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DISPOSITIF DE COMMANDE.DE FREINAGE.DYNAMIQUE.
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(ayant faît l'objet dfune Semaine de brevet déposée ai4x E.1r.A. le 15 avril 195Q aux. 1'!01I1S de G.R.Purifoy et U.?. Jenkins - déclaratibn de la déposante -J.
La présente invention concerne de façon générale les disposi- tifs de commande électriques et, plus spécialement;, les dispositifs électri- ques pour la commande du freinage en génératrice des moteurs de propulsion des véhicules électriqueso
Si on ne maintient pas le courant de freinage dynamique entre certaines valeurs limites quand le véhicule roule à grande vitesse., il y a danger de provoquer des arcs dans le moteur,
parce que les volts aux bornes du moteur et des barres de commutation des enroulements dépassent dans ces conditions les limites de commutation des moteurs déterminées par construc- tiono
L'invention a principalement pour but de permettre aux véhi- cules à propulsion électrique de freiner en génératrice à grande vitesse sans dépasser les limites de commutation des moteurso
L'invention a aussi pour but de permettre le freinage en gé- nératrice à n'importe quelle vitesse du véhiculeo
Suivant une forme d'exécution de l'invention, la progression automatique de 1-'appareil de commande du freinage dynamique d'un véhicule électrique roulant au-dessus d'une vitesse déterminée est soumise à l'ac- tion d'un relais de tension répondant à la tension d'induit d'un moteur.Si la tension d'induit dépasse les limites permises,
la progression du freina- ge est ralentie jusqu'à ce que la tension revienne dans les normes;,' de ma- nière à protéger les moteurs contre les tensions exagérées et à assurer une progression de freinage lente jusqu'au moment où la commande de la progres- sion est prise en charge par un relais de limitation du courante Pour les cas de freinage en dessous de la dite vitesse déterminée, la progression de l'appareil de commande est contrôlée par le relais de limitation de courant.
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Pour une meilleure compréhension de la nature et des buts de l'invention,, on se référera à la description détaillée suivante et aux dessins annexés.
Les figures lA et 1B réunies constituent un schéma de monta- ge d'un dispositif de commande conforme aux caractéristiques de l'inven- tiono
La figure 2 est un schéma de montage du moteur principal et des circuits de commandée
La figure 3 est une courbe à étages du freinage dynamique d'un moteur à commande suivant l'invention; et
La figure 4 est un schéma de connexions montrant- la suite des opérations d'une partie de l'appareil représenté aux figures 1 et 20
Le dessin représente deux moteurs M1 et M2 qui peuvent être utilisés pour propulser un véhicule électrique (non représenté).Les mo- teurs sont du type série à induits 11 et 12 et inducteurs série 13 et 14, respectivement. Un interrupteur de ligne LS relie les moteurs à un collec- teur de courant 15 en contact avec un fil de trolley 16.
Un interrupteur G' peut aussi être prévu pour relier les moteurs à une connexion de terre 17, ce qui établit la liaison avec une source d'énergie telle qu'une sta- tion de production d'énergie (non représentée)o
Comme le montre :le schéma des connexions de la figure 4, les moteurs M1 et M2 sont d'abord reliés en série et ensuite en parallè- le pendant l'accélération du véhicule. En plus de l'interrupteur LS, un interrupteur JR est prévu pour relier les moteurs en série. Les moteurs restent connectés pendant le passage d'un état de connexion à l'autre, grâce à un interrupteur J qui est fermé pendant la transition.
La con- nexion parallèle est établie au moyen de l'interrupteur LS et d'un inter- rupteur bipolaire Go
Les moteurs peuvent aussi être connectés pour le freinage dynamique, l'inducteur 14 étant mis aux bornes de l'induit 11 et l'induc- teur 13 aux bornes de l'induit 12, de manière à renverser le sens du cou- rant dans les induits, à faire travailler les moteurs en génératrices et à freiner le véhiculeo On utilise en plus de l'interrupteur G qui est fermé pendant le freinage dynamique, les interrupteurs Bl, B2, B3, B8,
B9 et B10 pour établir les circuits du freinage dynamique et régler le courant des moteurs pendant le freinage en shuntant une résistance 19 des circuits des moteurso
Le courant des moteurs est réglé aussi bien pendant les accélérations que pendant le freinage dynamique au moyen des résistances 21 et 22. Des interrupteurs bipolaires de court-circuitage de résistan- ces R1, R3, R5 et R15 sont prévus pour shunter les résistances 21 et 22 par degrés Ces interrupteurs fonctionnent en succession commandée par re- lais de blocage classiques.
Pendant l'accélération, le fonctionnement des interrupteurs de court-circuitage de résistances est commandé automatiquement par un re- lais répondant au courant LA dont la bobine d'excitation est connectée dans le circuit du moteur. Pendant le freinage dynamique., le fonctionne- ment de ces interrupteurs de court-circuitage est normalement commandé par un relais répondant au courant LB dont la bobine d'excitation est connectée dans le circuit de freinage dynamique.
Afin d'empêcher que la tension du moteur ne dépasse la li- mite de commutation des moteurs lors du freinage dynamique d'un véhicule roulant à grande vitesse un relais de surtension OV est mis aux bornes de l'induit 12 du moteur M2. Les contacts du relais OV sont connectés en série avec les contacts du relais de courant LB de telle façon que la pro- gression des interrupteurs de court-circuitage des résistances puisse ê- tre arrêtée soit par le relais de surtension soit par le relais de cou- rant LB.
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Comme le montre la courbe à étages de la figure 3, l'action des interrupteurs de court-circuitage des résistances est commandée par le relais de surtension quand le véhicule roule au-dessus d'une vitesse déter- minée, par exemple de 80 km à l'heure. Quand le véhicule roule à une vites- se inférieure à 80 km à l'heure, l'action des interrupteurs de court-cir- cuitage des résistances est commandée par le relais de limitation du cou- ranto On empêche ainsi la tension des moteurs de dépasser les limites de commutation des moteurs.
Un contrôleur d'accélération AC règle le fonctionnement des contacteurs du moteur pendant l'accélération du véhiculée Le contrôleur AC peut être du type à tambour. Un contrôleur de freinage BC sert à mettre en route la progression des interrupteurs de court-circuitage des résistances pendant le freinage dynamique. La progression de ces interrupteurs peut ê- tre arrêtée et suspendue à tout instant pendant le freinage dynamique en ramenant le contrôleur BC en position 1 dénommée position de "maintien".
Quand le contrôleur BC se trouve en position 2, la progression des inter- rupteurs de court-circuitage est commandée par les relais OV et LB comme déjà exposéo
Les interrupteurs de court-circuitage des inducteurs Sl et S2 shuntent les enroulements inducteurs série des moteurso Le circuit de shun- tage de l'inducteur 13 comporte une résistance 23 et une self à fer 24.
Le circuit de shuntage de l'inducteur 14 comporte une résistance 25 et une self à fer 260
Quand le contrôleur d'accélération AC est ramené à la posi- tion d'arrêt, il ferme les circuits du freinage dynamique des moteurso Ce- pendant,, le courant circulant dans les moteurs pendant la marche à vide du véhicule est maintenu à un niveau relativement bas., .parce que les inducteurs sont shuntés par les interrupteurs de court-circuitage des inducteurs et que les circuits d'induit présentent à ce moment une résistance relativement élevée Pendant la marche à vide., une résistance 27 est insérée dans les circuits de freinage dynamique par un interrupteur S, en plus des résistan- ces 19,
21 et 220
Un relais de régulation de la vitesse SR est prévu pour com- mander le fonctionnement des interrupteurs de court-circuitage pendant la marche à vide du véhiculée La bobine d'excitation du relais SR est mise aux bornes d'une partie de la résistance 19 insérée dans le circuit de freinage dynamique..
Ainsi le relais SR répond à la vitesse du véhicule puisque la chute de tension aux bornes de la résistance 19 varie avec le courant qui traverse celle-ci, à son tour proportionnel à la vitesse du véhiculée De cette manière, les interrupteurs de court-circuitage sont actionnés en fonc- tion de la vitesse du véhicule et l'appareillage est prêt à répondre promp- tement lors d'une opération de freinageo
Afin que le fonctionnement de l'appareil ci-dessus soit clai- rement compris, une description détaillée en sera donnée ci-dessouso Si on veut accélérer automatiquement le véhicule sous la commande du relais limi- teur LA, le contrôleur d'accélération AC sera mis dans la position 4.
Quand le contrôleur AC se trouve en position 1, les interrup- teurs LS,G' et JR sont fermés et les moteurs M1 et M2 sont reliés en sé- rie entre eux et avec les résistances 21 et 22. Le circuit d'alimentation de l'interrupteur de ligne LS part de la barre positive par un plot 31 du contrôleur BC, le conducteur 32, un plot 33 du contrôleur AC, le conducteur 34, un contacteur B21, le conducteur 35 et la bobine d'excitation de l'in- terrupteur LS, pour aboutir à la barre négativeo Le circuit d'alimentation de l'interrupteur G' passe par le conducteur 34 et la bobine d'excitation de cet interrupteur au négatifLe circuit d'alimentation de l'interrupteur JR va du plot 33 par un conducteur 36, un contacteur LS1, un conducteur 37, un contacteur S11, un conducteur 38,
un contacteur J1, un conducteur 39, la bo- bine d'excitation de l'interrupteur JR et un contacteur G1 au négatif
En se fermant, les interrupteurs LS, G' et JR relient les mo-
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teurs en série dans un circuit qui va du collecteur de courant 15 par l'in-
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terrupteur LS, le conducteur 4l? un inverseur t,.29 l'induit du moteur i4l.g l'inverseur 42, l'inducteur série 13, la résistance 2l? l'interrupteur JR, une résistance 18, le conducteur 43s la résistance 22, le conducteur 44, l'inducteur série 14, un inverseur 45, l'induit 12g l'inverseur 45y la bobine d'excitation du relais limiteur LA et l'interrupteur G' à la terre en 17.
A la suite de la fermeture de l'interrupteur JR, les inter-
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rupteurs de court-circuitage des résistances RI, R39 R5 et Ri5 se ferment successivement sous la commande du relais limiteur LA. Le circuit d'alimen- tation de la bobine d'excitation de l'interrupteur R1 va du plot 3.3 du con-
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trôleur AC par le conducteur 46y un contacteur JRI, un conducteur 179 les contacts du relais LA, le conducteur 48, un contacteur Bll, le conducteur 49, un contacteur Rlls le conducteur 5l? la bobine d'excitation de l'inter- rupteur R1, le conducteur 52 et un contacteur R31 au négatif ou par un con- tacteur B22 au négatif Un circuit de verrouillage de 19 interrupteur R1 va du conducteur 37 par un contacteur B12,
le conducteur 54 et un contac- teur R12 à la bobine d'excitation de l'interrupteur Rlo
Comme il a été exposé, les interrupteurs R3, R5 et R15 sont fermés par verrouillages successifs sous la commande du relais limiteur LA.
Le circuit d'alimentation de la bobine d'excitation de l'interrupteur R3
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va du conducteur 49 par un contacteur R7.3 le conducteur 55, un contacteur B139 le conducteur 56, un contacteur G2, le conducteur 5'l, un contacteur JR2? le conducteur 58, un contacteur LS2. le conducteur 59, un contacteur R32., le conducteur 61, la bobine d'excitation de l'interrupteur R3, un contacteur R51$ le conducteur 62? un contacteur R151, le conducteur 63 et un contacteur J2, au négatifo Un circuit de verrouillage pour l'interrup- teur R3 s'établit du conducteur 54 par un contacteur R33, à la fermeture de l'interrupteur R3.
A la suite de la fermeture de l'interrupteur R3, la bobine d'excitation de l'interrupteur R5 est alimentée par un circuit partant du
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conducteur 59? par le contacteur R349 le conducteur 64? un contacteur R52, le conducteur 65, la bobine d'excitation de l'interrupteur R5 et le conduc- teur 62,pour aboutir au négatif par un circuit déjà décrit. Un circuit de verrouillage pour l'interrupteur R5 s'établit du conducteur 54 par un con- tacteur R53, à la fermeture de l'interrupteur R5.
La bobine d'excitation de l'interrupteur R15 est alimentée, à la suite de la fermeture de l'interrupteur R5 par un circuit partant du
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conducteur 59 par un contacteur R54, un conducteur 66? un contacteur R152, un conducteur 67, la bobine d'excitation de l'interrupteur R15, le conduc- teur 63 et un contacteur J2, pour aboutir au négatif. Un circuit de ver- rouillage pour l'interrupteur R15 s'établit par un contacteur Rl530 On re- marquera que la fermeture de l'interrupteur R5 ouvre le contacteur R51, ce qui provoque la réouverture de l'interrupteur R3. De même, la fermeture de
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l'interrupteur Rl5 ouvre le contacteur R151, ce qui provoque la réouverture de l'interrupteur R5, comme indiqué au schéma des connexions successives de la figure 4.
Suite à la fermeture de l'interrupteur R15, l'interrupteur J
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reste fermé pendant le passage de la connexion série à la connexion para7.=.b leo Le circuit d'alimentation de la bobine de l'interrupteur J part du con- ducteur 59 par un contacteur JR3? le conducteur 68y un contacteur R154, le conducteur 69 et la bobine d'excitation de l'interrupteur J, pour aboutir au négatifo Un circuit de verrouillage pour l'interrupteur J va du conduc-
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teur 54 par un contacteur G3, le conducteur 71g un contacteur J3 et la bo- bine d'excitation de l'interrupteur Je au négatif. La fermeture de 1?mter- rupteur J provoque l'ouverture de l'interrupteur JR en ouvrant le circuit d'alimentation de la bobine de l'interrupteur JR qui avait été établi par le contacteur Jl de l'interrupteur J.
A ce moment l'interrupteur G se ferme et établit la connexion en parallèle des moteurs M1 et M2o Le circuit d'alimentation de la bobine
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de l'interrupteur G va du conducteur 57, par un contacteur JR,g le conduc-
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teur 72 et la bobine d'excitation de l'interrupteur G, au négatifo Un cir- cuit de verrouillage pour l'interrupteur G s'établit du conducteur 54 par un contacteur G4, à la fermeture de l'interrupteur G. La fermeture de ce dernier provoque la réouverture de l'interrupteur J en ouvrant le circuit de verrouillage à l'endroit du contacteur G3.
Les moteurs Ml et M2 sont ainsi connectés en parallèle. Le. circuit du moteur Ml part du conducteur 41 par l'inverseur 42, l'induit 11, l'inverseur 42, l'inducteur série 13, la résistance 21, l'interrupteur G, le conducteur 73 et l'interrupteur G', pour aboutir à la terre en 17Le circuit du moteur M2 part du conducteur 41 par un groupe de contacts de l'interrupteur G, le conducteur 43, la résistance 22, le conducteur 44, l'in- ducteur série 14, l'inverseur 45, l'induit 12, l'inverseur 45, la bobine du relais limiteur LA et l'interrupteur G',pour aboutir à la terre en 170
L'accélération du moteur continue par la fermeture des inter- rupteurs R3,
R5 et R15 qui éliminent les résistances 21 et 22 du circuit des moteurs par court-circuitageo Les interrupteurs de court-circuitage des résistances fonctionnent à la suite les uns des autres, comme déjà exposé;, sous la commande du relais limiteur LA.
La fermeture de l'interrupteur R15 alimente la bobine d'exci- tation de l'interrupteur de court-circuitage d'inducteur S1 ce qui établit les circuits de court-circuitage des inducteurs série 13 et 14o Le circuit d'alimentation de l'interrupteur SI part du conducteur 49 par un contacteur LS3, le conducteur 74, un contacteur R155, le conducteur 75, un contacteur G5, le conducteur 76, un contacteur J4, le conducteur 77, un contacteur S12, le conducteur 78 et la bobine d'excitation de l'interrupteur S1, pour abou- tir au négatif. Un circuit de verrouillage pour l'interrupteur SI va du con- ducteur 54 par un contacteur B23, le conducteur 79, un contacteur S13 et la bobine de l'interrupteur SI au négatif.
La fermeture de l'interrupteur SI entraîne la fermeture de l'in- terrupteur S2 qui court-circuite des parties des résistances 23 et 25 dans les circuits de shuntage des inducteurs. Le circuit d'alimentation de l'in- terrupteur S2 part du conducteur 76 par les contacteurs S14 et S21, le con- ducteur 81 et la bobine d'excitation de l'interrupteur S2, pour aboutir au négatif. Un circuit de verrouillage pour l'interrupteur S2 part du conduc- teur 54 par un contacteur B24, le conducteur 82, un contacteur S22 et la bo- bine de l'interrupteur S2, pour aboutir au négatif.
La fermeture de l'inter- rupteur de shuntage d'inducteur S2 termine le cycle d'accélérationo
Si l'on désire laisser rouler le véhicule sur sa lancée, on replace le contrôleur d'accélérat,ion AC sur la position "d'arrêt" ce qui provoque l'ouverture des interrupteurs LS et G' qui déconnectent les moteurs de la source d'énergieo A l'ouverture de l'interrupteur LS, l'interrupteur Bl se ferme et établit les circuits de freinage dynamique des moteurs.
Le circuit d'alimentation de l'interrupteur Bl part du positif par le segment- 31 du contrôleur BC, le conducteur 83,un plot 84 du contrôleur AC, le con- ducteur 85, un contacteur LS4, le conducteur 86 et -la bobine d'excitation de l'interrupteur B1, pour aboutir au négatifo A ce moment l'interrupteur S se ferme et insère la-résistance 27 dans le circuit de freinage dynamique.
Le circuit d'alimentation de l'interrupteur S va du conducteur 85 par un contacteur B25 et la bobine de l'interrupteur 82, ,au négatif.
L'interrupteur G, dans ces conditions., est maintenu fermé au moyen d'un contacteur LS5 qui établi- un circuit allant du conducteur 85 au conducteur 57. Les interrupteurs de shuntage d'inducteur SI et S2 se ferment aussi par un circuit allant du conducteur 85 par un contacteur LS6, le con- ducteur 87 et un contacteur S3 au conducteur 76.
A ce moment, les moteurs sont connectés en freinage dynamique avec les résistances 19, 21, 22 et 27 insérées dans les circuits de freina- ge dynamique et les interrupteurs de shuntage d'inducteur SI et S2.fermés- dans le but d'appliquer aux moteurs un champ inducteur faibleo Comme les mo- teurs travaillent avec un champ inducteur faible et avec, dans les circuits de freinage dynamique, la résistance maximum., le courant de freinage qui les
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traverse est relativement faible..
Le circuit de freinage dynamique du moteur Ml va d'une borne de l'induit 11 par l'inverseur la.29 le conducteur 41, l'interrupteur G, le conducteur 43, la résistance 22, le conducteur 44, l'inducteur 14 du moteur M2, le conducteur 91, l'interrupteur S, la résistance 27, l'interrupteur S, la résistance 19, la bobine du relais limiteur LB, l'interrupteur B1, le con- ducteur 92 et l'inverseur 42, à l'autre borne de l'induit 11.
Le circuit de freinage du moteur M2 va d'une borne de l'induit 12 par l'inverseur 45, le conducteur 91, l'interrupteur S, la résistance 27, l'interrupteur S, la ré- sistance 19, le relais limiteur LB, l'interrupteur B1, le conducteur 92, l'inducteur 13, la résistance 21, l'interrupteur G, le conducteur 73, la bobine du relais limiteur LA et l'inverseur 45, à l'autre borne de l'induit 12.
Pendant que le véhicule roule sur sa lancée, les interrupteurs de shuntage des résistances sont commandés par le relais de régulation de vitesse SR, dont la bobine d'excitation est mise aux bornes d'une partie de la résistance 19. Comme déjà expliqué, le relais SR se trouve sous le con- trôle de la vitesse du moteur De cette manière, les interrupteurs de shun- tage des résistances sont actionnés en fonction de la vitesse du véhicule et l'installation est prête à répondre rapidement à toute manoeuvre de frei- nage. Les contacts du relais de régulation de vitesse établissent un circuit allant du conducteur 85 par un contacteur B26, le conducteur 93, les con- tacts du relais SR, le conducteur 94, et un contacteur LS7, pour aboutir au conducteur 49.
Si l'on veut ralentir la marche du véhicule par freinage dyna- mique,on amène le contrôleur BC en position 2, ce qui ferme l'interrupteur B2. Le circuit d'alimentation de la bobine d'excitation de l'interrupteur B2 va du plot 31 du contrôleur BC par le conducteur 95, un contacteur B14, le conducteur 96 et la bobine d'excitation de l'interrupteur B2, au négatif.
.La fermeture de l'interrupteur B2 provoque l'ouverture de 1-'interrupteur S, ce qui retire la résistance 27 du circuit de freinage dynamique.
A la suite de la fermeture de l'interrupteur B2, l'interrup- teur de shuntage d'inducteur S2 s'ouvre, les circuits de verrouillage s'ou- vrant à l'endroit du contacteur B24 de l'interrupteur B20 L'ouverture des interrupteurs B2 et S2 entraîne l'ouverture de l'interrupteur de shuntage d'inducteur SI, ses circuits de verrouillage étant interrompus à l'endroit du contacteur B23 de l'interrupteur B2 ou du contacteur S23 de l'interrup- teur S2. Les moteurs M1 et M2 sont ainsi excités à fond et le courant de freinage dynamique augmente jusqu'à son maximum. La résistance du circuit de freinage dynamique est calculée de façon que la valeur maximum du courant correspondant à l'excitation maximum soit un rien inférieure à la limite de commutation pour une vitesse maximum.
La progression des interrupteurs de court-circuitage des ré- sistances qui était commandée par le relais de régulation de vitesse SR, l'est maintenant par le relais limiteur de courant LB et le relais de sùr- tension OV, dont les contacts sont reliés en sérieo Comme déjà expliqué, quand la vitesse du véhicule est inférieure à 80 km à l'heure, la progres- sion des interrupteurs de shuntage des résistances est commandée par le relais limiteur de courant LB seulement, puisque le relais de surtension ne peut déclencher à une vitesse inférieure à 80 km à l'heure..
Quand la vitesse est supérieure à 80 km à l'heure, l'appli- cation du freinage dynamique au relais de surtension connecté aux bornes de l'induit 12,,du moteur M2, arrête la progression des interrupteurs de court-circuitage des résistances par l'ouverture des contacts du relais de surtension qui se trouvent en série avec les contacts du relais LB. Le re- lais de surtension arrête la dite progression des interrupteurs aussi long- temps que la vitesse du véhicule et la tension des moteurs n'ont pas bais- sé suffisamment pour que le relais de surtension réenclencheo Comme la courbe de la figure 3 le montrele courant est ainsi maintenu suffisam- ment bas pour ne jamais dépasser les limites de commutation des moteurs.
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En admettant que le véhicule roule à une vitesse inférieure à 80 km à l'heure, la progression des interrupteurs de court-circuitage des résistances peut être entamée par la fermeture de l'interrupteur R1. Le cir- cuit d'alimentation de la bobine de l'interrupteur R1 va du plot 31- du contrô- le* BC par le conducteur 97, les contacts du relaisOV, le conducteur 98, les contacts du relais LB, le conducteur 99, un contacteur LS8, un conduc- teur 101, un contacteur S15 le conducteur 49, le contacteur R11, le conduc- teur 51, la bobine'd'excitation de 1'.interrupteur Rl, le conducteur 52. et le contacteur R31, pour aboutir au négatif.
A la suite de la fermeture de l'interrupteur R1, les interrup- teurs B3, B8, B9 et B10 se ferment en cascade pour éliminer par court-cir- cuitage la résistance 19 du circuit de freinage dynamiques Le circuit d'ex- citation de l'interrupteur B3 part du conducteur 55 par un contacteur LS9, le conducteur 102, un contacteur B31, la bobine de l'interrupteur B3, un contacteur B91, le conducteur 103 et un contacteur B101, pour aboutir au négatif.Un circuit de verrouillage pour l'interrupteur B3 s'établit du conducteur 54 par un contacteur LS10, le conducteur 104, un contacteur B32, la bobine de l'interrupteur 83 .et de là au négatif, par un circuit déjà décrite
Les interrupteurs B8, B9 et B10 se ferment en cascade,
dans l'ordre indiqué par le schéma des connexions successives de la figure 40 Il est inutile de décrire en détail le fonctionnement de ces interrupteurs, puisqu'ils se comportent comme les interrupteurs R3, R5 et R15.
La fermeture de l'interrupteur B10 provoque la fermeture de l'interrupteur R3Le circuit d'alimentation de l'interrupteur R3 va du con- ducteur 49 par un contacteur B102 au conducteur 59 et de là, par la bobine d'excitation de l'interrupteur R3 par un circuit déjà décrit... La fermeture de l'interrupteur R3 entraîne la fermeture de l'interrupteur R5 de la maniè- re déjà décriteo
Comme il a déjà été exposé,, la progression des interrupteurs de court-circuitage des résistances peut être arrêtée et suspendue à tout moment pendant le freinage dynamique en ramenant le contrôleur de freinage BC en position 1, ce qui interrompt le circuit vers le fil de progression 49 tout en gardant le circuit vers le fil de maintien 54.
Le circuit vers le fil de maintien va du plot 31 du conducteur 83, par le plot 84, le con- ducteur 85, un contacteur LS5, le conducteur 57, un contacteur RJ4 et le contacteur G4, au conducteur 54.
Le schéma de montage indique, en plus, d'autres contacteurs de progression, non mentionnés dans la description, parce que leur rôle et leur fonctionnement sont bien connus dans la technique des chemins de fer électriques.
Il ressort de la description ci-avant que l'invention procu- re un dispositif de commande qui permet le freinage dynamique à toutes les vitesses du véhicule tout en empêchant qu'une tension exagérée soit appli- quée aux moteurs, parce qu'il arrête la progression des interrupteurs de court-circuitage des résistances aussi longtemps que la tension des moteurs n'est pas descendue en-dessous d'une valeur déterminéeo Les moteurs sont ainsi protégés contre les tensions exagérées et la progression du freina- ge est lente jusqu'au moment où la progression des interrupteurs de court- cireuitage des résistances peut être prise sous le contrôle du relais de limitation de courante Il est clair que le dispositif de commande de frei- nage dynamique peut être utilisé sur des véhicules moteurs multiples atte- lés en rameso
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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DYNAMIC BRAKE CONTROL DEVICE.
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(having been the subject of a week of patent filed ai4x E.1r.A. on April 15, 195Q at. 1 '! 01I1S of G.R.Purifoy and U.?. Jenkins - declaration of the applicant -J.
The present invention relates generally to electrical control devices and, more specifically, to electrical devices for controlling the generator braking of propulsion motors of electric vehicles.
If the dynamic braking current is not kept between certain limit values when the vehicle is traveling at high speed, there is a danger of causing arcs in the motor,
because the volts at the terminals of the motor and of the switching bars of the windings in these conditions exceed the switching limits of the motors determined by construction.
The main object of the invention is to enable electrically propelled vehicles to brake as a generator at high speed without exceeding the switching limits of the motors.
Another object of the invention is to allow braking in generator mode at any speed of the vehicle.
According to one embodiment of the invention, the automatic progression of the dynamic braking control apparatus of an electric vehicle traveling above a determined speed is subjected to the action of a relay. voltage responding to the armature voltage of a motor.If the armature voltage exceeds the allowable limits,
the progress of the braking is slowed down until the voltage returns to the standards ;, 'so as to protect the motors against exaggerated voltages and to ensure a slow progress of braking until the moment when the control command. the progress is taken over by a current limiting relay. For cases of braking below the said determined speed, the progress of the control unit is controlled by the current limiting relay.
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For a better understanding of the nature and the aims of the invention, reference is made to the following detailed description and to the accompanying drawings.
FIGS. 1A and 1B together constitute an assembly diagram of a control device conforming to the characteristics of the invention.
Figure 2 is a circuit diagram of the main motor and control circuits
FIG. 3 is a stepped curve of the dynamic braking of a control motor according to the invention; and
Figure 4 is a circuit diagram showing the sequence of operations of a part of the apparatus shown in Figures 1 and 20
The drawing shows two motors M1 and M2 which can be used to propel an electric vehicle (not shown). The motors are of the series type with armatures 11 and 12 and series inductors 13 and 14, respectively. An LS line switch connects the motors to a current collector 15 in contact with a trolley wire 16.
A switch G 'can also be provided to connect the motors to an earth connection 17, which establishes the link with an energy source such as an energy production station (not shown).
As shown in the circuit diagram of Figure 4, motors M1 and M2 are first connected in series and then in parallel during vehicle acceleration. In addition to the LS switch, a JR switch is provided to connect the motors in series. The motors remain connected during the transition from one connection state to the other, thanks to a switch J which is closed during the transition.
The parallel connection is established by means of the switch LS and a double pole switch Go
Motors can also be connected for dynamic braking, inductor 14 being placed across armature 11 and inductor 13 across armature 12, so as to reverse the direction of the current in armatures, to make the motors work as generators and to brake the vehicle o In addition to switch G which is closed during dynamic braking, switches Bl, B2, B3, B8,
B9 and B10 to establish the dynamic braking circuits and adjust the motor current during braking by bypassing a resistor 19 of the motor circuits
The motor current is regulated both during acceleration and during dynamic braking by means of resistors 21 and 22. Bipolar resistor short-circuiting switches R1, R3, R5 and R15 are provided for bypassing resistors 21 and 22 by degrees These switches operate in succession controlled by conventional blocking relays.
During acceleration, the operation of the resistance short-circuiting switches is automatically controlled by a relay responding to the current LA, the excitation coil of which is connected in the motor circuit. During dynamic braking, the operation of these short-circuiting switches is normally controlled by a relay responding to the current LB, the excitation coil of which is connected in the dynamic braking circuit.
In order to prevent the motor voltage from exceeding the switching limit of the motors during dynamic braking of a vehicle traveling at high speed, an overvoltage relay OV is placed at the terminals of the armature 12 of the motor M2. The contacts of the OV relay are connected in series with the contacts of the LB current relay in such a way that the progress of the resistors short-circuiting switches can be stopped either by the overvoltage relay or by the neck relay. - rant LB.
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As shown by the step curve in figure 3, the action of the resistance short-circuiting switches is controlled by the overvoltage relay when the vehicle is traveling above a determined speed, for example 80 km. on time. When the vehicle is traveling at a speed of less than 80 km per hour, the action of the resistors short-circuiting switches is controlled by the current limiting relay. This prevents the voltage of the motors from falling. exceed the switching limits of the motors.
An AC acceleration controller regulates the operation of the motor contactors during vehicle acceleration. The AC controller can be of the drum type. A brake controller BC is used to start the progress of the resistors short-circuiting switches during dynamic braking. The progress of these switches can be stopped and suspended at any time during dynamic braking by returning the BC controller to position 1 called the "hold" position.
When the BC controller is in position 2, the progress of the short-circuiting switches is controlled by the OV and LB relays as already explained.
The short-circuiting switches of the inductors S1 and S2 shunt the series inductor windings of the motors. The inductor shunt circuit 13 comprises a resistor 23 and an iron choke 24.
The shunt circuit of the inductor 14 comprises a resistor 25 and an iron choke 260
When the AC acceleration controller is returned to the stop position, it closes the dynamic braking circuits of the motors. However, the current flowing in the motors during the idling of the vehicle is maintained at a level relatively low., .because the inductors are bypassed by the shorting switches of the inductors and the armature circuits at this time have a relatively high resistance. During idling., a resistor 27 is inserted in the circuits. dynamic braking by a switch S, in addition to the resistors 19,
21 and 220
A speed control relay SR is provided to control the operation of the short-circuiting switches during the idling of the vehicle.The excitation coil of the SR relay is connected to the terminals of part of the resistor 19 inserted in the dynamic brake system.
Thus the SR relay responds to the speed of the vehicle since the voltage drop across resistor 19 varies with the current flowing through it, in turn proportional to the speed of the vehicle. In this way, the short-circuiting switches are actuated according to the speed of the vehicle and the equipment is ready to respond promptly during a braking operation.
In order for the operation of the above device to be clearly understood, a detailed description will be given below. If the vehicle is to be automatically accelerated under the control of the limit relay LA, the AC acceleration controller will be put in position 4.
When the AC controller is in position 1, the switches LS, G 'and JR are closed and the motors M1 and M2 are connected in series with each other and with resistors 21 and 22. The power supply circuit of the line switch LS starts from the positive bar via a pad 31 of the controller BC, the conductor 32, a pad 33 of the AC controller, the conductor 34, a contactor B21, the conductor 35 and the excitation coil of the switch LS, to end at the negative bar o The supply circuit of switch G 'passes through conductor 34 and the excitation coil of this switch to negative The supply circuit of switch JR goes from the pad 33 by a conductor 36, a contactor LS1, a conductor 37, a contactor S11, a conductor 38,
a contactor J1, a conductor 39, the excitation coil of the switch JR and a contactor G1 to negative
When closing, the switches LS, G 'and JR connect the mo-
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in series in a circuit which goes from the current collector 15 through the
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LS switch, conductor 4l? an inverter t, .29 the armature of the motor i4l.g the inverter 42, the series inductor 13, the resistor 2l? the JR switch, a resistor 18, the conductor 43s the resistor 22, the conductor 44, the series inductor 14, an inverter 45, the armature 12g the inverter 45y the energizing coil of the limiting relay LA and the switch G 'to earth at 17.
After closing the JR switch, the inter-
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Short-circuiting breakers of resistors RI, R39 R5 and Ri5 close successively under the control of the limiting relay LA. The supply circuit for the excitation coil of switch R1 goes from pin 3.3 of the controller.
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AC controller by the conductor 46y a contactor JRI, a conductor 179 the contacts of the relay LA, the conductor 48, a contactor Bll, the conductor 49, a contactor Rlls the conductor 5l? the excitation coil of the switch R1, the conductor 52 and a contactor R31 to negative or by a contactor B22 to the negative A locking circuit of switch R1 runs from conductor 37 through a contactor B12,
conductor 54 and a contactor R12 to the excitation coil of the switch Rlo
As has been explained, the switches R3, R5 and R15 are closed by successive interlocks under the control of the limiter relay LA.
The supply circuit of the excitation coil of the switch R3
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goes from conductor 49 through a contactor R7.3 conductor 55, a contactor B139 conductor 56, a contactor G2, conductor 5'l, a contactor JR2? the conductor 58, a contactor LS2. the conductor 59, a contactor R32., the conductor 61, the excitation coil of the switch R3, a contactor R51 $ the conductor 62? a contactor R151, the conductor 63 and a contactor J2, at negative o A locking circuit for the switch R3 is established from the conductor 54 by a contactor R33, on closing of the switch R3.
Following the closing of switch R3, the excitation coil of switch R5 is supplied by a circuit from the
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driver 59? by contactor R349 driver 64? a contactor R52, the conductor 65, the excitation coil of the switch R5 and the conductor 62, to lead to the negative via a circuit already described. A locking circuit for the switch R5 is established from the conductor 54 by a contactor R53, when the switch R5 is closed.
The excitation coil of switch R15 is supplied, following the closing of switch R5 by a circuit starting from
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conductor 59 by a contactor R54, a conductor 66? a contactor R152, a conductor 67, the excitation coil of the switch R15, the conductor 63 and a contactor J2, to end at the negative. A locking circuit for the switch R15 is established by a contactor Rl530 It will be noted that the closing of the switch R5 opens the contactor R51, which causes the reopening of the switch R3. Likewise, the closure of
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switch Rl5 opens contactor R151, which reopens switch R5, as shown in the diagram of the successive connections in figure 4.
Following the closing of switch R15, switch J
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remains closed during the passage from the series connection to the para7 connection. =. b leo The supply circuit of the coil of the switch J starts from the conductor 59 by a contactor JR3? the conductor 68y a contactor R154, the conductor 69 and the excitation coil of the switch J, to lead to the negative o A locking circuit for the switch J goes from the conduc-
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tor 54 by a contactor G3, the conductor 71g a contactor J3 and the excitation coil of the switch I to negative. The closing of the switch J causes the opening of the switch JR by opening the supply circuit of the coil of the switch JR which had been established by the contactor Jl of the switch J.
At this moment switch G closes and establishes the parallel connection of motors M1 and M2o The coil supply circuit
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of switch G goes from conductor 57, by a contactor JR, g the conductor
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tor 72 and the excitation coil of switch G, at negative o A locking circuit for switch G is established from conductor 54 by a contactor G4, when switch G closes. the latter causes the reopening of switch J by opening the locking circuit at the location of contactor G3.
The motors M1 and M2 are thus connected in parallel. The. motor circuit M1 leaves from conductor 41 through inverter 42, armature 11, inverter 42, series inductor 13, resistor 21, switch G, conductor 73 and switch G ', for lead to earth at 17 The motor circuit M2 starts from conductor 41 through a group of contacts of switch G, conductor 43, resistor 22, conductor 44, series inductor 14, inverter 45, the armature 12, the inverter 45, the coil of the limiter relay LA and the switch G ', to end in the earth at 170
The acceleration of the motor continues by closing the switches R3,
R5 and R15 which eliminate the resistors 21 and 22 from the circuit of the motors by short-circuiting o The short-circuiting switches of the resistors work one after the other, as already explained ;, under the control of the limiter relay LA.
Closing switch R15 supplies power to the excitation coil of inductor short-circuiting switch S1, which establishes the short-circuiting circuits of 13 and 14o series inductors. SI switch starts from conductor 49 via contactor LS3, conductor 74, contactor R155, conductor 75, contactor G5, conductor 76, contactor J4, conductor 77, contactor S12, conductor 78 and coil d excitation of switch S1, to reach negative. A latch circuit for the switch S1 runs from conductor 54 through contactor B23, conductor 79, contactor S13 and the coil of switch SI to negative.
The closing of the switch S1 causes the closing of the switch S2 which bypasses parts of the resistors 23 and 25 in the shunt circuits of the inductors. The power supply circuit of switch S2 starts from conductor 76 through contactors S14 and S21, conductor 81 and the excitation coil of switch S2, to end at negative. A latch circuit for switch S2 starts from conductor 54 through contactor B24, conductor 82, contactor S22 and the coil of switch S2, to negative.
Closing the inductor shunt switch S2 ends the acceleration cycle.
If you want to let the vehicle run on its momentum, replace the accelerator controller, ion AC on the "stop" position which causes the opening of switches LS and G 'which disconnect the motors from the source. of energy o When the switch LS opens, the switch B1 closes and establishes the dynamic braking circuits of the motors.
The supply circuit of the switch B1 starts from the positive through the segment 31 of the controller BC, the conductor 83, a pad 84 of the AC controller, the conductor 85, a contactor LS4, the conductor 86 and the coil. excitation of the switch B1, to end at the negative. At this moment, the switch S closes and inserts the resistor 27 into the dynamic braking circuit.
The power supply circuit of the switch S goes from the conductor 85 through a contactor B25 and the coil of the switch 82,, to the negative.
The switch G, under these conditions., Is kept closed by means of a contactor LS5 which establishes a circuit going from the conductor 85 to the conductor 57. The inductor shunt switches SI and S2 also close by a circuit going from conductor 85 by a contactor LS6, conductor 87 and a contactor S3 to conductor 76.
At this moment, the motors are connected in dynamic braking with the resistors 19, 21, 22 and 27 inserted in the dynamic braking circuits and the inductor bypass switches SI and S2. closed in order to apply to the motors a weak inductive field o As motors work with a weak inductive field and with, in dynamic braking circuits, the maximum resistance., the braking current which them
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crosses is relatively small.
The dynamic braking circuit of the motor M1 goes from a terminal of the armature 11 through the inverter la.29 the conductor 41, the switch G, the conductor 43, the resistor 22, the conductor 44, the inductor 14 motor M2, conductor 91, switch S, resistor 27, switch S, resistor 19, the coil of the limiter relay LB, switch B1, conductor 92 and inverter 42, to the other terminal of the armature 11.
The braking circuit of the motor M2 goes from a terminal of the armature 12 through the inverter 45, the conductor 91, the switch S, the resistor 27, the switch S, the resistor 19, the limiting relay LB, switch B1, conductor 92, inductor 13, resistor 21, switch G, conductor 73, coil of limiter relay LA and inverter 45, to the other terminal of the armature 12.
While the vehicle is moving on its momentum, the resistor bypass switches are controlled by the speed regulation relay SR, the excitation coil of which is placed across part of the resistor 19. As already explained, the SR relay is located under the engine speed control. In this way, the resistor shunt switches are actuated according to the vehicle speed and the installation is ready to respond quickly to any brake maneuver. swimming. The cruise control relay contacts make a circuit from conductor 85 through switch B26, conductor 93, relay contacts SR, conductor 94, and contactor LS7, to conductor 49.
If you want to slow down the movement of the vehicle by dynamic braking, the controller BC is brought to position 2, which closes switch B2. The supply circuit of the excitation coil of the switch B2 goes from the pad 31 of the controller BC through the conductor 95, a contactor B14, the conductor 96 and the excitation coil of the switch B2, to negative.
.Closing switch B2 causes opening of 1-switch S, which removes resistor 27 from the dynamic braking circuit.
Following closing of switch B2, inductor bypass switch S2 opens, the interlock circuits opening at contactor B24 of switch B20 L ' opening of switches B2 and S2 causes the opening of the inductor shunt switch SI, its interlocking circuits being interrupted at the location of contactor B23 of switch B2 or contactor S23 of switch S2 . Motors M1 and M2 are thus fully excited and the dynamic braking current increases to its maximum. The resistance of the dynamic braking circuit is calculated in such a way that the maximum value of the current corresponding to the maximum excitation is one step lower than the switching limit for a maximum speed.
The progression of the resistor short-circuiting switches, which was controlled by the speed regulation relay SR, is now controlled by the current limiting relay LB and the overvoltage relay OV, whose contacts are connected in sequence. Serieo As already explained, when the vehicle speed is less than 80 km per hour, the progress of the resistance bypass switches is controlled by the current limiting relay LB only, since the overvoltage relay cannot trip at a speed less than 80 km per hour.
When the speed is greater than 80 km per hour, the application of dynamic braking to the overvoltage relay connected to the terminals of the armature 12,, of the motor M2, stops the progress of the resistance short-circuiting switches. by opening the contacts of the overvoltage relay which are in series with the contacts of the LB relay. The overvoltage relay stops the said progress of the switches as long as the vehicle speed and the voltage of the motors have not fallen enough for the overvoltage relay to re-engage As the curve in figure 3 shows it. current is thus kept low enough to never exceed the switching limits of the motors.
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Assuming that the vehicle is traveling at a speed of less than 80 km per hour, the progress of the resistance short-circuiting switches can be initiated by closing the switch R1. The power supply circuit for the coil of switch R1 goes from pad 31- of control * BC by conductor 97, the contacts of relay OV, conductor 98, contacts of relay LB, conductor 99, a contactor LS8, a conductor 101, a contactor S15 the conductor 49, the contactor R11, the conductor 51, the energizing coil of the switch Rl, the conductor 52 and the contactor R31, for lead to the negative.
Following the closing of switch R1, switches B3, B8, B9 and B10 close in cascade to eliminate by short-circuiting resistor 19 of the dynamic braking circuit The excitation circuit of the switch B3 leaves the conductor 55 by a contactor LS9, the conductor 102, a contactor B31, the coil of the switch B3, a contactor B91, the conductor 103 and a contactor B101, to end at the negative. locking for the switch B3 is established from the conductor 54 by a contactor LS10, the conductor 104, a contactor B32, the coil of the switch 83. and from there to the negative, by a circuit already described
Switches B8, B9 and B10 close in cascade,
in the order indicated by the diagram of the successive connections in FIG. 40 It is unnecessary to describe in detail the operation of these switches, since they behave like the switches R3, R5 and R15.
Closing switch B10 causes switch R3 to close. The power supply circuit of switch R3 goes from conductor 49 through contactor B102 to conductor 59 and from there through the excitation coil of the switch R3 by a circuit already described ... Closing switch R3 causes switch R5 to close in the manner already described.
As already stated, the progress of the resistor shorting switches can be stopped and suspended at any time during dynamic braking by returning the BC brake controller to position 1, which interrupts the circuit to the control wire. progression 49 while keeping the circuit towards the retaining wire 54.
The circuit to the holding wire goes from pad 31 of conductor 83, through pad 84, conductor 85, a contactor LS5, conductor 57, an RJ4 contactor and contactor G4, to conductor 54.
The circuit diagram indicates, in addition, other progress contactors, not mentioned in the description, because their role and operation are well known in the art of electric railways.
It emerges from the above description that the invention provides a control device which allows dynamic braking at all vehicle speeds while preventing excessive voltage from being applied to the motors, because it stops. the progress of the short-circuiting switches of the resistors as long as the voltage of the motors has not fallen below a determined value o The motors are thus protected against exaggerated voltages and the braking progress is slow up to at the moment when the progress of the resistor shorting switches can be taken under the control of the current limiting relay It is clear that the dynamic brake controller can be used on multiple motor vehicles affected in rameso
CLAIMS.
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