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Perfectionnements aux couplages série-parallèle ou parallèle de moteurs à-courant continu à excitation subdivisée
On sait qu'un des modes de régulation de la vitesse des locomotives et automotrices électriques fondtionnant sur courant continu consiste à faire varier le champ des inducteurs des moteurs de traction, par exemple par l'un ou.l'autre des moyens suivants : - Mise en parallèle de résistances avec les inducteurs; - Alimentation séparée des inducteurs pa.r le réseau, avec interposition de résistances variables;\ - Alimentation des inducteurs par une source- indépendante
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;
'\ . et variable (batterie, groupe moteur-génératrice,etcoo) 'En ce.qui.concerne ce dernier moyen, il est connu, notamment, de régler la vitesse de moteurs série 4 exci- tation subdivisée, ou de moteurs compound, a l'aide d'une.
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génératrice auxiliaire, entraînée par un moteur alimenté par le réseau et branchée en dérivation sur une fraction des inducteurs subdivisés (voir fig.l, où M désigne l'induit du moteurs, m et m' ses inducteurs, et G la génératrice),
Mais si l'on veut appliquer cette méthode au cas d'une pluralité de semblables moteurs couplés en parallèle ou en série-parallèle, on est conduit à l'emploi d'autant de génératrices auxiliaires qu'il y a de groupes moteurs en parallèle, ce qui rend l'installation encombrante, onéreuse, et d'un contrôle difficile,
On pourrait, il est vrai,
comme le montre la fig.2, employer une génératrice unique G, branchée aux extrémités réunies des fractions complémentaires m'1 m'2, m'3 m'4 des inducteurs m1, m2, m3, m4 de chacune des branches M1 M2M3 M4 couplées en parallèle. Mais, avec une semblable organisation, il est évident qu'il serait impossible dans la pratique, et en tout cas d'autant plus difficile que le nombre de branches en parallèle serait plus grand, d'obtenir une égale répar- tition du courant dans les divers inducteurs complémentaires.
De plus, on ne diminuerait pas de façon importante l'encom- brement des appareils.
La présente invention a précisément pour objet un mode particulier de couplage d'un n,ombre quelconque n de mo- teurs, répartis en z groupes ou branches disposées en paral- lèles et comportant chacune n - u moteurs montés en série, z ledit couplage fournissant des caractéristiques supplémen- taires à forme série, qui accroissent le nombre des courbes de régulation de la machine et permettent, en outre, de réaliser le shuntage par génératrices auxiliaires ou par résistances, sur une gamme plus étendue qu'avec les couplages classiques;
et cela avec des avantages constructifs important.'
Conformément à l'invention, l'enroulement inducteur, ou enroulement de champ, de chaque moteur étant décomposé en/
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2 fra ctions, l'une d'elles est, pour chaque moteur, parcourue par le courant qui traverse la branche dans laquelle sont insérés l'induit et les enroulements de commutation du moteur considéré, tandis qu'au contraire, toutes les autres fractions que l'on appellera "fractions complémentaires", sans pour cela préjuger de leur valeur relative à l'égard de's premières sont associées entre elles et montées en série de façon à constituer pour tous les moteurs une chaîne unique, et, suivant le cas, cette chaîne est:
" soit montée en série par rapport à l'ensemble des diffé- rentes branches-montées en parallèle, - ladite chaîne étant alors, suivant 'qu'elle est ou non shuntée, parcourue par tout ou partie de la somme des courants qui traversent les branches précitées, -, soit montée de façon séparé'e en l'alimentant exclusi- vement par une ou plusieurs génératrices auxiliaires, dont tout ou .partie..des inducteurs sont eux-mêmes parcourus par un courant proportionnel à la somme des courants qui traver- sent les 'branches-montées-en parallèle.
Dans le prémier cas, - et toujours conformément à l'in- vention-, le réglage de la vitesse de la machine est réalisé en branchant en dérivation sur la chaîne inductrice complé- mentaire, soit une ou plusieurs génératrices auxiliaires, soit une résistance'réglable, le courant qui traverse ladite dhaîne étant alors, soit la somme algébrique (cas de la génératrice auxillaire,) soit la différence arithmétique (cas de la résis- tance) des courants qui parcourent respectivement, d'une part, l'ensemble des branches en parallèle (induits et première fraction d'inducteurs, et d'autre part, la dérivation précitée)
Dans le deuxième cas,
le courant qui parcourt la chaîne inductrice complémentaire est uniquement fonction de la somme des courants qui traversent les diverses branches (Induits-et première fraction d'inducteurs).
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Dans le dessin annexé, qui représente entre autres, titre d'exemples, plusieurs modes de réalisation de l'in- vention :
La figure 3 est un schéma d'un couplage conforme à l'invention, dans lequel n moteurs sont répartis dans z bran- ches reliées en parallèle et comportants chacune u moteurs couplés en série;
La figure 4 représente, concurremment avec celles du moteur-série normal, les courbes : effort, vitesse en fonction des intensités, obtenues avec le montage suivant la figure 3;
La figure 5 est un schéma analogue à celui de la figure 3 et comportant un shuntage par génératrice auxiliaire;
La figure 6 est un schéma analogue au précédent, mais avec un shuntage par résistance réglable ;
La figure 7 est un schéma représentant l'alimentation séparée des champs complémentaires, à l'aide d'une génératrice auxiliaire dont les inducteurs sont parcourus par la totalité du courant qui traverse les z branches; Le schéma de la -figure 8 représente une variante du précédent;
La figure 9 est une variante du couplage suivant la fig.3.
Dans le montage suivant la fig.3, les n moteurs de l'installation sont groupés dans z branches couplées en paral- lèle et dont chacune comporte u moteurs représentés par leurs induits l...u, et la fraction l'... u'.de l'enroulement induc- teur qui reste constamment en série avec son induit, quelle que soit d'ailleurs sa position dans la branche série consi- dérée. Le dernier moteur est désigné par n, et la fraction correspondante d'inducteur est désignée par n'.
Conformément à l'invention, les enroulements complé- mentaires 1"...n" de la totalité de ces moteurs sont montés en série les uns par rapport aux autres, de façon à constituer
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un'e chaîne commune unique; connectée au p'oint commun amont ou aval des diverses branches groupées en parallèle, en sorte que' le courant traversant ladite chaîne 1"...n" est égal à la somme des' courants qui traversent chacune desdites branches
1... z. L'ensemble est intercalé entre,les'bornes positive et négative d'une alimentation usuelle en courant continu.
Dans la figure 3, de même que dans les figurer sui- vantes, on à supposé la chaîne connectée,au point commun aval visé ci-dessus./
Bien entendu, la constitution des enroulements com- plémentaires est telle que'le passage du courant (somme des courants des branches parallèles) ne produise pas de destruc- tions dans'cette partie des moteurs:
Ce montage' fonctionne comme' suit (voir fig.4):
Si l'on appelle a le nombre de spires de la fraction d'enroulement l' du moteur 1, et b celui de l'enroulement com- plémentaire 1" dudit moteur, I désignant le courant qui passe dans chacune des branches 1....z, on sait que, pour un moteur série normal,le champ, serait fonction de (a + 'b) I, tandis que, dans le montage décrit ci-dessus, il sera évidemment fonction de (a + z b) I;
c'est-à-dire que pour une même intensité I passant dans l'induit, le point de fonctionnement 'normal bien connu (A, B), de la caractéristique V = f(I) et
F +# (1) du moteur série classique, passera en un point (A1, B1) caractérisé, par rapport au point précédent, par le fait que A1 se trouve au dessous-de A, et B1 au dessous de' B
Pour les différentes valeurs de I, on obtiendra des points A1 et B1 disposés, d'une manière analogue à celle indi- quée ci-dessus, ces différents points se groupant respecti- vement sur, les deux courbes V1 et F1 représentées en traits discontinus sur la figure 4', où les courbes normales V et F sont au contraire représentées en traits pleins.
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D'après les positions respectives des courbes F1, V1 par rapport aux courbes F, V1 l'homme du métier comprend im- médiatement que la zone de régulation possible par shuntage est accrue des aires hachurées.
Les montages suivant les figures 5 à 8 constituent des modes variés d'obtention de courbes effort-vitesse écono- miques, à partir des,courbes fondamentales F1,V1.
Dans le montage suivant la figure 5, établie en par- tant de la figure 3, le moyen d'obtention des courbes préci- tées consiste dans l'emploi d'une ou plusieurs génératrices groupées en série, en parallèle ou en série-parallèle et mon- tées en dérivation aux bornes de la chaîne-série commune
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1 ....n .
Sur le dessin il n'a @ été représenté qu'une seule génératrice G, avec son moteur d'entraînement M@, branché de façon connue aux bornes de l'alimentation (+ et -).
La génératrice G peut être découplée par l'ouverture d'un contacteur c, et sa régulation est réalisée de façon connue (non représentée), par exemple au moyen d'une exci- tation séparée, avec, suivant la forme des courbes à obtenir, adjonction éventuelle d'un enroulement supplémentaire traver- sé par tout ou partie du courant qui passe dans la chaîne industrice complémentaire 1"...n".
Le fonctionnement est le suivant en régime établi-:
Si l'on suppose le contacteur c ouvert, l'installation se comporte comme un ensemble de moteurs en série-parallèle à champs renforcés, comme il résulte de ce qui a été, dit plus haut.
Si l'on suppose au contraire le contacteur ± fermé, et la génératrice G non excitée, le courant issu des branches en parallèle sera dérivé en partie dans ladite génératrice qui se comporte comme une résistance constante.,
Si, maintenant, la.génératrice reçoit une excitation
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déterminée indépendante du courant qui traverse les induits, suivant que la tension sux b'ornes de ladite génératrice sera supérieure ou inférieure à celle à l'entrée de la chaîne com- plémentaire 1"...n";
le courant dans ladite chaîne sera renforcé ou diminué, sans qu'on puisse toutefois le ramener à la valeur zéro, étant donné que, pour une valeur zéro de la tension + de la génératrice (cas de débit maximum dans cette dernière), oh obtiendrait simplement un shuntage d'une certai- ne valeur des inducteurs série,
Dans le cas où l'excitation de la génératrice serait en dépendance' du courant traversant les induits, la tension aux bornes de ladite génératrice varierait avec ledit courant, et oh obtiendrait une forme de courbes, également intéressante, mais différente des précédentes.
Pour obtenir non seulement la valeur zéro dans les inducteurs de la chaîne 1"....n"(courbe de.shuntage de moteurs-série fonctionnant uniquement avec les enroulements 1'....n'), mais -encore le changement de sens du courant dans lesdits. industeurs, on pourra, par des moyens connus, inver- ser la.polarité de la génératrice.
A.partir de ce moment, plus on augmentera la différente de tension aux bornes de cette dernière,, plus on diminuera le courant résultant qui passe normalement dans la chaîne complémentaire, jusqu'à ob- tenir l'inversion du sens de ce courant résultant, c'est à dire fonctionner en récupération,
Si l'on veut. conserver la forme intégrale de là caraotéristique de moteurs série,, on peut, comme le montre la figure 6, aux lieu et place de la génératrice auxiliaire G prévue dans le montage-suivant fiG.5 connecter une résistance réglable R en dérivation aux bornes dela chaîne complémen- taire 1".....n".
Le fonctionnement. est évidenta Bien entendu, un semblable dispositif exclut la
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récupération par l'unique réglage de la résistance R.
Au point de vue constructif, à partir d'une certaine puissance, les dimensions et les poids de la ou des généra- trices auxiliaires du dispositif suivant la figure 5 dépass&- raient les valeurs qui peuvent être admises sur du matériel roulant. On est alors conduit à envisager un mode de montage différent, représenté sur les figures 7 et 8.
Suivant la figure 7, la chaîne-série formée par les inducteurs complémentaires 1"....n", est alimentée sépa- rément et exclusivement par la génératrice auxiliaire G, laquelle, étant indépendante du circuit induit, n'a plus dès lors à supporter le passage d'une fraction importante de la somme des courants des branches parallèles, et peut, par suite, recevoir des dimensions beaucoup plus réduites que dans le montage suivant la figure 5. Les z branches paral- lèles pourraient alors être purement et simplement connec- tées aux bornes négative et positive de l'alimentation,
Toutefois, (et c'est le schéma représenté dans la figure), sans un correctif, le montage qui serait ainsi obtenu réaliserait le montage intégral de moteurs à forme de caractéristiques compound.
Or, il peut être nécessaire, pour certains cas de traction, de réaliser des formes de courbes beaucoup plus voisines des caractéristiques série.
Il est aisé de s'en rapprocher en prévoyant, pour la génératrice, un enroulement excitateur réglable, parcouru par la totalité du courant traversant les branches en parallèlee
Comme le montre ladite figure 7, il suffit de monter en parallèle avec l'enroulement excitateur E, une résistance réglable r.
On comprend immédiatement que la vap@ation de ten- sion aux bornes de la génératrice, et, par voie de consé- quence, le courant qui traverse la chaîne complémentaire .
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1"...n", seront proportionnels à l'intensité qui pas's'e dans l'enroulement É précité. Notamment, pour une position déterminée de réglage de la résistance r, le sens de la variation
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du courant dans la chaîne 1" , , . en" séra le même que dans cha- cun'des in4iit-s. des'moteurs,
11 est évident, que le fonctionnement en récupérati-on, pourrait être obtenu 'par l'adjonction-, sur la génératrice,
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d'un de unième "enroulement se pare.
E:; l'enroulement E, muinte- nu en circuit, pour la marche en traction,, 'pouvant .être éven- tuellement éliminé pour -la-marche en récupération,, 'par l'ou-
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verture d'un contacteur . '
Du point de 'vue constructif' pratique,, pour des 'puis- sances supérieures à une certaine 'valeur, le mode de montage
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'de l'enrbuleinent-E et de la résistance r peut conduire à des dimensions et,des pd,'Lds *prohibitifs,
La variante suivant. ici figure 8 (où les lettres 'de . référence désignent .les'mêmes organe-, que dans la-figure remédie à cet.inconvénient du fait qu'on ne laisse passer dans
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1'enroulement'E qu'une fraction du courant total, ce dernier traversant une résistance ., de dimensions réduites., aux b fneS'del,1;
aµûel%e sont branchées ledit enroulement E et sa résistance de"réglage'r¯.
Pour 1"a ':récupératon et la stabilité de fonctionnement ce dernier mode de-montage est identique au précédente
En particulier, en ce qui concerne la stabilité élec-
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trique. de s"monta:ge s, suivant=l"\1ne ou l'autre.'de?'figures 7 et 8, elle,, est démontrée, par. le 'fait que, .pour..toute variation de tension'du-réseau, l'intensité du'courant dans les. inducteurs
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1"...,n' et 1"...,.±", tend, comme dans un moteur-série, à varier dans le. même sens.
Bien que l'invention ait été décrite en supposant qu'une'fraction des' enroulements'inducteurs de chacun des n moteurs reste constamment en'série avec-son induit dans'la
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branche à laquelle appartient ce dernier, il apparaît avec édi- dence que, conformément à ce qui est indiqué sur la figure 9 les enroulements 1"....n"pourraient, en vue de l'obtention dé formes de caractéristiques différentes de celles réalisées avec le montage suivant la figure 3, et représentées sur la figure 4, être inclus dans la chaîne complémentaire 1"...n" de telle façon que la totalité des champs inducteurs des mo- teurs soient connectés en série, en formant une chaîne induc- trice unique recevant la somme des courants qui traversent les branches parallèles,
lesquelles comporteraient alors unique- ment, en série, les induits des moteurs, toujours reliés respectivement à leurs enroulements auxiliaires de commutation, Bien entendu, le shuntage par génératrices auxiliaires ou par résistance s'opérerait exactement comme dans le cas précé- dent des figures 5 et 6.
- REVENDICATIONS -
1 / Couplage série-parallèle de moteurs à courant continu à excitation subdivisée, notamment en vue du règlage des vitesses économiques, en traction et récupération, d'un nombre quelconque n de moteurs, répartis dans z branches dis- posées en parallèle et comportant chacune n moteurs montés en z série, caractérisés en ce que l'enroulement inducteur, ou enroulement de champ, de chaque moteur étant subdivisé en deux fractions, la première est parcourue par le courant qui traverse la branche dans laquelle sont insérés l'induit et les enroulements de commutation du moteur considéré, tandis qu'au contraire, la totalité des autres fractions sont as- sociées entre elles et montées en série de façon à constituer pour tous les moteurs, une chaîne unique que l'on peut, sui- vant le cas,
soit monter en série par rapport à l'ensemble des différentes branches montées en parallèle, ladite chaîne étant alors, suivant qu'elle est ou non shuntée, parcourue
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par tout ou partie de la somme,des courants qui traversent les branches précitées, soit monter de façon séparée, en l'alimentant exclusivement par une ou plusieurs génératrices auxiliaires dont tout ou partie des inducteurs sont eux-mêmes parcourus par un courant proportionnel à la-somme des courants qui traversent les branches montées en parallèle;
2 / Couplage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chaîne inductrice étant montée en série sur l'ensemble des branches en parallèle, le règlage de la vitesse de la machine est réalisé en montant en dérivation aux bor- nes de ladite chaîne, soit une ou plusieurs génératrices auxiliaires, soit une résistance réglable, le courant qui traverse la chaîne étant alors, suivant le cas, la somme algé- brique (cas des génératrices) ou la différence arithmétique (cas de la résistance) des courants qui parcourent respecti- vement l'ensemble des branches en parallèle et la branche en dérivation, la traction ou la récupération étant obtenue suivant le sens du courant résultant qui passe dans la chaîne inductrice complémentaire;
3 / Couplage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chaîne complémentaire étant séparée des branches en parallèle et alimentée exclusivement par une génératrice auxiliaire indépendante du circuit induit, le réglage de la vitesse de la machine est réalisé, de préférence, en prévoyant pour ladite génératrice et pour la marche en traction, un enroulement réglable parcouru soit par la totalité, soit seulement par une fraction du courant qui traverse les bran- ches en parallèle, la marche en récupération étant obtenue en excitant la génératrice par un enroulement séparé réglable, et éliminant éventuellement l'enroulement spécial de cette dernière;
4 / Variante du couplage suivant la revendication 1
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caractérisée en ce que les diverses branches montées en paral- lèle comportent uniquement, montés en série, les induits des moteurs (associés respectivement à leurs enroulements auxiliai- res de commutation), les premières fractions des inducteurs étant incluses, en série, dans la chaîne-série des inducteurs complémentaires, en sorte que la totalité des champs inducteurs sont connectés en série et forment une chaîne inductrice unique recevant la somme des courants qui traversent les branches parallèles, le shuntage par génératrices ou par résistance pouvant être réalisé comme dans le cas cù les deux fractions des divers inducteurs appartiennent respectivement aux branches parallèles et à la chaîne complémentaire.