et à mesure que la vitesse diminue. De plus le relais à maxima de tension, alimenté aux bornes de l'induit, est déjà excité pendant la période de transition de la tr.ction ou de la récupération au freinage rhéostatique.
Il peut même être enclenché avant que le 1er cran de freinage rhéostatique soit réalisé empêchant ainsi le passage aux autres crans de freinage rhéostatique. Le relais à maxima de courant R max.If au contraire n'est excité que lorsqu'on réalise le 1er cran de freinage rhéostatique, il intervient donc moins rapidement que
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n'interviendrait le relais à maxima de tension.
La protection par relais du moteur freinant rhéostatiquement permet d'utiliser une seule pédale pour la commande successive du freinage rhéostatique et du freinage mécanique. La première partie de la course de cette pédale est utilisée pour la commande du frein rhéostatique; la dernière partie actionne le frein mécanique. Normalement le frein mécanique n'intervient que pour immobiliser le véhicule sur une pente après que le freinage rhéostatique a épuisé toute la force vive du véhicule.
En cas d'urgence, la pédale du frein est enfoncée à fond, le relais à maxima R Max.If empêche le courant de freinage de dépasser le courant maximun, mais comme la pédale est enfoncée à fond, elle commande le serrage du frein mécanique; celui-ci agissant sur les quatre roues esttrès efficace. On obtient ainsi un arrêt très rapide du véhicule par l'emploi simultané du frein mécanique et du frein rhéostatique sans toutefois surcharger excessivement le moteur ni soumettre la transmission à des efforts exagérés .
Dans la description, on a exposé l'application de l'invention à un équipement de trolleybus à un seul moteur, mais l'invention peut encore s'appliquer à des équipements à plusieurs moteurs, par exemple à un équipement de tramways deux moteurs compound constamment connectés en série. fl 3 $ U ME.
1 ) Dispositif de freinage rhéostatique applicable à un équipement de traction par moteur compound dans le quel le circuit des résistances de freinage est dérivé directement aux bornes de l'induit, tandis que'le circuit d'excitation shunt du moteur est alimenté sous la chute de tension se produisant dans une fraction de la résistance de'freinage, l'enroulement d'excitation série étant hors circuit pendant le freinage rhé ostati- @ que.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.