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MOTRICE. A COURANT ALTERNATIF- AVEC MOTEURS D'ENTRAINEMENT ASYNCHRONES.
Pour les motrices connues jusqu'à présent pour des fréquences su- périeures à 16 2/3 cycles on a choisi différentes formes pour la transmission électrique de l'énergie.
On connaît de nombreuses tendances d'employer comme moteur d'en- traînement, au lieu des moteurs à collecteur monophasés compliqués et sen- sibles, le moteur asynchrone simple, d'un fonctionnement sûr et économique.
On connaît en substance'les solutions suivantes, qui cependant n'ont pas eu de succès à cause de la grande dépense en matériaux ou à cause de la possi- bilité limitée de réglage de la vitesse, parfois également à cause de difficul- tés de construction les véhicules les plus anciens pour fréquences plus éle- vées à courant triphasé et moteurs triphasés étaient équipés, en vue de réglage de la vitesse, de commutateurs dè pöles, éventuellement de couplage en cascade, et n'avaient qu'un nombre réduit d'étages de vitesses économiques.
La commu- tation d'un étage au suivant avait lieu à l'aide de résistanceso
En outre on a également construit des machines pour lignes aérien- nes monophasées avec transformateur de phase, dans lesquelles on a également employé des moteurs triphasés avec commutateurs de pôles et couplage en cas- cade . Dans une autre solution on avait prévu, en plus du transformateur de phase, encore un transformateur de fréquence particulier, qui était accouplé à un moteu.r triphasé avec commutation polaire raccordé au transformateur de phase et qui rendait possible, grâce à une commutation spéciale, quelques éta.- ges de fréquence, La commutation d'un étage au suivant avait lieu à l'aide de résistances dans le circuit rotorique du moteur auxiliaire triphasé.
Pour toutes ces réalisations, il faut une dépense relativement grande de machines électriques et d'appareilso Les dispositions sont coûteuses et chères et ne présentent qu'un petit nombre d'étages de circulation économiques, le plus souvent quatre à cinq. Dans le cas de roues motrices à diamètres différents, il résulte en outre souvent des charges inégales pour les moteurs.
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On a également construit des locomotives transformatri ces, dans lesquelles un moteur asynchrone a entraîné une génératrice de courant conti- nu, qui fournissait une tension réglable fortement étagée aux moteurs d'en- traînement à courant continu. Ici également les équipements électriques sont lourds et coûteux, et la puissance est souvent limitée par la charge d'essieu admissible.
D'autres véhicules utilisent la transformation à redresseur mono- phasé avec couplage à étages et contrôle supplémentaire par grille ou bien éga- lement ce que l'on appelle la commande haute tension. Dans les deux cas, il faut une grande self de lissage pour le circuit du moteur. Des moteurs cou- rant continu servent de moteurs d'entraînement. Bien que le réglage de vitesse soit suffisant, la dépense en appareils électriques est cependant considérable.
En raison des grands progrès dans la construction de moteurs à collecteur monophasés pour 16 2/3 cycles, il fut peu à peu possible de dévelop- per également des moteurs à collecteur à 50 cycles avec un comportement en mar- che satisfaisant. Lors de leur montage dans un véhicule, on obtient l'avantage résidant dans le fait que leur comportement en marche est analogue à celui des moteurs à 16 2/3 cycles, et un réglage de vitesse avec un nombre d'étages suf- fisant est également possible. L'équipement électrique se compose en substance du transformateur, des éléments de commande tels que commutateur à cames avec ou sans régulateur fin, commande haute tension, etc... Bien que ces dispositions soient satisfaisantes elles sont cependant coûteuses à cause de l'emploi de moteurs à collecteur.
Elles exigent également de nombreux balais et le collec- teur nécessite un entretien continuel.
L'invention se rapporte à une motrice à courant alternatif avec des moteurs asynchrones comme moteurs d'entraînement. Les inconvénients cités des dispositions connues sont supprimés suivant l'invention par une transmis- sion réglable pour le réglage de vitesse, montée de préférence entre le mo- teur de locomotion et l'essieu. De cette manière l'emploi de moteurs asyn- chrones sur des véhicules à moteur courant alternatif est rendu possible pour la première fois de façon économique. L'adaptation aux conditions de service et l'économie ont encore été considérablement améliorées par rap- port aux moteurs à collecteur monophasés. La transmission de l'énergie des moteurs d'entraînement a donc lieu de préférence par 'l'intermédiaire d'une transmission réglable à nombreux étages, qui règle la vitesse de 0 au maximum.
Il en résulte des conditions particulièrement favorables pour les véhicules, au point de vue technique grâce à une dépense moindre en appareils supplémen- taires (systèmes de commande etc...) ou en machines, aussi bien qu'au point de vue économique grâce à un poids et un prix réduits. Grâce à la transmis- sion réglable, la charge à laquelle sont soumis les moteurs, qui tournent à vitesse constante, devient beaucoup plus favorable. Tandis qu'avec les régla- ges connus jusqu'à présent la fatigue des moteurs était proportionnelle à l'effort de traction exigé, qu'il fallait donc compter lors du démarrage, avec une grande surintensité, cela n'est pas le cas pour le réglage suivant l'inven- tion.
C'est précisément dans le domaine de mise en marche avec de petites vitesses que l'énergie nécessaire est plus petite que la puissance continue du moteur. Des surcharges n'ont lieu que dans une mesure moindre pendant l'ac- célération à des vitesses plus élevées.
Les figures 1 à 4 du dessin représentant schématiquement quelques exemples de réalisation de l'invention. Dans la disposition suivant la figure 1 chaque essieu est entraîné séparément par un moteur asynchrone par l'inter- médiaire d'une transmission réglable. La mise en marche peut avoir lieu soit par phase auxiliaire, soit à l'aide d'un moteur auxiliaire spécial. Suivant la figure 2, on a prévu pour l'alimentation des appareils auxiliaires un trans- formateur Arno, qui est utilisé en outre de façon passagère pour le démarrage des moteurs de locomotion. Dans la disposition suivant la figure 3 les moteurs triphasés d'entraînement des essieux moteurs sont tous raccordés continuelle- ment au transformateur par l'intermédiaire d'un transformateur Arno.
Suivant la fig. 4 le transformateur alimente un moteur monophasé, qui par l'intermé- diaire d'une transmission réglable entraîne une génératrice courant triphasé
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pour l'alimentation des moteurs d'essieu triphasés.
Dans la figure 1, 1 désigne la ligne caténaire, 2 le trolley, 3 le transformateur, 4, 5 et 6 désignent les enroulements de stator de trois moteurs d'essieu. Leurs rotors sont désignés par 7,8 et 9. Les roues mo- trices 13, 14, 15 sont entraînées par l'intermédiaire de transmissions régla- bles 10, 11 et 12. Le montage contient en outre de la façon représentée un certain nombre d'interrupteurs 16, 17 et 19 à 24. 18 désigne une résistance de démarrage, 25 un moteur auxiliaire. La mise en marche des moteurs d'es- sieu peut avoir lieu à l'aide d'une phase auxiliaire, ce couplage étant re- présenté pour le moteur d'essieu 6, 9. Lors de la mise en marche les inter- rupteurs 16 et 17 sont fermés. Après le démarrage l'interrupteur 17 est ouvert et l'interrupteur 19 est fermé.
Pour mettre en marche le moteur d'es- sieu 5,8, les interrupteurs 20 et 21 sont d'abord fermés et après le démar- rage, l'interrupteur 21 est ouvert. Pour le moteur d'essieu 4, 7 on ferme pour la mise en marche, d'abord les 'interrupteurs 22, et 23, et après le démarrage. l'interrupteur 23 est rouvert.
La mise en marche peut cependant aussi avoir lieu à l'aide du mo- teur auxiliaire 25. Ce couplage est représenté schématiquement pour le pre- mier moteur d'essieu 4, 7. L'interrupteur 24 est d'abord fermée après quoi le moteur auxiliaire 25 se met en marche. Ensuite, les interrupteurs 22 et 23 sont fermés. La mise en marche des moteurs d'essieu 5, 8 ou 6,9 a lieu de manière correspondante, c'est-à-dire pour le moteur d'essieu 5,8 les inter- rupteurs 20 et 21 sont d'abord fermés, ensuite l'interrupteur 21 est ouvert.
Pour le moteur d'essieu 6,9 les interrupteurs 16 et 19 sont d'abord fermés;, et après le démarrage l'interrupteur 19 est ouvert.
Pour chaque essieu, cette disposition prévoit un moteur asynchrone monophasé, raccordé à la tension secondaire réglable du transformateur 3. L'un des moteurs d'essieu est mis en marche à vide à l'aide d'une phase auxiliaire par l'intermédiaire d'une résistance ou d'un condensateur, et il sert après le démarrage de transformateur-Arno pour la mise en marche des autres moteurs d'es- sieu. Tous les moteurs d'essieu peuvent alors, comme indiqué, être munis d'un enroulement triphasé.
Pour assurer un démarrage certain du premier moteur d'es- sieu, il est de préférence accouplé à un petit moteur auxiliaire et lancé de cette maniêreo La dispositif de démarrage précité avec résistance ou condensa- teur est supprimé dans ce cas
Pour la mise en marche des moteurs d'essieu on peut cependant éga- lement employer le transformateur Arno existant de toute manière pour les dis- positifs auxiliaires du véhicule ce transformateur mettant successivement en marche tous les moteurs à vide. Un couplage de ce type est représenté par la figure 2. Des organes correspondants sont désignés par les mêmes chiffres de référence que dans la figure 1. Le transformateur Arno est désigné par 26, un interrupteur associé par 27.
Les enroulements de stator 4, 5, 6 des moteurs d'essieu sont raccordés à l'aide de commutateurs 28, 29 et 30 ou à l'aide d'in- terrupteurs simples 31, 32 et 33 au transformateur Arno.
La mise en marche a lieu de la manière suivante l'interrupteur 24 est d'abord fermé, de telle sorte que le moteur auxiliaire 25 se met en marche et lance le transformateur Arno 26. Ensuite l'interrupteur 27 est fer- mé.
Pour la mise en marche du. moteur d'essieu 4, 7, l'interrupteur 31 est fermé et le commutateur 28 est placé dans la position de gauche. L'enrou- lement de stator 4 est ainsi alimenté par le transformateur Arncy et après la mise en marche, l'interrupteur 31 est ouvert et le commutateur 28 est placé dans la position de droite. Le moteur d'essieu est à présent alimenté direc- tement par le transformateur 3. Pour mettre en marche le moteur d'essieu 5, 8, on ferme l'interrupteur 32 et on place le commutateur 29 dans la position de gauche. Après la mise en marche, l'interrupteur 32 est ouvert et le commu- tateur 29 est placé dans la position de droite. La mise en marche du moteur
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d'essieu 6,9 a lieu de manière correspondante à l'aide de l'interrupteur 33 et du commutateur 30.
Après la mise en marche des moteurs d'essieu, le trans- formateur Arno 26 continue à tourner pour l'alimentation des appareils auxiliai- res. Pour ne pas surcharger trop lourdement le transformateur Arno, on peut choisir sa tension inférieure à celle de la tension des moteurs d'essieu.
Mais il est également possible d'employer comme moteurs de locomo- tion de véhicules des moteurs triphasés asynchrones qui sont raccordés par l'intermédiaire d'un transformateur Arno à une dérivation du transformateur.
Une disposition de ce type est représentée schématiquement par la figure 3.
Le transformateur Arno est prévu pour l'alimentation de tous les moteurs de locomotion ; cependant, par le fait de son utilisation comme transformateur Arno et grâce à l'effet alterné des moteurs de locomotion lors de la forma- tion d'un système triphasé, son poids est considérablement inférieur à celui d'un transformateur pour la puissance triphasée complète. Le couplage sui- vant la figure 3 comporte, s'écartant en cela des éléments de couplage pré- cédents, deux interrupteurs 34 et 35,36 et 37, 38 et 39, dans la ligne d'a- limentation de l'enroulement de stator de chaque moteur de locomotion. L'en- roulement du transformateur Arno 26 est raccordé au transformateur 3 par l'in- termédiaire d'un interrupteur spécial 40.
La mise en marche du transformateur Arno 26 a lieu à nouveau à l'aide du moteur auxiliaire 25, qui est mis sous tension à l'aide d'un interrupteur 24. L'interrupteur 40 est ensuite fermé.
Pour la mise en marche du premier moteur d'essieu 4, 7 on ferme les interrup- teurs 34 et 35, pour la mise en marche des autres moteurs d'essieu 5,8 et 6,9. on ferme-respectivement les interrupteurs 36 et 37,38 et 39. Il est vrai que le transformateur Arno 26 constitue un poids supplémentaire,, qui est ce= pendant complètement compensé par le poids moindre des moteurs de locomotion.
Le moteur auxiliaire 25 pour la mise en marche du transformateur Arno 26 peut en cas de montage adéquat rester continuellement en marche, ou bien être rem- placé par d'autres dispositifs de démarrage connus en soi.
Pour tous les systèmes d'entraînement décrits on a employé des trans- missions élastiques réglables, un seul moteur de locomotion pouvant le cas éché- ant être utilisé pour plusieurs essieux. S'il existe plusieurs moteurs de lo- comotion et plusieurs transmissions, on pprocède à leur réglage par commande centra- le à partir du poste du conducteur du véhicule.
Une autre possibilité d'application est constituée par l'emploi d'un transformateur, qui se compose d'un moteur d'entraînement monophasé rac- cordé au transformateur du véhicule et d'une génératrice de courant triphasé commandée par l'intermédiaire d'une transmission réglable. Cette disposition est représentée par la figure 4. Le moteur monophasé 41 est mis en marche à l'aide d'un moteur auxiliaire 25 par manoeuvre de l'interrupteur 24. Il est accouplé à une génératrice courant triphasé 45 par l'intermédiaire d'une trans- mission réglable 44. L'excitation de la génératrice courant triphasé est fournie par une machine auxiliaire 42, qui est de préférence également accou- plée au moteur auxiliaire 25 et qui est excitée à l'aide d'une résistance auxi- liaire.43.
Les moteurs d'essieu 50, 51 et 52 entraînent dans ce cas par l'in- termédiaire de transmissions appropriées directement les roues motrices 13, 14 et 15. Leurs enroulements statoriques sont raccordés par l'intermédiaire d'interrupteurs bipolaires 47, 48 et 49 à la génératrice de courant continu 45. Pour l'enclenchement de l'excitation de la génératrice, on a prévu un interrupteur bipolaire 46. Les moteurs de locomotion sont dans ce cas de préférence des moteurs à paliers à renvoi ou entraînement élastique. Dans ce cas seule une transmission réglable 44 est nécessaire pour le véhicule.
Il en résulte que la génératrice courant triphasé peut fonctionner à fréquen- ces variables, de tellesorte qu'il est possible de régler par petites étages la vitesse d'entraînement des moteurs triphasés.
Une autre possibilité réside dans la création d'un système bi- phasé par couplage artificiel avec des résistances, bobines de self ou con- densateurs dans la partie secondaire du transformateur. Pour la locomo- tion du véhicule on emploie alors des moteurs biphasés, qui sont reliés à l'essieu par l'intermédiaire de la transmission réglable.
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Pour créer des conditions de charge plus favorables pour les transmission réglables, on peut prévoir dans tous les cas décrits plus haut, les transmissions pour des gammes de vitesse plus petites. Les moteurs sont dans ce cas munis d'enroulements à commutation de pôles.
Dans toutes les dispositions, un freinage électrique est possi- ble.