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PROCEDE ET DISPOSITIONS POUR RATTRAPER LE PATINAGE DANS LES EQUIPEMENTS COMPORTANT PLUSIEURS MOTEURS ELECTRIQUES ALIMENTES PAR DES REDRESSEURS.
La présente invention se rapporte aux équipements de commande é- lectro-mécanique alimentés en courant alternatif et dans lesquels les moteir s sont des moteurs à courant continu, le courant alternatif d'alimentation étant transformé en courant continu par l'intermédiaire de redresseurs ioniques, par exemple des redresseurs à vapeur de mercure; elle a pour objet des procé- dés et dispositions permettant un rattrapage rapide et automatique des pati- nages qui peuvent se produire et elle intéresse donc particulièrement les é- quipements de traction électrique, notamment les équipements de locomotives électriques.
Le procédé et les dispositions objet de l'invention sont essen- tiellement caractérisés en ce que les dissymétries entre les courants par- courant les moteurs, ou entre les tensions à leurs bornes, qui apparaissent lorsque l'un des essieux moteurs commence à patiner, agissent, de préférence sans retard ou avec un retard faible, soit directement, soit par l'intermé- diaire de relais amplificateurs sur le dispositif de commande de l'allumage des anodes de l'ensemble des redresseurs ou du, ou des redresseurs alimentant le moteur qui entraine l'essieu qui a amorcé un patinage, ou le groupe de mo- teurs entrainant le groupe d'essieux parmi lesquels se trouve celui qui a a- morcé un patinage, de manière à retarder rapidement l'allumage des anodes et ainsi à abaisser rapidement la tension d'alimentation du ou des moteurs con- sidérés,
dans le but d'abaisser leur couple moteur et de permettre la repri- se de l'adhérence des roues, le dispositif détecteur des dissymétries inhéren- tes au patinage annulant son effet, lorsque les dites dissymétries ont dispa- ru, soit immédiatement, soit avec une certaine temporisation et laissant re- ' prendre aux allumages des anodes les phases qu'elles avaient primitivement, rétablissant ainsi la tension sur les moteurs, de préférence progressivement, ce dispositif détecteur des dissymétries étant, de préférence, insensible aux petites dissymétries et n'entrant eh action que lorsque les dissymétries at-
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teignent un taux fixé à l'avance, afin de ne pas être influencé par les peti- tes dissymétries inhérentes à de petites différences entre les caractéristiques des moteurs.
En se référant aux figures schématiques ci-jointes, on va décrire des exemples, donnés à titre non limitatif, de mise en oeuvre de l'invention.
Les dispositions particulières de réalisation qui seront décrites à propos de ces exemples devront être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront être utilisées sans sortir dû cadre de celle-ci.
L'exemple de ma fig. 1 se rapporte à une application de l'in- vention dans le cas où un redresseur alimente deux moteurs de traction, montés en série entre eux, d'une locomotive électrique.
Les moteurs de traction 1 & 2, dont les induits 3 & 4 sont montés en série entre eux et avec leurs inducteurs 5 & 6, sont alimentés en énergie à partir d'un réseau à courant alternatif monophasé, représenté par la ligne de contact 7 et la terre 8, par l'intermédiaire d'un transformateur 9 et d'un redresseur à vapeur de mercure dianodique 18.
Le transformateur monophasé 9 comporte un primaire 10, alimenté entre la ligne de contact 7 et la terre 8 par l'intermédiaire d'un interrup- teur automatique 17, un secondaire auxiliaire 11 qui alimente le réseau 24, des services auxiliaires de la locomotive, et le secondaire principal 12.
Ce dernier comporte une prise médiane 13, qui constitue le pôle négatif du circuit à courant continu et deux jeux de prises, telles que 14, symétrique- ment disposées par rapport au point milieu 13. Les prises telles que 14 sont connectées respectivement aux plots tels que 15 d'un commutateur double 16 permettant d'appliquer respectivement aux anodes 19 & 20 du redresseur 18 des tensions variables, mais toujours égales'entre elles et en opposition de pha- se.
En plus de ses deux anodes 19 & 20, le redresseur 18 comporte une cathode 21, qui constitue le pôle positif du circuit à courant continu et deux grilles de commande 22 & 23 contrôlant respectivement l'allumage des anodes 19 & 20. Le redresseur 18 comporte, en outre, les dispositifs habituels d'al- lumage et d'entretien de la tache cathodique, dispositifs qui ne sont pas re- présentés.
Les moteurs à excitation série 1 & 2 sont couplés en série et sont alimentés entre la cathode 21 du redresseur 18 et le point milieu 13 du secon- daire 12 du transformateur 9. Un inverseur 25 permet d'alimenter les induc- teurs 5 & 6 dans le sens correspondant au sens de marche désiré. Une induc- tance 26, insérée dans le circuit à courant continu, réduit l'importance des ondulations du courant redressé, et une résistance de shuntage 27 peut être prévue afin que les inducteurs 5 & 6 ne soient parcourus que par une fraction relativement petite de la composante alternative du courant redressé.
Les grilles de commande 22.& 23 du redresseur 18 sont alimentées en courant alternatif de phase variable par un dispositif de déphasage 28, tels que la phase de sa tension de sortie soit sous la dépendance d'un courant de réglage. Sur la fige l, le dispositif de déphasage 28 est constitué par un transformateur 29, dont le primaire 30 est alimenté par le réseau auxiliai- re 24 et dont le secondaire 31 a son point milieu 32 connecté à la cathode 21 et par ses extrémités alimente deux circuits déphaseurs.
Le premier circuit déphaseur comporte la résistance 33, en série avec l'ensemble constitué par un condensateur 34 et le jeu d'inductances sa- turables 35 & 36 montées en série entre elles. Chacune de ces inductances comporte un enroulement à courant alternatif respectivement 37 & 38 et un en- roulement à courant continu respectivement 39 & 40. Les enroulements 37 & 38 sont montés en série entre eux et sont en parallèle avec le condensateur 34.
Les enroulements à courant continu 39 & 40 sont également montés en série entre eux et le sens des connexions est tel qu'à un instant donné, quand les ampères-tours instantanés de courant continu et de courant alternatif dans
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les enroulements 37 & 39 de l'inductance 35 sont additifs, ils soient soustrac- tifs dans les enroulements correspondants 38 & 40 de l'inductance 35. On sait qu'une telle combinaison d'inductances saturables se comporte, au point de vue du courant alternatif, comme une inductance unique doht on peut faire va- rier le coefficient de sel-induction dans de très larges limites en faisant varier le courant de saturation dans les enroulements à courant continu. La valeur de ce coefficient de self-induction est d'autant plus petite que le courant continu de saturation est plus grand.
Le fonctionnement d'un tel circuit déphaseur est bien connu. La valeur de la capacité du condensateur 34 est choisie de telle sorte que le coefficient de self-induction équivalent des deux inductances 35 & 36 puisse varier de part et d'autre de la valeur correspondant à la résonance. Dans ces conditions, la tension entre le point milieu 32 du secondaire 31 et le point 41, commun à l'inductance 35 et au condensateur 34, est une tension al- ternative sensiblement sinusoïdale, dont l'amplitude est sensiblement égale à la moitié de la tension induite dans le secondaire 31 et dont la phase va- riable d'une façon continue sera en retard sur celle de la tension entre le point milieu 32 et l'extrémité de gauche du secondaire 31, lorsque le coef- ficient le self-induction équivalent des inductances 35 & 36 sera grand,
c'est- à-dire lorsque le courant continu de saturation dans les enroulements 39 &
40 sera nul ou petit et, au contraire, en avance lorsque ce même coefficient de self-induction sera petit, c'est-à-dire lorsque ce même courant de satu- ration sera grand.
Le deuxième système déphaseur, identique au premier, se compose de la résistance 42, du condensateur 43 et du jeu de deux inductances satu- rables 44 & 45 comportant respectivement les enroulements à courant alterna- @ tif 46 & 47 et les enroulements de saturation à courant continu 48 &.49.
Les enroulements de saturation 39, 40, 48, &'49, montés en série, sont parcourus par le même courant et les connexions entre chacun des deux systè- mes de déphaseurs et le secondaire 31 sont inversées, afin que les tensions entre chacun des deux points, 41, 50 et le point milieu 32 du secondaire 31 soient respectivement égales et en opposition de phase.
Les points 41 & 50 sont connectés respectivement aux grilles du commande 23 & 22, par l'intermédiaire de résistances de limitation de courant 51 & 52.
Les enroulements de saturation 39, 40, 48 & 49 sont alimentés en courant continu variable à partir d'un transformateur 53, dont le primaire 54 est lui-même alimenté par le réseau à courant alternatif auxiliaire 24 et dont les deux secondaires 55 & 56 alimentent respectivement deux ponts de redres- seurs secs 57 & 58 montés en opposition. Le pont de redresseurs secs 57 est alimenté directement par le secondaire 55. Le pont de redresseurs secs 58, shunté par une résistance 59, est alimenté en courant alternatif par le secon- daire 56 à travers un amplificateur magnétique 60.
Ce dernier, dont le principe et le fonctionnement sont bien con- nus, se compose de deux inductances saturables 61 & 62, dont les circuits ma- gnétiques sont, de préférence, constitués par un matériau hypermagnétique, tel que ceux connus sous les noms de MUmetal, Permaloy ou Deltamax. Ces in- ductances 61 & 62 sont respectivement montées en sérié avec un élément ¯de re- dresseurs secs, 63 & 64, et les deux ensembles inductance saturable - redres- seur sec 61-63 et 62-64 sont montés en parallèle, les sens de connexion des redresseurs secs étant tels que chacun des deux laisse passer l'une des demi- a:lternances d'un courant alternatif.
Deux enroulements d'excitation à cou- rant continu 65 & 66 embrassent tous deux chacun des deux circuits magnétiques des inductences 61 & 62 et les sens de connexions aux deux inductances sont tels, que les ampères-tours correspondant aux courants unidirectionnels qui les traversent soient de même sens par rapport aux bobines d'excitation 65 & 66.
On sait que, lorsque la somme des ampères-tours correspondant aux courants qui circulent dans les enroulements 65 & 66 est de sens opppsé
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aux ampères-tours correspondant aux courants qui peuvent circuler dans les inductances 61 & 62 et à une valeur suffisante, généralement faible, le cou- rant alternatif qui traverse les deux ensembles inductance saturable - redres- seur sec 61-63 & 32-64 en parallèle a une valeur très petite, relativement peu dépendante ,les ampères-tours d'excitation. Si ces mêmes ampères-tours d'excitation décroissent au-dessous d'une certaine limite, le courant alter- natif croît très rapidement pour de faibles variations des ampères-tours d'exci- tation. Le courant alternatif continue à croître lorsque les ampères-tours d'excitation changent de sens.
Il suffit d'une très faible variation des am- pères-tours d'excitation pour que le courant alternatif contrôlé passe d'une valeur très petite à sa pleine valeur.
L'enroulement d'excitation 65 est alimenté par une source de cou- rant continu 67 quelconque, par exemple la batterie d'accumulateurs de la lo- comotive. Le courant dans l'enroulement 65 est réglé par une résistance 68 à une valeur telle, que lorsque l'enroulement 66 n'est parcouru par aucun courant d'excitation, le courant alternatif contrôlé par l'amplificateur ma- gnétique soit à son minimum. Ce courant alternatif croîtra donc rapidement lorsque l'on établira un courant continu progressivement croissant, de sens convenable, dans l'enroulement d'excitation 66.
Si donc l'enroulement 66 n'est parcouru par aucun courant d'exci- tation, le courant d'alimentation du pont de redresseurs 58 sera très petit, négligeable en pratique. Dans ces conditions, les enroulements de saturation 39, 40, 48 & 49 du dispositif de déphasage 28 sont alimentés en courant par le pont de redresseurs secs 57, à travers la résistance 59, un rhéostat 69 pouvant être prévu dans le but de régler la valeur maxima de ce courant con- tinu. Si le rhéostat 69 est sur sa position de résistance minimum, le cou- rant continu de réglage de phase a sa valeur maximum et, d'après les explica- tions données à propos du dispositif 28, les tensions appliquées aux grilles 22 & 23 du redresseur 18 seront en avance sur celles appliquées aux anodes correspondantes 19 & 20.
Ces anodes pourront donc s'allumer naturellement et le redresseur 18 fournira la pleine tension correspondant aux prises tel- les que 14 du transformateur 9 qui seront connectées aux anodes 19 & 20 par le commutatuer double 16.
Uhe augmentation de résistance du rhéostat éventuel 69 permettrait de réduire le courant de saturation dans les enroulements 39,40, 48 & 49 du dispositif 28 et de retarder la phase des tenzions appliquées aux anodes 19& 20. Dès que la phase des tensions de grilles est en retard sur celle des ten- sions d'anodes correspondantes, l'allumage des anodes est retardé, ce qui a- baisse la valeur de la tension redressée.
Si l'on alimente l'enroulement d'excitation à courant continu 66 par un courant de polarité convenable, l'amplificateur magnétique 60 laissera passer un certain courant alternatif qui, après redressement par le pont de redresseurs 58, ne pourra se refermer qu'à travers la résistance 59. Le cou- rant dans cette dernière augmentera et la tension à ses bornes augmentera aussi. Cet-e tension est en opposition avec la tension aux bornes du pont de redresseurs 57 et s'en retranche. Cet effet diminue le courant de réglage dans les enroulemznts 39, 40, 48 & 49 du dispositif 28 et retarde la phase des tensions de grille.
En particulier, si le courant dans l'enroulement 66 de l'amplificateur 60 a une valeur suffisante pour produire la pleine excita- tion et si la tension donnée par le secondaire 55du transformateur 53 est suf- fisamment grande par rapport à la tension donnée par le secondaire 55 du même transf ormateur, le courant de réglage dans les enroulements 39,40, 48 & 49 pourra être annulé, ce qui provoquera le retard maximum des commandes de gril- le.
Conformément à l'invention, une résistance potentiométrique 70 est branche en dérivation sur l'ensemble des deux induits 3 & 4 des moteurs de traction 1 & 2 et l'enroulement d'excitation 66 de l'amplificateur 60 est alimenté en courant continu de la polarité convenable entre le point commun 71 des deux induits 3 & 4 et l'une ou l'autre des deux prises, 72 & 73, de préférence réglables, faites sur la résistance potentiomètrique 70, par l'in-
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termédiaire d'un groupe de redresseurs secs 74, 75, 76 & 77 et, éventuellenent, une résistance de réglage 78. Les deux prises 72 & 73 seront disposées seni- blement symétriquement sur la résistance 70 par rapport à son point milieu
79.
On remarquera que le sens de connexion des redresseurs secs 74, 76, est tel qu'il interdit le passage d'un courant sous l'influence de la différence de potentiel qui existe normalement entre les deux prises 72 & 73 de la ré- sistance 70.
Si les tensions aux bornes des deux induits 3 & 4 sont rigoureu- sement égales entre elles, le potentiel de leur point commun 71 est le même que celui du point milieu 79 de la résistance potentiométrique 70 et il ne circulera aucun courant dans les redresseurs secs 74 à 77, ni dans:l'enroule- ment 66 de l'amplificateur 60. Il en sera de même si le déséquilibre de ten- sion entre les deux induits est suffisamment petit pour que le potentiel du point 71 reste compris entre les potentiels des prises 72 & 73 de la résistan- ce 70, car la conductibilité unidirectionnele des redresseurs secs 74 à 77 ne permet pas le passage des courants qui tendraient à se développer sous l'in- fluence des différences de potentiel mises en jeu.
Il n'en est plus de même si le déséquilibre de tension entre les induits 3 & 4 est tel que le potentiel de leur point commun 71 soit supérieur à celui de la prise 72 ou inférieur à celui de la prise 73. Dans le premier cas, un courant circulera, partant du point 71, traversant la résistance 78, le redresseur sec 77, l'enroulement d'excitation 66, le redresseur sec 74 et arrivant à la prise 72. Dans le ceuxième cas, le courant partant de la pri- se 73 passera par le redresseur sec 76, l'enroulement 66, le redresseur sec 75 et la résistance 78 pour aboutir au point 71. Dans les deux cas, le courant passe dans l'enroulement 66 dans le même sens, qui sera celui qui permet l'é- tablissement du courant contrôlé par l'amplificateur magnétique 60.
Ainsi, le dispositif de contrôle sera insensible à de petits désé- quilibres de tension entre les deux induits 3 & 4, tels que ceux qui provien- nent de petites dissymétries entre les deux moteurs 1 & 2. Mais, si l'un des essieux amorce un patinage, cet essieu accélère et la tension aux bornes de l'induit du moteur correspondant s'élève, tandis que celle aux bornes de l'in- duit de l'autre moteur diminue. Dès que le déséquilibre de tension atteint la valeur correspondant à la position des prises 72 & 73 sur la résistance 70, l'enroulement 66 de l'amplificateur 60 est alimenté. Par le processus qui a été exposé, cet effet provoque un retard dans la phase des tensions ap- pliquées aux grilles de contrôle du redresseur 18, et, par suite, une baisse de la tension redressée.
Il en résulte une diminution du couple moteur qui permet la reprise de l'adhérence des roues sur le rail.
De préférence, on donnera aux constantes de temps des circuits de l'enroulement 66 et du circuit des enroulements 39,40, 48, & 49 des va- leurs suffisamment petites pour que la décroissance de la tension appliquée aux moteurs soit plus rapide que la décroissance de vitesse du moteur qui a amorcé un patinage, cette dernière décroissance étant fixée par l'inertie des parties tournantes et par le frottement des roues sur le rail. On évitera ainsi des reprises prématurées du olein couple moteur, qui pourraient provo- quer des pompages du dispositif de contrôle.
On remarquera que, pour le fonctionnement qui a été décrit, c'est-à-dire l'établissement du courant de contrôle dans l'enroulement 66, la constante de temps du circuit de cette dernière est fixée par le coefficient de self-induction de la bobine 66, la résistance propre de cette bobine, celle de deux des redresseurs secs 74 à 77, la résistance 78 et la résistance 70.
Lorsque le patinage a cessé et que l'égalité entre les tensions aux bornes des induits 3 & 4 des deux moteurs 1 & 2 a été sensiblement réta- bli, la tension donnée par le redresseur 18 ne se rétablit pas instantanément à sa pleine valeur. Son rétablissement se fait en fonction des constantes de temps du circuit des bobines 39, 40, 48 & 49 et du. circuit de la bobine 66. Mais la constante de temps du circuit de la bobine 66, qui intervient lors de la diminution du courant qui la traverse, est plus grande que celle qui intervient lors de son augmentation. En effet le courant établi dans
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la bobine 66 peut se refermer sur lui-même en passant, d'une part, par les deux redresseurs secs 75 & 77, d'autre part, par les deux redresseurs secs 74 & 76 et la partie de la résistance 70 comprise entre les prises 72 & 73.
Son passage par la résistance 78 et par la partie la plus importante de la résistance 70 est évité; comme le coefficient de self-induction de la bobine 66 est généralement assez grand et que les résistances alors mises en jeu sont relativement petites, la constante de temps du circuit est assez grande.
Il en résulte que l'ordre de baisse de tension donné au redresseur ne dispa- rait que progressivement et relativement lentement, ce qui est un effet favo- rable, car il évite des variations trop brutales du couple moteur. Cet effet est favorable mais n'est nullement indispensable, et la résistance 78 pourrait ainsi être déplacée et insérée dans le circuit unidirectionnel de la bobine 66.
Le schéma représenté par la fig. 2 se rapporte à un exemple de généralisation des dispositions de la fig. 1, lorsque le redresseur alimente plus de deux moteurs montés en série.
Sur la fig. 2, quatre moteurs de traction 101a, 101b, 101c & 101d à excitation série, ont leurs induits 103a, 103b, 103c & 103d, ainsi que leurs inductances 105a, 105b, 105c & 105 d montés en série et sont alimentés par un redresseur à vapeur de mercure non représenté qui sera supposé identique au redresseur 18 de la Fig. 1. Le pôle 121 est connecté à la cathode du re- dresseur et le pôle 113 au point milieu du secondaire principal d'un transfor- mateur, non représenté, identique au transformateur 9 de la fig. 1, une induc- tance analogue à l'inductance 26 de la fig. 1 pouvant être insérée dans le circuit à courant continu.
Les grilles de commande du redresseur sont alimentées en tension alternative de phase réglable par un dispositif, non figuré, identique au dis- positif 28 de la fig. 1; le courant continu, qui permet de régler la phase des tensions données par ce dispositif, sera fourni par un ensemble, non fi- guré, identique à celui réprésenté sur la fig. l, c'est-à-dire par la combi- naison d'un transformateur identique au transformateur 53 et de deux ponts de redresseurs secs identiques aux ponts 57 & 58, le dernier étant shunté par une résistance identique à la résistance 59, un rhéostat identique au rhéos- tat 69 pouvant être inséré dans le circuit à courant continu.
Le courant alternatif d'alimentation du pont de redresseurs iden- tique au pont 58 est contrôlé par un amplificateur magnétique 160, analogue à l'amplificateur 60 de la fig. 1. L'amplificateur 160 comporte deux redres- seurs secs 163 & 164, respectivement montés en série avec les deux induc- tances saturables 161 & 162, chacune de ces deux inductances étant parcourue par l'une des demi-alternances du courant alternatif contrôlé qui alimente le pont de redresseurs identique au pont 58 de la fig. 1.
L'amplificateur 160 comporte quatre enroulements d'excitation à courant continu 166a, 166b, 166c & 165, dont chacun embrasse les deux circuits magnétiques saturables des inductances 161 & 162.
L'enroulement 165 joue le même rôle que l'enroulement 65 de la Fig. 1. Il est alimenté par une source de courant continu 167, telle que la batterie de la locomotive, et le courant qui le parcourt est limité par une résistance 168 à une valeur telle que, si aucun courant ne circule dans l'un des enroulements 166a, 166b ou l66c, le courant alternatif contrôlé par l'am- plificateur 160 est limité à une valeur très faible.
Aux bornes de l'ensemble des quatre,induits 103a, 103b, 103c & 103d est branchée une résistance potentiométrique 170. Les trois enroulements 166a, 166b & 166c sont alimentés, respectivement: l'enroulement 166a entre les prises 172a & 173a et le point commun 171a entre les induits 103a et 103b, par l'intermédiaire des redresseurs secs 174a à 177a; l'enroulement 166b en- tre les prises 172b et 173b et le point commun 171b entre les induits 103b & 103C, par l'intermédiaire des redresseurs secs 174b à 177b; l'enroulement 16 Se entre les prises 172c & 173c et be point commun 171c entre les induits 103c & 103d, par l'intermédiaire des redresseurs secs 174c à 177c, éventuel-
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lement par l'intermédiaire des résistances de réglage 178a, 178b,& 178c.
Les prises 172a & 173a, 172b & 173b, 172c et 173c, de préféren- ce réglables, sont respectivement disposées sensiblement symétriquement par rapport aux points 179a, 179b & 179c, eux-mêmes respectivement placés au quart, à la moitié et aux trois quarts de là résistance 170. Comme dans l'exemple de la Fig. 1, le sens des connexions des redresseurs secs est tel qu'il inter- dit le passage d'un courant sous l'influence des différences de potentiel exis- tant entre les prises de la résistance 170.
Le montage des redresseurs secs est le même que dans l'exemple représenté Fig. 1 et les explications déjà données à ce sujet font comprendre que, tant que les déséquilibres entre les tensions respectives aux bornes des induits 103a à 103d sont inférieurs à une valeur fixée à l'avance par la position des prises telles que 172a & 173a, aucun courant ne circule dans aucun des enroulements 166a, l66b & 166c et que, s'il amorce un patinage, les déséquilibres des tensions dépassant la valeur fixée, un ou plusieurs des enroulements 166a, 166b ou 166c seront alimentés.
Par le processus décrit à propos de l'exemple de la fig. 1, la tension fournie par le redresseur sera abaissée rapidement et ne se rétablira progressivement qu'après qu'un équilibre suffisant entre les tensions se sera rétabli, c'est- à-dire quand le patinage aura pris fin.
La fig. 3 se rapporte à un exemple d'application de l'invention à un redresseur alimentant plusieurs moteurs de traction branchés en paral- lèle.
Le redresseur 218, supposé identique au redresseur 18 de la fig.
1, comporte deux anodes 219 & 220, alimentées par un transformateur, non re- présenté, et qui peut être supposé identique au transformateur 9 de la fig.l, éventuellement par l'intermédiaire d'un commutateur de changement de prise non représenté et tel que 16 de la fig. 1. Les grilles de commande 222 & 223 correspondant respectivement aux anodes 219 & 220; sont alimentées en courant alternatif à phase réglable par un dispositif 228, dont le détail n'est pas représenté et qui sera supposé identique à l'ensemble d'inductances saturables de capacité et de résistances 28 de la fig. 1. Ce dispositif 228 est lui-mê- me alimenté en courant alternatif par le réseau 224 des services auxiliaires de la locomotive.
Le courant continu variable de réglage de phase sera fourni par le transformateur 253 et les ponts de redresseurs secs 257 & 258, son inten- sité étant réglée par la résistance 259, l'amplificateur magnétique 260 et éventuellement par le rhéostat 269.
La description et le fonctionnement de ces éléments sont identi- ques à ceux exposés pour les éléments respectivement repérés en 53,57, 58, 59,60 & 69 sur la fig. 1.
L'enroulement d'excitation 265 de l'amplificateur 260 joue le même rôle que l'enroulement correspondant référé 65 de la fig. 1; il est ali- menté en courant continu à partir d'une source de courant continu 267, par exemple la batterie d'accumulateurs de la locomotive, à travers la résistan- ce de réglage 268, le sens et l'intensité de ce courant étant tels que le courant alternatif contrôlé par l'amplificateur 260 soit au voisinage de son minimum lorsque le deuxième enroulement d'excitation, 266, n'est parcouru par aucun courant.
Les moteurs de traction, à excitation-série, supposés au nombre de trois respectivement référés 201a, 201b & 201c, sont alimentés en parallè- le entre la cathode 221 du redresseur 218 et le point milieu 213 (non repré- senté) du secondaire principal du transformateur alimentant le redresseur.
Leurs induits sont référés respectivement par 203a, 203b & 203c. Leurs in- ducteurs respectivement 205a, 205b & 205c, peuvent être alimentés dans un sens ou dans l'autre par le jeu des inverseurs de sens de marche, respective- ment 225a, 225b &'225c. Chaque ensemble inducteur inverseur de sens de mar- che 205a-225a, 205b-225b, 205c-225c, est shunté par une résistance, respec- tivement 227a, 227b & 227c, prévue pour que les inducteurs ne soient parcou- rus que par une fraction relativement petite de la composante de courant al-
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ternatif du courant redressé.
Conformément à l'invention, les points communs, respectivement 271a, 271b, 271c entre chaque induit et la résistance de shuntage de l'induc- teur correspondant, sont connectés entre eux par l'intermédiaire de redresseurs secs 274a, 274b & 274c et des prises, de préférence réglables, 272a, 272b & 272c, faites sur les résistances de shuntage 227a, 227b & 227c, sont également connectées entre elles par l'intermédiaire des redresseurs secs 275a, 275b & 275c. Les sens de connexion des redresseurs secs, tels que 274a & 275a, sont tels qu'ils s'opposent au passage du courant qui tendrait à s'établir en rai- son de la différence de potentiel existant entre les extrémités de résistance telles que 271a et les prises telles que 272a.
L'enroulement d'excitation 266 de l'amplificateur magnétique 260 est alimenté entre le point commun entre redresseurs secs 274a, 274b & 274e et le point commun entre redresseurs secs 275a, 275b & 275c, à travers une résistance 278. Comme dans les exemples précédents, le sens des connexions de l'enroulement 266 sera tel que l'établissement du courant unidirectionnel qui peut le traverser, provoquera une augmentation rapide du courant contrô- lé par l'amplificateur 260.
Si les courants qui traversent les trois moteurs 201a, 201b & 201c sont égaux, les chutes de tension dans les résistances 227a, 227b & 227c sont elles-mêmes égales entre elles. Les trois points 271a, 271b & 271c sont au même potentiel. Les trois prises 272a; 272b & 272c sont elles aussi à un po- tentiel commun, plus bas que le précédent. L'enroulement 266 n'est parcouru par aucun courant, car le sens de connexion des redresseurs secs 274a, 275a, 274b, 275b, 274c& 275c s'y oppose. Il en sera de même tant que le déséquili- bre entre les courants des moteurs sera assez petit pour que celui des trois points 271a, 271b ou 271c, dont le potentiel est le plus bas, soit néanmoins porté à un potentiel plus élevé que celui des trois prises 272a, 272b ou 272c dont le potentiel est le plus haut.
Si l'essieu correspondant à l'un quelconque des moteurs, 201a par exemple, commence à patiner, ce moteur accélère et le courant qui le traverse diminue notablement. Le potentiel du point 271a s'abaisse alors-au-dessous de celui des prises 272b & 272e et l'enroulement 266 est alimenté. Par le processus indiqué à propos du schéma représenté en Fig. 1, l'alimentation de l'enroulement d'excitation 266 de l'amplificateur 260 provoque un retard dans la phase des tensions appliquées aux grilles 222 et 223 du redresseur 218 et, par suite; une baisse de la tension redressée. La baisse de courant et la diminution de l'effort moteur qui en résultent permettent la reprise de l'adhérence des roues correspondant au moteur 20ia et le patinage prend fin.
Dès que le patinage à cessé et que l'égalité des courants parcourant les moteurs est sensiblement rétablie, l'enroulement 266 cesse d'être alimm - té et la tension redressée revient à sa valeur primitive, rétablissant ainsi le plein couple moteur.
Avec les dispositions décrites, la baisse de la tension redressée et sonrétablissement se feraient avec la même rapidité, déterminée par la cons- tante de temps correspondant à l'inductance de l'enroulement 266, à sa résis- tance 278. On peut obtenir un rétablissement de la tension beaucoup plus lent, en shuntant l'enroulement 266 par un redresseur sec 276 branché dans un sens tel qu'il ne laisse passer aucune dérivation du courant d'alimentation de la bobine 266. Le redresseur sec 276 n'a aucun effet lors de l'établissement de courant dans la bobine 266, c'est-à-dire lors de la baisse de la tehsion redressée.
Par contre, lorsque le patinage ayant cessé, l'égalité des cou- rants absorbés par les moteurs a été rétablie et que la tension d'alimentation de la bobine 266 a disparu, le courant établi dans cette dernière peut se re- fermer à travers le redresseur sec 276 et la disparition de ce courant se fera sensiblement avec la constante de temps propre de la bobine 266, beaucoup plus grande que celle qui est intervenue lors de l'établissement du courant. On pourra donc obtenir, ainsi qu il est désirable, une baisse rapide de la ten- sion et une remontée relativement lente.
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Les dispositions décrites d'après les fig. 1 2 & 3, ne l'ont été qu'à titre d'exemples, elles n'ont été choisies que parce qu'elles se prêtaient à des exposés simples permettant une bonne compréhension de l'in- vention dont elles n'indiquent que des modes de réalisation.-
D'autres dispositions peuvent être employées sans sortir du cadre de l'invention., C'est ainsi que le dispositif d'alimentation des grilles de contrôle représenté en 28 sur la Fige 1 et qui a été supposé être également utilisé dans les deux autres exemples, pourrait être remplacé par tout autre dispositiffournissant des tensions de phase variable, ces phases étant sous la dépendance d'un courant de réglage, soit directement, soit en passant par tout intermédiaire, électrique ou électromécanique.
Le mode d'action des amplificateurs, tels que 60, sur les dispo- sitifs tels que 28, pourrait être autre que celui qui a été décrit; en par- ticulier, on serait amené à utiliser un autre mode d'action si le dispositif
28 était remplacé par un autre dispositif fournissant des tensions de phase variable
L'invention ne se limite d'ailleurs pas à l'utilisation d'ampli- ficateurs magnétiques tels que 60. Tout autre système d'amplification, magné- tique ou non, conviendrait aussi bien. On peut aussi faire agir directemert le dispositif sensible au déséquilibre entre courants ou tensions, sur le gé- nérateurs de tension à phase variable, sans l'intermédiaire d'amplificateur.
De même, l'invention ne se limite pas aux procédés indiqués pour rendre le montage insensible aux petits déséquilibres entre courants ou ten- sions.
Ainsi, la fige 4 se rapporte à une variante de l'intention appli- quée, comme dans le cas de la fig. 1, à un redresseur alimentant deux moteus montés en série.
Sur cette Fig. 4, 303 & 304 désignent les induits des deux mo- teurs montés en série, dont les inducteurs ne sont pas représentés. Le pôle positif 321 est connecté à la cathode du redresseur (non représenté), éven- tuellement à travers une inductance, et le point 313 est connecté au point milieu du secondaire du transformateur, à travers l'inverseur de sens de marche (non figuré) analogue à l'inverseur 25 de la fig. 1, et les inducteurs série (également non figurés). Une résistance potentiométrique 370 est montée en dérivation sur les deux induits 303 & 304, entre les deux points 321 & 313.
Le pont de redresseurs secs 358 est alimenté entre le point milieu 379 de la résistance 370 et le point commun 371 entre les deux induits 303 & 304 et une résistance, de préférence réglable, 359 est branchée en dérivation sur le pont de redresseurs 358. Le pont de redresseurs secs 357 est alimenté en courant alternatif par le secondaire 355 du transformateur 353, dont le primaire 354 est connecté au réseau 324 des auxiliaires de la locomotive.
Le secondaire 355 comportera, de préférence, des prises telles que 380 permet- tant de,faire varier sa tension. Le pont de redresseur 357 sera, de préféren- ce, shunté par un condensateur de filtrage de grande capacité 381, par exemple un condensateur électrochimique.
Les grilles du redresseur, non représentées, sont alimentées en 322 & 323 par une tension alternative de phase réglable, au moyen d'un dispo- sitif 328, dont le détail, non représenté, est identique à celui du dispositif 28 de la Fig. 1. Le courant continu de saturation, dont' la valeur détermine la phase des tensions alternatives données par le dispositif 328, est fourni et réglé par les deux ponts de redresseurs 357 & 358, éventuellement à tra- vers un rhéostat de réglage 369.
Si les tensions aux bornes des deux induits 303 & 304 sont égales le pont de redresseurs 358 n'est pas alimenté, la valeur du courant continu dans les enroulements de saturation du dispositif 328 est déterminée par la tension redressée aux bornes du pont de redresseurs 357 (elle-même déterminée par la prise, telle que 380 du secondaire 355 sur laquelle est branchée l'ali- mentation du pont 357), par la valeur de la résistance 359 et, éventuellement,
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par le rhéostat 369.
Mor :le end e co r et est réglé, ainsi qu'il a été exposé à pro- pos du montage represente Fig. 1, de telle sorte que la phase des tensions al- ternatives appliquées aux grilles de contrôle soit un peu en avance sur les tensions d'anode, et le redresseur fonctionne au maximum de tension redressée correspondant à la valeur de la tension alternative appliquée aux anodes.
La tension aux bornes du pont de¯redresseurs 358 est alors égale à la chute ohmique dans la résistance 359 et elle est appliquée aux redresseurs secs qui le constituent dans le sens inverse de celui qui correspond à leur conductibilité. S'il apparaît une petite différence entre les tensions aux bornes des deux induits 303 & 304, la différence entre ces tensions apparait entre las points 379 & 371 et elle est appliquée aux bornes d'alimentation du pont 358;elle ne produira aucun effet tant qu'elle sera inférieure à la tension aux bornes de la résistance 359 et le courant continu de réglage du dispositif 328 ne sera pas modifié.
Si le déséquilibre des tensions en tfe les deux induits 303 & 304 augmente et déphase la valeur de la tension aux bornes de la résistance 359 ce qui se produira lors des déséquilibres im- portants provenant d'un patinage, le pont de redresseurs 358 commencera à dé- biter et, par le processus exposé à propos du montage de la fig. l, provo- quera la diminution du courant continu de réglage du dispositif 328 et, cor- rélativement , le déphasage en retard des tensions de grille et la baisse de tension du redresseur. Dès que le patinage a cessé, l'équilibre des tensions aux bornes des deux induits se rétablit sensiblement, le pont 358 cesse d'être alimenté ou n'est plus alimenté que par une tension insuffisante.. Le courait de réglage du dispositif 328, la phase des tensions de grille et la tension fournie par le redresseur reprennent leur valeur primitive.
Il est à remar- quer que dans le cas du montage de la fig. 4, la baisse et le rétablissemert de la tension se font avec la même constante de temps.
On pourra agir sur le degré d'insensibilité du montage aux petits déséquilibres, en modifiant la tension aux bornes de la résistance 359,c'est- à-dire en modifiant la valeur de cette résistance et en choisissant la prise convenable, parmi les prises telles que 380 du secondaire 355, pour mainterir le courant de réglage à une valeur correcte
L'insensibilité, ou la très faible sensibilité aux petits déséqui- libres, peut aussi être obtenue par d'autres moyens, sans sortir du cadre de l'invention.
Par exemple, le résultat désirable serait obtenu, sur la fig.l, en connectant les deux redresseurs secs 74 & 76, non plus à deux prises dis- tinctes 72 & 73 de la résistance 70, mais à son point milieu 79 et en rempla- gant la résistance 73 par une résistance à caractéristique non linéaire dont la valeur de résistance, très élevée lorsque la tension qui lui est appliquée est faible, décroit très rapidement lorsque cette même tension s'élève.
De telles résistances peuvent être obtenues, par exemple, en les constituant avec la matière connue sous le nom de "Thyrite"; on peut aussi obtenir de telles résistances en utilisant des éléments de redresseurs secs, on remarquera, en particulier, que les caractéristiques propres des redresseurs secs 74, 75, 76 & 77 de la fig. 1 suffiraient, par elles-mêmes, à donner une certaine insen- sibilité au montage, même dans le cas où les trois points 72, 73 & 79 seraient confondus.
Il est à noter,que l'insensibilité aux petits déséquilibres, con- dition réalisée dans les montages représentés sur les fig. 1, 2, 3, & 4, n'est qu'une commodité qui permet d'utiliser des moteurs dont les caractéristiques ne sont pas absolument identiques. Si des précautions sont prises pour que les caractéristiques des moteurs soient bien comparables entre elles, l'insen- sibilité aux petits déséquilibres n'est plus nécessaire. Il doit, en outre, être bien compris que les montages simplifiés ne présentant qu'une insensibi- lité très petite, ou même nulle, aux faibles déséquilibres, rentrent dans le cadre de l'invention.
Bien que, dans les exemples décrits, il n'ait été fait usage que d'un redresseur polyanodique, l'invention est applicable avec plusieurs re- dresseurs, de types quelconques, pcyanodiques.
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Les redresseurs monoanodiques peuvent être, par exemple, du type où la tache cathodique est entretenue en permanence et où le contrôle de l'arc est fait par desgrilles de contrôle, Ils peuvent aussi être d'autres types et notamment des types où la tache cathodique est amorcée synchroniquement, tels que les tubes connus sous le nom d'ignitronso
Dans ce dernier cas, les montages décrits devront être modifiés, en remplaçant les dispositifs tels que 28, donnant des tensions de phase va- riable appliquées aux grilles de contrôle du redresseur, par des dispositifs alimentant les électrodes d'amorçage en impulsions de courant, relativement brèves et intenses, se produisant à des instants variables de la période.
Une telle modification est immédiate par la simple utilisation de la technique connue des redresseurs en cause. Enfin, l'invention est également applicable avec des redresseurs à cathode chaude, des redresseurs dans lesquels le gaz ou la vapeur icnisable est autre que la vapeur de mercure et, en général, avec des redresseurs ioniques de tous types.
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PROCEDURE AND ARRANGEMENTS FOR MAKING UP SKATING IN EQUIPMENT INCLUDING SEVERAL ELECTRIC MOTORS SUPPLIED BY RECTIFIERS.
The present invention relates to electro-mechanical control equipment supplied with alternating current and in which the moteir s are direct current motors, the alternating supply current being transformed into direct current by means of ionic rectifiers, for example mercury vapor rectifiers; it relates to processes and arrangements allowing rapid and automatic catching up of any slippage which may occur and it is therefore of particular interest to electric traction equipment, in particular to electric locomotive equipment.
The method and the arrangements which are the subject of the invention are essentially characterized in that the dissymmetries between the currents flowing through the motors, or between the voltages at their terminals, which appear when one of the powered axles begins to slip, act, preferably without delay or with a low delay, either directly or through the intermediary of amplifier relays on the device for controlling the ignition of the anodes of all the rectifiers or of the rectifier (s) supplying the motor which drives the axle which has started slipping, or the group of motors driving the group of axles among which is the one which has broken down, so as to rapidly delay the ignition of the anodes and thus to quickly reduce the supply voltage of the motor (s) in question,
with the aim of lowering their engine torque and allowing the grip of the wheels to resume, the device for detecting the asymmetries inherent in skidding canceling its effect, when the said asymmetries have disappeared, either immediately or with a certain time delay and letting the phases which they originally had when igniting the anodes, thus restoring the voltage on the motors, preferably progressively, this device for detecting asymmetries preferably being insensitive to small asymmetries and 'entering into action only when the asymmetries at-
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dye a rate fixed in advance, so as not to be influenced by the small dissymmetries inherent in small differences between the characteristics of the engines.
With reference to the accompanying schematic figures, examples, given without limitation, of implementation of the invention will be described.
The particular embodiments which will be described with regard to these examples should be considered as forming part of the invention, it being understood that any equivalent arrangements may be used without departing from the scope thereof.
The example of my fig. 1 relates to an application of the invention in the case where a rectifier supplies two traction motors, connected in series with one another, of an electric locomotive.
The traction motors 1 & 2, whose armatures 3 & 4 are connected in series with each other and with their inductors 5 & 6, are supplied with energy from a single-phase alternating current network, represented by the contact line 7 and earth 8, through a transformer 9 and a dianodic mercury vapor rectifier 18.
The single-phase transformer 9 comprises a primary 10, supplied between the contact line 7 and the earth 8 via an automatic switch 17, an auxiliary secondary 11 which supplies the network 24, auxiliary services of the locomotive, and the main secondary 12.
The latter comprises a middle socket 13, which constitutes the negative pole of the direct current circuit and two sets of sockets, such as 14, symmetrically arranged with respect to the midpoint 13. The sockets such as 14 are respectively connected to the pads such as 15 of a double switch 16 making it possible to apply respectively to the anodes 19 & 20 of the rectifier 18 varying voltages, but always equal to each other and in phase opposition.
In addition to its two anodes 19 & 20, the rectifier 18 comprises a cathode 21, which constitutes the positive pole of the direct current circuit and two control gates 22 & 23 respectively controlling the ignition of the anodes 19 & 20. The rectifier 18 comprises, in addition, the usual devices for igniting and maintaining the cathode spot, devices which are not shown.
The motors with excitation series 1 & 2 are coupled in series and are supplied between the cathode 21 of the rectifier 18 and the midpoint 13 of the secondary 12 of the transformer 9. An inverter 25 is used to supply the inductors 5 & 6. in the direction corresponding to the desired direction of travel. An inductor 26, inserted into the DC circuit, reduces the amount of rectified current ripples, and a shunt resistor 27 can be provided so that inductors 5 & 6 are only traversed by a relatively small fraction of the AC component of the rectified current.
The control gates 22. & 23 of the rectifier 18 are supplied with alternating current of variable phase by a phase shifter 28, such that the phase of its output voltage is dependent on an adjustment current. In fig 1, the phase shift device 28 is constituted by a transformer 29, the primary 30 of which is supplied by the auxiliary network 24 and the secondary 31 of which has its midpoint 32 connected to the cathode 21 and by its ends supplies power. two phase shift circuits.
The first phase shifter circuit comprises resistor 33, in series with the assembly constituted by a capacitor 34 and the set of saturable inductors 35 & 36 connected in series with one another. Each of these inductors comprises an alternating current winding 37 & 38 respectively and a direct current winding respectively 39 & 40. The windings 37 & 38 are connected in series with each other and are in parallel with the capacitor 34.
The direct current windings 39 & 40 are also connected in series with each other and the direction of the connections is such that at a given moment, when the instantaneous ampere-turns of direct current and alternating current in
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the windings 37 & 39 of the inductor 35 are additive, they are subtractive in the corresponding windings 38 & 40 of the inductor 35. It is known that such a combination of saturable inductors behaves, from the point of view of the alternating current, as a single inductor doht the coefficient of salt-induction can be varied within very wide limits by varying the saturation current in the direct current windings. The value of this self-induction coefficient is all the smaller as the direct saturation current is greater.
The operation of such a phase shifter circuit is well known. The value of the capacitance of capacitor 34 is chosen so that the equivalent self-induction coefficient of the two inductors 35 & 36 can vary on either side of the value corresponding to the resonance. Under these conditions, the voltage between the midpoint 32 of the secondary 31 and the point 41, common to the inductor 35 and to the capacitor 34, is a substantially sinusoidal alternating voltage, the amplitude of which is substantially equal to half of the voltage induced in the secondary 31 and whose continuously variable phase will be lagging behind that of the voltage between the midpoint 32 and the left end of the secondary 31, when the coefficient of the self- equivalent induction of inductors 35 & 36 will be large,
that is to say when the direct saturation current in the windings 39 &
40 will be zero or small and, on the contrary, in advance when this same self-induction coefficient is small, that is to say when this same saturation current is large.
The second phase shifter system, identical to the first, consists of resistor 42, capacitor 43 and the set of two saturated inductors 44 & 45 comprising respectively the alternating current windings 46 & 47 and the saturation windings at direct current 48 & .49.
The saturation windings 39, 40, 48, & '49, connected in series, are traversed by the same current and the connections between each of the two systems of phase shifters and the secondary 31 are reversed, so that the voltages between each of the two points, 41, 50 and the midpoint 32 of the secondary 31 are respectively equal and in phase opposition.
Points 41 & 50 are respectively connected to the control gates 23 & 22, via current limiting resistors 51 & 52.
The saturation windings 39, 40, 48 & 49 are supplied with variable direct current from a transformer 53, the primary 54 of which is itself supplied by the auxiliary alternating current network 24 and of which the two secondaries 55 & 56 respectively supply two dry rectifier bridges 57 & 58 mounted in opposition. The dry rectifier bridge 57 is supplied directly by the secondary 55. The dry rectifier bridge 58, shunted by a resistor 59, is supplied with alternating current by the secondary 56 through a magnetic amplifier 60.
The latter, the principle and operation of which are well known, consists of two saturable inductors 61 & 62, the magnetic circuits of which are, preferably, made up of a hypermagnetic material, such as those known under the names of MUmetal, Permaloy or Deltamax. These inductors 61 & 62 are respectively connected in series with an element ¯ of dry rectifiers, 63 & 64, and the two saturable inductance - dry rectifier assemblies 61-63 and 62-64 are connected in parallel, the direction of connection of the dry rectifiers being such that each of the two allows one of the half-cycles of an alternating current to pass.
Two direct current excitation windings 65 & 66 both embrace each of the two magnetic circuits of inductances 61 & 62 and the directions of connection to the two inductors are such that the ampere-turns corresponding to the unidirectional currents which cross them are same direction with respect to excitation coils 65 & 66.
We know that, when the sum of the ampere-turns corresponding to the currents which circulate in the windings 65 & 66 is of opposite direction
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to the ampere-turns corresponding to the currents which can circulate in the inductors 61 & 62 and to a sufficient value, generally low, the alternating current which crosses the two saturable inductor - dry rectifier assemblies 61-63 & 32-64 in parallel has a very small value, relatively little dependent, on the excitation ampere-turns. If these same excitation ampere-turns decrease below a certain limit, the alternating current increases very rapidly for small variations in the excitation ampere-turns. The alternating current continues to increase as the excitation ampere-turns change direction.
A very small variation in the excitation ampere-turns is sufficient for the controlled alternating current to change from a very small value to its full value.
The excitation winding 65 is supplied by any direct current source 67, for example the accumulator battery of the locomotive. The current in the winding 65 is regulated by a resistor 68 to a value such that when the winding 66 is not traversed by any excitation current, the alternating current controlled by the magnetic amplifier is at its minimum. . This alternating current will therefore increase rapidly when a progressively increasing direct current is established, in a suitable direction, in the excitation winding 66.
If therefore the winding 66 is not traversed by any excitation current, the supply current of the rectifier bridge 58 will be very small, negligible in practice. Under these conditions, the saturation windings 39, 40, 48 & 49 of the phase shifter 28 are supplied with current by the dry rectifier bridge 57, through the resistor 59, a rheostat 69 being able to be provided for the purpose of adjusting the maximum value of this direct current. If the rheostat 69 is in its position of minimum resistance, the continuous phase adjustment current has its maximum value and, according to the explanations given in connection with the device 28, the voltages applied to the gates 22 & 23 of the rectifier 18 will be ahead of those applied to the corresponding anodes 19 & 20.
These anodes will therefore be able to light up naturally and the rectifier 18 will supply the full voltage corresponding to the taps such as 14 of the transformer 9 which will be connected to the anodes 19 & 20 by the double commutator 16.
A possible increase in the resistance of the rheostat 69 would make it possible to reduce the saturation current in the windings 39,40, 48 & 49 of the device 28 and to delay the phase of the voltages applied to the anodes 19 & 20. As soon as the phase of the gate voltages is lagging behind that of the corresponding anode voltages, the ignition of the anodes is delayed, which lowers the value of the rectified voltage.
If the direct current excitation winding 66 is supplied with a current of suitable polarity, the magnetic amplifier 60 will allow a certain alternating current to pass which, after rectification by the rectifier bridge 58, can only be closed again. through resistor 59. The current in the latter will increase and the voltage across it will also increase. This voltage is in opposition to the voltage across the rectifier bridge 57 and is removed from it. This effect decreases the setting current in the windings 39, 40, 48 & 49 of the device 28 and delays the phase of the gate voltages.
In particular, if the current in the winding 66 of the amplifier 60 is of a sufficient value to produce the full excitation and if the voltage given by the secondary 55 of the transformer 53 is sufficiently large compared to the voltage given by secondary 55 of the same transformer, the adjustment current in windings 39,40, 48 & 49 can be canceled, which will cause the maximum delay of the grill commands.
According to the invention, a potentiometric resistor 70 is branched off on all of the two armatures 3 & 4 of the traction motors 1 & 2 and the excitation winding 66 of the amplifier 60 is supplied with direct current from the suitable polarity between the common point 71 of the two armatures 3 & 4 and one or the other of the two taps, 72 & 73, preferably adjustable, made on the potentiometric resistance 70, by the in-
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via a group of dry rectifiers 74, 75, 76 & 77 and, possibly, an adjustment resistor 78. The two taps 72 & 73 will be arranged substantially symmetrically on resistor 70 with respect to its midpoint
79.
It will be noted that the direction of connection of the dry rectifiers 74, 76 is such as to prevent the passage of a current under the influence of the potential difference which normally exists between the two taps 72 & 73 of the resistor. 70.
If the voltages at the terminals of the two armatures 3 & 4 are strictly equal to each other, the potential of their common point 71 is the same as that of the midpoint 79 of the potentiometric resistance 70 and no current will flow in the dry rectifiers. 74 to 77, nor in: winding 66 of amplifier 60. It will be the same if the voltage imbalance between the two armatures is small enough for the potential of point 71 to remain between the potentials of the taps 72 & 73 of the resistor 70, because the unidirectional conductivity of the dry rectifiers 74 to 77 does not allow the passage of the currents which would tend to develop under the influence of the potential differences brought into play.
It is no longer the same if the voltage imbalance between the armatures 3 & 4 is such that the potential of their common point 71 is greater than that of the socket 72 or lower than that of the socket 73. In the first case , a current will flow, starting from point 71, passing through resistor 78, the dry rectifier 77, the excitation winding 66, the dry rectifier 74 and arriving at the tap 72. In the latter case, the current leaving the pri - 73 will pass through the dry rectifier 76, the winding 66, the dry rectifier 75 and the resistor 78 to reach point 71. In both cases, the current flows through the winding 66 in the same direction, which will be that which allows the establishment of the current controlled by the magnetic amplifier 60.
Thus, the control device will be insensitive to small voltage imbalances between the two armatures 3 & 4, such as those resulting from small dissymmetries between the two motors 1 & 2. But, if one of the axles begins to slip, this axle accelerates and the voltage across the armature of the corresponding motor rises, while that across the inlet of the other motor decreases. As soon as the voltage imbalance reaches the value corresponding to the position of the taps 72 & 73 on the resistor 70, the winding 66 of the amplifier 60 is supplied. By the process which has been discussed, this effect causes a delay in the phase of the voltages applied to the control gates of the rectifier 18, and, consequently, a drop in the rectified voltage.
This results in a reduction in the engine torque which allows the grip of the wheels on the rail to resume.
Preferably, the time constants of the circuits of winding 66 and of the circuit of windings 39, 40, 48, & 49 will be given values small enough so that the decrease in the voltage applied to the motors is greater than the decrease. decrease in speed of the engine which has started to slip, the latter decrease being fixed by the inertia of the rotating parts and by the friction of the wheels on the rail. This will prevent premature resumption of engine torque, which could cause pumping of the control device.
It will be noted that, for the operation which has been described, that is to say the establishment of the control current in the winding 66, the time constant of the circuit of the latter is fixed by the self-induction coefficient of the coil 66, the own resistance of this coil, that of two of the dry rectifiers 74 to 77, the resistance 78 and the resistance 70.
When the slip has ceased and the equality between the voltages at the terminals of the armatures 3 & 4 of the two motors 1 & 2 has been appreciably re-established, the voltage given by the rectifier 18 does not instantly recover to its full value. Its restoration is done according to the time constants of the circuit of coils 39, 40, 48 & 49 and of. circuit of coil 66. But the time constant of circuit of coil 66, which occurs when the current flowing through it decreases, is greater than that which occurs when it increases. Indeed the current established in
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the coil 66 can be closed on itself by passing, on the one hand, through the two dry rectifiers 75 & 77, on the other hand, through the two dry rectifiers 74 & 76 and the part of the resistor 70 between the taken 72 & 73.
Its passage through resistance 78 and through the most important part of resistance 70 is avoided; since the self-induction coefficient of the coil 66 is generally quite large and the resistances then brought into play are relatively small, the time constant of the circuit is quite large.
As a result, the voltage drop order given to the rectifier only disappears gradually and relatively slowly, which is a favorable effect, since it avoids excessively sudden variations in the engine torque. This effect is favorable but is by no means essential, and resistor 78 could thus be moved and inserted into the unidirectional circuit of coil 66.
The diagram represented by FIG. 2 relates to an example of generalization of the arrangements of FIG. 1, when the rectifier supplies more than two motors connected in series.
In fig. 2, four traction motors 101a, 101b, 101c & 101d with series excitation, have their armatures 103a, 103b, 103c & 103d, as well as their inductors 105a, 105b, 105c & 105 d connected in series and are supplied by a rectifier with mercury vapor not shown which will be assumed to be identical to the rectifier 18 of FIG. 1. Pole 121 is connected to the cathode of the rectifier and pole 113 to the midpoint of the main secondary of a transformer, not shown, identical to transformer 9 of FIG. 1, an inductance similar to the inductor 26 of FIG. 1 can be inserted in the direct current circuit.
The rectifier control gates are supplied with an adjustable phase AC voltage by a device, not shown, identical to the device 28 of FIG. 1; the direct current, which makes it possible to adjust the phase of the voltages given by this device, will be supplied by an assembly, not shown, identical to that shown in FIG. l, that is to say by the combination of a transformer identical to transformer 53 and two dry rectifier bridges identical to bridges 57 & 58, the last being shunted by a resistor identical to resistor 59, a rheostat identical to rheostat 69 which can be inserted into the direct current circuit.
The alternating current for supplying the rectifier bridge identical to the bridge 58 is controlled by a magnetic amplifier 160, analogous to the amplifier 60 of FIG. 1. Amplifier 160 comprises two dry rectifiers 163 & 164, respectively connected in series with the two saturable inductors 161 & 162, each of these two inductors being traversed by one of the half-waves of the controlled alternating current. which supplies the bridge of rectifiers identical to the bridge 58 of FIG. 1.
Amplifier 160 has four direct current excitation windings 166a, 166b, 166c & 165, each of which embraces the two saturable magnetic circuits of inductors 161 & 162.
Winding 165 plays the same role as winding 65 of FIG. 1. It is powered by a direct current source 167, such as the locomotive battery, and the current flowing through it is limited by a resistor 168 to a value such that, if no current is flowing in one of the windings 166a, 166b or 166c, the AC current controlled by amplifier 160 is limited to a very low value.
A potentiometric resistor 170 is connected to the terminals of all four, armatures 103a, 103b, 103c & 103d. The three windings 166a, 166b & 166c are supplied, respectively: the winding 166a between the taps 172a & 173a and the point common 171a between the armatures 103a and 103b, through the dry rectifiers 174a to 177a; the winding 166b between the taps 172b and 173b and the common point 171b between the armatures 103b & 103C, through the dry rectifiers 174b to 177b; the winding 16 Se between the sockets 172c & 173c and be common point 171c between the armatures 103c & 103d, through the dry rectifiers 174c to 177c, if any
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Lement through the adjustment resistors 178a, 178b, & 178c.
The sockets 172a & 173a, 172b & 173b, 172c and 173c, preferably adjustable, are respectively arranged substantially symmetrically with respect to the points 179a, 179b & 179c, themselves respectively placed at quarter, half and three quarters resistor 170. As in the example of FIG. 1, the direction of the connections of the dry rectifiers is such as to prohibit the passage of a current under the influence of the potential differences existing between the taps of resistor 170.
The assembly of the dry rectifiers is the same as in the example shown in Fig. 1 and the explanations already given on this subject make it clear that, as long as the imbalances between the respective voltages at the terminals of the armatures 103a to 103d are less than a value fixed in advance by the position of the taps such as 172a & 173a, no current does not flow through any of the windings 166a, 166b & 166c and that if it initiates a slip, voltage imbalances exceeding the set value, one or more of the windings 166a, 166b or 166c will be energized.
By the process described in connection with the example of FIG. 1, the voltage supplied by the rectifier will be lowered rapidly and will only gradually recover after a sufficient balance between the voltages has been reestablished, that is, when the slip has ended.
Fig. 3 relates to an example of application of the invention to a rectifier supplying several traction motors connected in parallel.
The rectifier 218, assumed identical to the rectifier 18 of FIG.
1, comprises two anodes 219 & 220, supplied by a transformer, not shown, and which can be assumed to be identical to the transformer 9 of FIG. 1, possibly by means of a tap change switch not shown and such as 16 of FIG. 1. The control grids 222 & 223 respectively corresponding to the anodes 219 &220; are supplied with phase-adjustable alternating current by a device 228, the detail of which is not shown and which will be assumed to be identical to the set of saturable inductors with capacitance and resistors 28 in FIG. 1. This device 228 is itself supplied with alternating current by the network 224 of the auxiliary services of the locomotive.
The phase-adjusting variable direct current will be supplied by transformer 253 and dry rectifier bridges 257 & 258, its intensity being regulated by resistor 259, magnetic amplifier 260 and possibly by rheostat 269.
The description and operation of these elements are identical to those set out for the elements respectively identified at 53,57, 58, 59,60 & 69 in FIG. 1.
The excitation winding 265 of the amplifier 260 plays the same role as the corresponding winding referred to as 65 of FIG. 1; it is supplied with direct current from a direct current source 267, for example the accumulator battery of the locomotive, through the adjustment resistor 268, the direction and the intensity of this current being such that the alternating current controlled by amplifier 260 is close to its minimum when the second excitation winding, 266, is not carrying any current.
The traction motors, with series excitation, supposed to number three respectively referred to 201a, 201b & 201c, are supplied in parallel between the cathode 221 of the rectifier 218 and the midpoint 213 (not shown) of the main secondary of the transformer supplying the rectifier.
Their induced are respectively referred to by 203a, 203b & 203c. Their inductors 205a, 205b & 205c, respectively, can be supplied in one direction or the other by the set of direction reversers, respectively 225a, 225b & 225c. Each reversing inductor assembly 205a-225a, 205b-225b, 205c-225c, is shunted by a resistor, respectively 227a, 227b & 227c, provided so that the inductors are only traversed by one. relatively small fraction of the current component al-
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ternative of the rectified current.
In accordance with the invention, the common points, respectively 271a, 271b, 271c between each armature and the shunt resistance of the corresponding inductor, are connected to each other by means of dry rectifiers 274a, 274b & 274c and taps, preferably adjustable, 272a, 272b & 272c, made on the shunt resistors 227a, 227b & 227c, are also connected to each other via the dry rectifiers 275a, 275b & 275c. The directions of connection of dry rectifiers, such as 274a & 275a, are such that they oppose the flow of current which would tend to be established due to the potential difference existing between the resistor ends such as 271a and sockets such as 272a.
The excitation winding 266 of the magnetic amplifier 260 is fed between the common point between dry rectifiers 274a, 274b & 274e and the common point between dry rectifiers 275a, 275b & 275c, through a resistor 278. As in the examples. The direction of the connections of winding 266 will be such that the establishment of the unidirectional current which can pass through it will cause a rapid increase in the current controlled by amplifier 260.
If the currents flowing through the three motors 201a, 201b & 201c are equal, the voltage drops across resistors 227a, 227b & 227c are themselves equal to each other. The three points 271a, 271b & 271c are at the same potential. The three sockets 272a; 272b & 272c are also at a common potential, lower than the previous one. The winding 266 is not traversed by any current, because the direction of connection of the dry rectifiers 274a, 275a, 274b, 275b, 274c & 275c opposes it. It will be the same as long as the imbalance between the currents of the motors is small enough so that that of the three points 271a, 271b or 271c, the potential of which is the lowest, is nevertheless brought to a higher potential than that of the three sockets 272a, 272b or 272c with the highest potential.
If the axle corresponding to any one of the motors, 201a for example, starts to slip, that motor accelerates and the current passing through it decreases significantly. The potential of point 271a then drops below that of taps 272b & 272e and winding 266 is energized. By the process indicated in connection with the diagram shown in FIG. 1, the supply of the excitation winding 266 of the amplifier 260 causes a delay in the phase of the voltages applied to the gates 222 and 223 of the rectifier 218 and, consequently; a drop in rectified voltage. The drop in current and the resulting reduction in motor effort allow the grip of the wheels corresponding to the motor 20ia to be resumed and the slip ends.
As soon as the slip has ceased and the equality of the currents flowing through the motors is appreciably reestablished, winding 266 ceases to be energized and the rectified voltage returns to its original value, thus re-establishing full motor torque.
With the arrangements described, the drop in the rectified voltage and its reestablishment would take place with the same rapidity, determined by the time constant corresponding to the inductance of the winding 266, to its resistance 278. One can obtain a much slower recovery of the voltage, by bypassing the winding 266 by a dry rectifier 276 connected in such a way that it does not pass any branch of the supply current of the coil 266. The dry rectifier 276 has no effect during the establishment of current in the coil 266, that is to say during the drop in the rectified tehsion.
On the other hand, when the slipping having ceased, the equality of the currents absorbed by the motors has been reestablished and the supply voltage of the coil 266 has disappeared, the current established in the latter can be closed again through the dry rectifier 276 and the disappearance of this current will take place substantially with the time constant inherent in the coil 266, much greater than that which occurred during the establishment of the current. A rapid drop in voltage and a relatively slow rise can therefore be obtained, as is desirable.
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The arrangements described according to fig. 1 2 & 3, were only used as examples, they were chosen only because they lent themselves to simple presentations allowing a good understanding of the invention of which they do not indicate. as embodiments.
Other arrangements can be used without departing from the scope of the invention. Thus, the device for supplying the control grids shown at 28 in Fig. 1 and which was assumed to be also used in the other two examples, could be replaced by any other device providing variable phase voltages, these phases being dependent on an adjustment current, either directly or through any intermediate, electric or electromechanical.
The mode of action of amplifiers, such as 60, on devices such as 28, could be other than that which has been described; in particular, it would be necessary to use another mode of action if the device
28 was replaced by another device providing variable phase voltages
The invention is moreover not limited to the use of magnetic amplifiers such as 60. Any other amplification system, magnetic or not, would be equally suitable. It is also possible to make the device sensitive to the imbalance between currents or voltages act directly on the variable phase voltage generators, without the intermediary of an amplifier.
Likewise, the invention is not limited to the methods indicated for making the assembly insensitive to small imbalances between currents or voltages.
Thus, fig. 4 relates to a variant of the intention applied, as in the case of fig. 1, to a rectifier supplying two motors connected in series.
In this Fig. 4, 303 & 304 denote the armatures of the two motors connected in series, the inductors of which are not shown. The positive pole 321 is connected to the cathode of the rectifier (not shown), possibly through an inductor, and the point 313 is connected to the midpoint of the secondary of the transformer, through the reverser of the direction of operation (not shown). ) similar to the inverter 25 of FIG. 1, and the series inductors (also not shown). A potentiometric resistance 370 is mounted as a shunt on the two armatures 303 & 304, between the two points 321 & 313.
The dry rectifier bridge 358 is supplied between the midpoint 379 of the resistor 370 and the common point 371 between the two armatures 303 & 304 and a resistor, preferably adjustable, 359 is connected in shunt on the rectifier bridge 358. The dry rectifier bridge 357 is supplied with alternating current by the secondary 355 of the transformer 353, the primary 354 of which is connected to the network 324 of the auxiliaries of the locomotive.
The secondary 355 will preferably include taps such as 380 allowing its voltage to be varied. The rectifier bridge 357 will preferably be shunted by a large capacity filter capacitor 381, for example an electrochemical capacitor.
The rectifier gates, not shown, are supplied at 322 & 323 with an adjustable phase alternating voltage, by means of a device 328, the detail of which, not shown, is identical to that of the device 28 of FIG. 1. The direct saturation current, the value of which determines the phase of the alternating voltages given by the device 328, is supplied and regulated by the two rectifier bridges 357 & 358, possibly through a regulating rheostat 369.
If the voltages across the two armatures 303 & 304 are equal, the rectifier bridge 358 is not supplied, the value of the direct current in the saturation windings of the device 328 is determined by the rectified voltage across the rectifier bridge 357 (itself determined by the socket, such as 380 of the secondary 355 to which the supply of the bridge 357 is connected), by the value of resistor 359 and, optionally,
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by rheostat 369.
Mor: the end is set, as was explained in connection with the assembly shown in Fig. 1, so that the phase of the alternating voltages applied to the control gates is a little ahead of the anode voltages, and the rectifier operates at the rectified maximum voltage corresponding to the value of the alternating voltage applied to the anodes .
The voltage across the rectifier bridge 358 is then equal to the ohmic drop in resistor 359 and it is applied to the dry rectifiers which constitute it in the opposite direction to that which corresponds to their conductivity. If there appears a small difference between the voltages at the terminals of the two armatures 303 & 304, the difference between these voltages appears between the points 379 & 371 and it is applied to the supply terminals of the bridge 358; it will not produce any effect as long as that it will be lower than the voltage across resistor 359 and the direct current setting of device 328 will not be modified.
If the imbalance of the voltages in the two armatures 303 & 304 increases and out of phase the value of the voltage across resistor 359 which will occur during large imbalances resulting from slippage, the rectifier bridge 358 will begin to shift. debit and, by the process set forth in connection with the assembly of FIG. 1, will cause the DC control current of the device 328 to decrease and, correspondingly, the lagging phase shift of the gate voltages and the voltage drop of the rectifier. As soon as the slipping has ceased, the balance of the voltages at the terminals of the two armatures is substantially reestablished, the bridge 358 ceases to be supplied or is no longer supplied except by an insufficient voltage. The adjustment course of the device 328, the phase of the gate voltages and the voltage supplied by the rectifier return to their original value.
It should be noted that in the case of the assembly of fig. 4, the voltage drop and re-establishment take place with the same time constant.
It is possible to act on the degree of insensitivity of the assembly to small imbalances, by modifying the voltage at the terminals of resistor 359, that is to say by modifying the value of this resistance and by choosing the suitable socket, among the sockets such as 380 from secondary 355, to keep the current setting at a correct value
Insensitivity, or very low sensitivity to small imbalances, can also be obtained by other means, without departing from the scope of the invention.
For example, the desirable result would be obtained, in fig. 1, by connecting the two dry rectifiers 74 & 76, no longer to two separate taps 72 & 73 of the resistor 70, but at its midpoint 79 and replaced by it. - Overcoming the resistor 73 with a resistor with a non-linear characteristic, the resistance value of which, very high when the voltage applied to it is low, decreases very rapidly when this same voltage rises.
Such resistances can be obtained, for example, by building them up with the material known as "Thyrite"; such resistances can also be obtained by using dry rectifier elements, it will be noted, in particular, that the specific characteristics of dry rectifiers 74, 75, 76 & 77 of FIG. 1 would suffice, by themselves, to give a certain insensitivity to the assembly, even in the case where the three points 72, 73 & 79 are confused.
It should be noted that the insensitivity to small imbalances, a condition carried out in the assemblies shown in FIGS. 1, 2, 3, & 4, is only a convenience which allows the use of motors whose characteristics are not absolutely identical. If precautions are taken so that the characteristics of the motors are comparable with each other, insensitivity to small imbalances is no longer necessary. It should, moreover, be clearly understood that simplified assemblies exhibiting only very little, or even no, insensitivity to low imbalances, come within the scope of the invention.
Although, in the examples described, only one polyanodic rectifier was used, the invention is applicable with several rectifiers, of any type, polyanodic.
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The monoanode rectifiers can be, for example, of the type where the cathode spot is maintained permanently and where the control of the arc is made by control grids, They can also be of other types and in particular types where the cathode spot is initiated synchronously, such as the tubes known as ignitronso
In the latter case, the assemblies described must be modified, by replacing devices such as 28, giving variable phase voltages applied to the rectifier control gates, by devices supplying the starting electrodes with current pulses, relatively short and intense, occurring at varying times during the period.
Such a modification is immediate by the simple use of the known technique of the rectifiers in question. Finally, the invention is also applicable with hot cathode rectifiers, rectifiers in which the gas or vapor which can be set is other than mercury vapor and, in general, with ionic rectifiers of all types.