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COMMUTATION NON SYMETRIQUE SUR LOCOMOTIVES A REDRESSEURS.
La présente invention concerne le matériel à alimentation par trol- ley et redressement de l'énergie captée, et elle se rapporte plus particuliè- rement à un système spécial de commutation non symétrique pour matériel ali- menté par trolley à énergie redressée, grâce auquel les harmoniques pairs sont annulés par opposition dans le courant qui circule dans le fil de trolley-qui alimente le véhicule électrique sur rail ou le trolleybuso
La présente invention est apparentée à celle faisant l'objet du brevet belge n 495.238 de la Demanderesse, où un circuit de charge à courant continu, contenant le moteur de traction et parcouru par une forte composan- te alternative, est alimenté par un trolley monophasé sujet à des interféren- ces par induction, à travers un redresseur,
dans des conditions telles qu'il y ait une self-induction série suffisante,côté alimentation des redresseurs, pour produire un chevauchement angulaire sensible des courants redressés ob- tenus par redressement des demi-alternances du courant d'alimentationo Si cela est nécessaire (comme c'est habituellement le cas), un filtre réducteur d'harmoniques est aussi prévu, comme décrit et revendiqué dans le brevet pré- cité.
La présente invention concerne plus particulièrement un matériel à courant redressé du type comprenant une charge à courant continu alimentée par l'enroulement secondaire d'un transformateur d'alimentation à travers deux redresseurs, le retour du circuit de charge venant à la prise médiane de l'en- roulement secondaire. Chaque demi-alternance de courant anodique de chacun des deux redresseurs contient à la fois des harmoniques pairs et impairs. Si les deux courants anodiques (ou demi-alternances redressées) de l'ensemble redresseur sont maintenus égaux, les harmoniques pairs des deux demi-alternan- ces s'annulent dans le circuit d'entrée à courant alternatif, tandis qu'ils s'ajoutent dans le circuit de charge à courant continu.
D'autre part, avec des courants anodiques égaux, les harmoniques impairs s'annulent dans le cir-
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cuit de charge à courant continu alors qu'ils sont en phase et s'ajoutent dans le circuit d'entrée à courant alternatif.
Dans les circuits de charge à courant continu redressé habituels de ce genre, les courants anodiques sont maintenus égaux et il s'en suit que seuls les harmoniques pairs sont présents dans le circuit de charge à courant continu, et seuls les harmoniques impairs apparaissent dans le circuit d'entrée à courant alternatif. Ces conditions ont été observées jusqu'ici dans les véhicules à trolley à énergie redressée où le trolley monophasé est sujet à des interférences par induction, de sorte que le dispositif de suppression d'interférences ne devait tenir compte que d'harmoniques impairs dans le cir- cuit de trolley et d'harmoniques pairs dans les circuits à courant continu des moteurs de traction, comme cela a été décrit dans le brevet précité.
Une caractéristique importante des moteurs de traction à énergie redressée alimentés par trolley est la possibilité de varier la vitesse des moteurs de traction à courant continu en faisant varier la tension, ce qui s'obtient facilement en utilisant un système de commutation des prises du trans- formateur abaisseur qui attaque le dispositif redresseur et est alimenté par le trolley. Jusqu'ici, afin d'éviter dans le circuit du trolley la présence du second harmonique qui complique le problème des interférences par induc- tion, il fallait maintenir les courants anodiques de chaque paire de redres- seurs égaux de façon que les seconds harmoniques des deux demi-alternances du courant anodique s'annulent par opposition dans le courant du trolley.
On était donc obligé de changer les prises au secondaire simultanément et en quantités égales de part et d'autre du point milieu du secondaire, et il fallait prévoir une quantité suffisante de prises secondaires pour pouvoir régler le moteur de traction avec la délicatesse voulue ; nombre de prises était plus élevé que si on pouvait varier les tensions alternativement, d'a- bord d'un côté du point milieu et ensuite de l'autre, pendant l'accélération des moteurs de traction.
Suivant la présente invention, les moteurs de traction de toute locomotive ou véhicule à courant redressé, ou de tout groupe de locomotives électriques ou véhicules à propulsion électrique à commande simultanée, sont divisés en deux groupes égaux, et le contrôleur est disposé de façon que les contacts de prises secondaires se déplacent d'abord d'un côté du point milieu du secondaire, et ensuite de l'autre côté, de sorte que chaque groupe de moteurs de traction travaille alternativement avec des prises non-équili- brées et des prises équilibrées, avec toutefois la limitation qu'une des pai- res de redresseurs est non équilibrée avec une plus grande tension d'un côté du point milieu, et que l'autre paire de redresseurs est également non équi- librée avec une tension plus grande de l'autre côté du point milieu.
De cet- te manière, durant les périodes de non-équilibrage, les harmoniques pairs produits dans le courant de ligne par une paire de redresseurs d'un des grou- pes de moteurs sont exactement équilibrés et annulés par les harmoniques pairs produits par la paire de redresseurs de l'autre groupe de moteurs dans le cou- rant de ligne.
Une forme d'exécution de l'invention est représentée, à titre d'exem- ple, au dessin annexé dont la figure unique est un schéma très simplifié d'un équipement de moteurs de traction à courant redressé.
Le dessin représente un circuit d'alimentation monophasé, dont un côté est relié à un fil de trolley 30 et comprend celui-ci, tandis que l'au- tre côté est mis à la terre, comme indiqué en 31. Le fil de trolley 30 est longé par un circuit de communication 32, comme un circuit téléphonique, qui oblige à considérer avec attention les interférences par induction dans le circuit téléphonique dues aux harmoniques de la ligne de transport. La fré- quence d'alimentation peut être une fréquence utilisée anciennement en élec- trification de chemin de fer, comme le 25 cycles, ou la fréquence habituelle du réseau, comme le 60 cycles utilisé pour les réseaux d'énergie et d'éclai- rage.
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Le dessin reproduit certaines des parties électriques essentiel- les d'une locomotive ou automotrice simple alimentée par un fil de trolley 30 à travers un pantographe 33 et un transformateur d'alimentation abaisseur de tension 34 adapté à la locomotive ou automotrice considérée. Le transfor- mateur de puissance 34 comprend un enroulement secondaire 35 servant à ali- menter les circuits des moteurs de traction à courant redressé.
Dans l'exemple représenté, il y a quatre moteurs de traction re- présentés'par leurs induits A1, A2, A3 et A4. Chaque moteur comporte un en- roulement série de commutation 36 et un inducteur série principal 37 connec- tés dans un circuit moteur contenant en outre, en série une self ou bobine de réactance 38, comme décrit dans le brevet précité. Il est évident que chaque moteur peut être remplacé par un groupe de moteurs reliés en série ou en parallèle, et qu'on peut utiliser tout nombre pair de moteurs ou de groupes de moteurs semblables.
Il est essentiel, dans la pratique de l'invention, de diviser les moteurs en deux groupes égaux alimentés séparément par l'intermédiaire de redresseurs. Dans le dispositif représenté, les moteurs Al et A2 cons- tituent un groupe recevant le courant d'une ligne à courant alternatif à deux conducteurs Ll et L2; tandis que les moteurs A3 et A4 constituent l'autre groupe alimenté par la ligne à courant alternatif aux deux conducteurs L3 et L4. A titre d'exemple, une borne de chaque moteur, la borne positive par exemple, est alimentée par le circuit cathodique commun 40 d'une paire de re- dresseurs 41 et 42, chaque redresseur pouvant consister en un ignitron ou un autre redresseur monophasé d'un type devenant sensiblement non-conducteur, après une période de conduction, seulement lorsque le courant tombe pratique- ment à zéro.
En d'autres mots, une fois un arc de conduction de courant éta- bli dans l'un ou l'autre des redresseurs 41 et 42, l'arc se maintient par lui-même et ne s'éteint que lorsque le courant devient sensiblement nul.
Les deux redresseurs 41 et 42 de chaque ensemble redresseur ali- mentant respectivement les moteurs à courant continu Al, A , A3 et A4, ont des conducteurs d'anode respectifs 41' et 42' qui sont réunis aux conducteurs correspondants du réseau alternatif d'alimentation Ll - L2 ou L3 - L4, suivant le cas, les moteurs Al et A2 étant alimentés par le premier circuit L1 - L2, et les moteurs A3 et A4 étant alimentés par l'autre circuit L3 - L4, comme cela a été expliqué. De préférence, comme indiqué, chaque paire de fils d'a- node 41' et 42' comprennent des enroulements de self d'anode en série 41" et 4211 couplés entre eux de préférence par un même circuit magnétique à entrefer 43.
Les deux selfs 4111 et 4211 de chaque paire sont de préférence cou- plées de la fagon la plus serrée possible, avec leurs enroulements enchevê- trés; elles ont le même nombre de spires chacune et la polarité de leurs con- nexions est telle que les deux selfs 41" et 4211 de chaque paire se trouvent en série entre elles, produisant une réactance maximum dans le transformateur à self dont elles constituent une partie, pour les courants de commutation qui circulent entre les deux redresseurs associés 41 et 42 pendant leurs pé- riodes conductrices de chevauchement.
Un filtre à résonance parallèle constitué par un condensateur 46 et une résistance d'amortissement 47, est placé de préférence quelque part entre chaque paire de fils d'anode 41'-42', soit du côté de l'entrée soit du côté redresseur des selfs d'anode -/+il - 42". Le condensateur est accordé en résonance parallèle avec la self d'entrée, vue des bornes du filtre, sur une certaine fréquence entre le troisième harmonique de la fréquence de li- .gne et 900 cycles, à l'effet de réduire les interférences par induction dans la ligne de trolley 30.
De préférence, les fils d'alimentation d'un des groupes de moteurs de traction, par exemple les fils L3 et L4, contiennent des selfs série 48 et 49 pour déphaser les harmoniques du courant de ligne pris par les deux
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groupes de moteurs de traction, particulièrement les harmoniques les plus ennuyeux au point de vue interférence par induction., On peut aussi dépha- ser les harmoniques de manière comparable en utilisant des selfs d'anode
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de différentes dimensions 411 - 42" en série avec les différents ensembles redresseurs 41-42, ou en utilisant des condensateurs de filtrage 46 de dif-
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férentes dimensions, entre les fils d'anode ±l'-42' des différents ensem- bles redresseurs.
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Les divers conducteurs de circuit d'alimentation Li, L2,L3 et L2 sont alimentés par les prises médianes de bobines de protection indi-
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viduelles P1, Pu P3, P4> alimentées, à leur tour), par un commutateur as- socié à plusieurs prises de réglage de tension Tl à T14.
Les prises de réglage de tension impaires T1 à T13 sont disposées d'un côté de la prise médiane X de l'enroulement secondaire 35 du transformateur d'alimentation abaisseur 34, tandis que les prises de réglage de tension paires T2 à T14 procurent des tensions correspondantes de l'autre côté de la prise médiane X de l'enroulement secondaire 35. Il est évident qu'un enroulement secondaire 35 différent' ou même un transformateur entier 34 séparé peut être prévu pour chacun des deux groupes égaux de moteurs de charge. Dans l'installation représentée à titre d'exemple, tous les moteurs de traction A1à A4 sont placés sur la même locomotive ou le même véhicule, de sorte qu'il ne faut ni plusieurs enroulements secondaires 35, ni plusieurs transformateurs 34.
La bobine de protection P1 du fil L1 du premier circuit d'alimentation L1 - L2, prévue pour la première moitié de la charge totale des moteurs de traction, a deux bornes d'entrée P1A et P1B. La borne d'entrée
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P1A est alimentée par l'une quelconque des connexions Aj) C9 E G, Ig K ou M, reliées aux diverses prises de réglage de tension paires T2 à T14 piquées sur la moitié supérieure de l'enroulement secondaire 35, la connexion A étant reliée à la prise de plus basse tension T2. L'autre borne d'entrée PIB de la bobine de protection Pl est alimentée de même par l'une quelconque des
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connexions'z, g, e, g, 1, k ou , reliées aux mêmes prises paires T à Te respectivement.
De même, la bobine de protection P2 connectée au second fil d'alimentation L2 de la première moitié de la charge totale des moteurs, est pourvue de deux bornes d'entrée P2A et P2B, alimentées par les prises impaires Tl à T13 piquées sur la moitié inférieure du secondaire de trans-
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formateur 35 par l'intermédiaire de connexions B, D Fe Hy 3y L ou N pour la borne d'entrée B2A.
et par l'intermédiaire des connexions respectives , .\1, !, Il, .1, .Jo ou n pour la borne d'entrée P2,
Il faut noter que le conducteur d'alimentation L1, pour le premier groupe de moteurs Al et A2 peut recevoir des tensions choisies des prises paires T2 à T14 de la moitié supérieure de l'enroulement secondaire 35, tandis que le second conducteur d'alimentation L2 du premier groupe de moteurs A1 et A2 reçoit des tensions choisies des prises impaires Tl à T13 de la moitié inférieure du secondaire de transformateur 350
Sans considérer en détail toutes les connexions,
il suffit de dire que les deux bobines de protection P3 et P1 qui alimentent les fils du circuit d'alimentation L3 et L4 pour le second groupe de moteurs A3 et A4 sont alimentées par l'intermédiaire de connexions correspondantes semblables aux connexions 'déjà décrites auxquelles on ajoute un signe prime, avec cette
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différence que les connexions B', D', F' H'9 J', L' et N', et les connexions b', d', ,', h', .;
1.', l' et a sont associées aux prises paires respectives T2 à T14 de la moitié supérieure du secondaire de transformateur 35, tandis que les autres connexions avec signe prime sent associées aux prises impaires Tl à T13 sur la moitié inférieure du secondaire de transformateur 350
Les bornes négatives des moteurs sont reliées à la prise médiane X du secondaire de transformateur qui alimente la ligne d'alimentation L1 -
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L2 ou L3 - L4, suivant le cas. Dans la forme d'exécution préférée de l'in- vention, comme il n'y a qu'un enroulement secondaire 35, toutes les bornes négatives des moteurs sont réunies à la même prise médiane X.
Le démarrage et l'accélération des moteurs de traction A1 à A4 sont réglés au moyen d'un bras de contrôleur 50 qui commande la position d'un contrôleur à positions multiples 51 représenté schématiquement par un tableau de commutation sur lequel les positions successives du contrôleur sont indiquées par des plots numérotés de 1 à 28 (la position de repos n'é- tant pas représentée), tandis que les diverses connexions sont indiquées par leurs lettres correspondantes. Toute connexion établie par fermeture est représentée par un petit cercle placé dans le carré correspondant du tableau de commutation 51. Il faut remarquer que chaque connexion à signe prime est fermée en même temps que la connexion portant la même lettre sans signe pri- me.
Le premier plot du contrôleur 51 alimente les connexions A et A'.
La connexion A fournit une demi-alternance du courant aux ensembles redres- seurs associés au premier groupe de moteurs A1 et A2, à travers la moitié de la bobine de protection Pi, en partant de la pri.se à plus basse tension T2 de la moitié supérieure du secondaire de transformateur 35; tandis que la connexion A' fournit une demi-alternance du courant aux ensembles redresseurs associés au deuxième groupe de moteurs A3 et A4, à travers la moitié de 1a bobine de protection P4, en partant de la prise à plus basse tension Tl de la moitié inférieure du secondaire de transformateur 35.
Chacun des deux groupes de moteurs A1-A2 et A3-A4. prend donc les harmoniques pairs de la li- gne d'alimentation à courant alternatif, mais ces harmoniques pairs sont dé- phasés entre eux de 180 , parce que les deux groupes de moteurs sont alimen- tés par les deux moitiés différentes du secondai.re de transformateur 35.
Comme tous les moteurs de traction sont les mêmes et tournent à la même vi- tesse, les harmoniques pairs-des circuits d'alimentoaion ont des amplitudes égales et s'annulent donc, de sorte qu'aucun harmonique pair n'apparaît dans le fil de trolley 30 ni dans l'enroulement primaire du transformateur 34 (en négligeant les lignes de fuite)
Sur le plot N 2 du contrôleur 51, les connexions B et B' sont alimentées en plus des connexions A et A', de façon que tous les moteurs re- çoivent les deux alternances du courant, en série avec une moitié de chacune des bobines de protection associées Pl à P4, en partant des deux prises à plus basse tension Tl à T de part et d'autre de la prise médiane X du secondaire de transformateur 35.
Comme ces deux prises donnent la même tension, mais déphasée de 180 l'une par rapport à l'autre, les deux courants anodiques de chaque paire de redresseurs sont égaux, de sorte que les harmoniques pairs s'annulent dans chaque paire de redresseurs, et n'apparaissent pas dans le fil de trolley 30.
Le troisième plot du contrôleur 3 ferme les connexions a et a' en plus des connexions A, A', B et B' déjà fermées, ce qui met hors servi- ce l'impédance des bobines de protection Pl et P4 et: laisse que deux de- mi- bobines de protection P et P3 en circuit avec les circuits d'alimenta- tion respectifs L1-L2 et L3-L4 des deux groupes de moteurs, les.moteurs étant toujours alimentés en double alternance par les prises à plus basse tension Tl et T.
Le quatrième plot du contrôleur 4 ferme les connexions b et b' en plus des connexions précitées déjà fermées. Ainsi toutes les bobines de protection des circuits d'alimentation L1 - L2 et L3 - L4 qui alimentent les deux groupes de moteurs, en double alternance, à partir des prises à plus basse tension Tl et T2 symétriques, sont mises hors circuit,
En continuant à déplacer le contrôleur de plot en plot, on aug- mente alternativement les tensions, d'abord d'un côté de la prise médiane puis de l'autre, comme le diagramme 51 le montre clairement, de sorte que les
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ensembles redresseurs soient alternativement équilibrés et non-équilibrés en recevant des tensions de plus en plus élevées,
de telle manière que les con- nexions asymétriques assurent que les paires de dispositifs redresseurs 41- 42 d'un groupe de moteurs Al et A2 soient non équilibrées avec une tension plus grande d'un côté de la prise médiane X, tandis que les paires de dispo- sitifs redresseurs 41-42 de l'autre groupe de moteurs A3 et A/, sont non équilibrées avec une tension plus grande de l'autre côté de la prise médiane X, ce qui équilibre et annule les seconds harmoniques du circuit d'alimentation qui n'apparaissent pas dans le fil de trolley 30.
L'expérience a montré que les moteurs de traction à courant con- tinu Al à A4 sont bien capables de supporter les harmoniques supplémentaires produits dans les divers circuits par le déséquilibrage précité, sans échauf- fement supplémentaire décelable et tout en maintenant une commutation parfai- te sans étincelles. L'emploi de connexions de prises non équilibrées et équi- librées alternativement, réduit sérieusement le nombre de prises Tl à T14 sur l'enroulement secondaire 35, ce qui réduit le coût et la complication de l'appareillage, et ce qui permet de faire fonctionner les redresseurs 41 et 42 des divers ensembles redresseurs, sans avoir recours aux expédients d'al- lumages retardés ou de régulation de tension exagérée pour diminuer le nom- bre de prises nécessaires.
REVENDICATIONS.
1. - Equipement à alimentation redressée, comprenant deux charges à courant continu semblables, un circuit d'alimentation monophasé, un dispo- sitif transformateur alimenté par le dit circuit monophasé et pourvu de plu- sieurs prises secondaires dont une prise médiane et plusieurs prises secondai- res semblables de réglage de tension de part et d'autre de la prise médiane;
un ensemble redresseur séparé pour chaque charge à courant continu, chaque ensemble redresseur étant composé d'une paire de redresseurs monophasés, un moyen pour connecter une borne de chaque charge à courant continu à une se- conde prise médiane, un moyen pour connecter l'autre borne de chaque charge à courant continu à des bornes de même polarité de la paire de dispositifs redresseurs associée, un commutateur de prises associé à chacune des prises secondaires de réglage de tension et un dispositif de commande pour alimenter chaque borne de l'autre polarité de chaque paire de dispositifs redresseurs par l'intermédiaire de dispositifs de commutation de prises choisies de part et d'autre de la prise médiane de la charge associée;
ces dispositifs de commutation pouvant procurer, par moments, des tensions non symétriques aux dites bornes d'autre polarité de chaque paire de dispositifs redresseurs, de telle manière qu'une des dites paires de dispositifs redresseurs soit non équi- librée avec une tension plus grande d'un côté de la prise médiane, tandis que l'autre paire de dispositifs redresseurs est non équilibrée de façon sembla- ble, mais avec une tension plus grande de l'autre côté de la prise médiane.