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Linvention est relative à une locomotive à convertisseur com- portant des moteurs de traction triphasés, alimentés, par l'entremise d'un convertisseur de phase et de fréquence, depuis une ligne de contact mono- phasée,notamment à fréquence industrielle.
L9invention vise à réaliser, dans de telles locomotives à con- vertisseur, une séparation nette entre les systèmes monophasé et polyphasé, cela sans frais supplémentaires et en utilisant un alternateur synchrone pour le convertisseur et des moteurs triphasés pour l'entrainement du véhi- cule. L'invention vise en outre à faire en sorte que le couple de démarra- ge des moteurs de traction puisse être élevé d'une manière aussi simple que possibleo Selon l'invention, ces objectifs sont réalisés grâce au fait que la tension triphasée est recueillie à partir d'une machine synchrone comportant deux corps rotatifs concentriques.
Linvention sera exposée d'une manière plus détaillée en se ré- férant aux dessins annexés dont les figures 1 et 2 représentent schémati- quement deux exemples de réalisation de la disposition selon l'invention.
Dans la figure 1, la référence 1 désigne un moteur monophasé, constitué avantageusement par un moteur synchrone et alimenté, à travers le transformateur 2 de la locomotive, depuis la ligne de contact monopha- sée 3 à 50 périodes. Le rotor du moteur monophasé 1 est muni d'un bobinage d'amortisseur 4 et d'un bobinage d'excitation à courant continu 5, ce dernier bobinage étant alimenté depuis le secteur de courant continu 6, par l'intermediaire de bagues collectrices. Il y a lieu.de prévoir en outre une machine synchrone comportant deux corps ou éléments tournant concentriquement 7, 8, c'est-à-dire un rotor extérieur et un rotor intérieur. Le moteur monophasé 1 commande d'une part le rotor intérieur 8 et d'autre part, par l'intermédiaire d'un mécanisme de commande, le rotor extérieur 7, de la machine synchrone.
Le mécanisme de commande consiste avantageusement en un système Ward-Leonard composé d'une génératrice à courant continu 9 et d'un moteur à courant continu 10. Au lieu d'un système Ward-Leonard, on peut employer par exemple une transmission hydraulique. Dans le cas d'un système Ward-Leonard, la génératrice 9 est couplée mécaniquement au rotor du moteur monophasé 1, tandis que le moteur à courant continu 10 est couplé mécaniquement au rotor extérieur 7 de la machine synchrone. Ce dernier rotor porte une bobinage triphasé 11 qui fournit, au moyen de bagues collectrices 12, la tension triphasée pour les moteurs de traction 13, établis comme moteurs asynchrones.
L'élément rotatif extérieur 7 de la machine synchrone peut être entraîné., à l'aide du moteur à courant continu 10 en montage WardLeonard, dans le même sens que le rotor intérieur 8 ou dans le sens opposé, de sorte que l'on peut recueillir aux bagues collectrices 12 une fréquence réglable de 0 à 100 périodes pour l'alimentation des moteurs de traction 13. Le réglage des moteurs de traction, notamment aux faibles vitesses, de préférence pendant le démarrage, s'opère en modifiant le courant d'excitation du bobinage d'excitation à courant continu 16 de la machine syn- chrone à l'aide d'un rhéostat 14.
En effet, si, aux fréquences peu élevées, la tension venait à diminuer avec la fréquence, les moteurs fourniraient un effort insuffisant; comme on le sait, aux basses fréquences, la tension du moteur de traction ne devrait pas être réduite proportionnellement à la fréquence et, d9autre part, on doit disposer d'un couple de démarrage particulièrement élevé. Cette élévation relative de la tension aux fréquences peu élevées peut être réalisée par exemple automatiquement, conjointement avec le réglage de la fréquence.. Le facteur de puissance de la locomotive est influencé par une modification de l'excitation en courant continu 5 du moteur monophasé, à l'aide du rhéostat 15.
Dans la disposition décrite ci-dessus, le moteur monophasé est établi comme moteur synchrone, ce qui permet de réaliser un facteur de puis-
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sance favorable, de 1 par exemple. Par contre, on doit dans ce cas acèepter l'inconvénient qui consiste en ce que l'installation devient beaucoup plus sensible aux interruptions de courant dans le fil de contact que lorsque le moteur monophasé est une machine synchrone. Il peut donc être désirable, dans certaines conditions, d'établir le moteur monophasé comme machine asynchrone. En raison de la caractéristique shunt des moteurs de traction,la charge risquerait de se répartir d'une façon non uniforme sur les moteurs de traction dans le cas où les bandes de roulement des roues auraient subi une usure inégale.
Pour éviter cet inconvénient, on peut subdiviser la machine synchrone 7., 8 en plusieurs machines identiques et affecter à ces machines fractionnelles des moteurs de traction individuels ou des groupes de ces moteurs. Dans ce cas,les vitesses de rotation des rotors extérieurs des différentes machines synchrones doivent être calculées de telle façon que les charges des moteurs de traction deviennent à nouveau identiques. Lorsque le moteur 1 est à pôles réversibles, à savoir, de façon que les nombres de pôles sont au moins approximativement proportionnels aux fréquences du secteur, la locomotive peut sans difficulté circuler avec une alimentation 16 2/3 périodes, c'est-à-dire, elle peut circuler sur des réseaux alimentés en fréquences différentes.
La Figure 2 représente une forme de réalisation simplifiée de l'invention, où les deux machines du convertisseur de phase et de fréquence sont combinées en une seule machine. Cette machine comprend trois corps de machine concentriques, dont l'un est stationnaire, tandis que les deux autres sont montés à rotation. Sur le corps fixe extérieur 20 est disposé le bobinage monophasé 21, relié au fil de contact 3 à travers le transformateur 2. A l'intérieur du corps de stator 20 se trouvent les deux éléments rotatifs 22,23, disposés d'une manière concentrique. Le rotor 22 correspond au rotor du moteur monophasé 1 de la figure 1 et comporte également un enroulement d'amortisseur 24 destiné à annuler le champ tournant inverse, ainsi qu'un bobinage d'excitation à courant continu 25.
L'élément 22 entraîne,par l'intermédiaire d'un système Ward-Leonard, composé de la génératrice à courant continu 26 et du moteur à courant continu 27, l'au- tre élément de machine rotatif 23, qui porte le bobinage triphasé 28 alimentant les moteurs de traction 13 par l'entremise des bagues collectrices 12.
Le fonctionnement de cette dernière disposition est analogue à celui de la Fig. 1. Ici également, le rotor 22, lequel est accouplé mécaniquement au moteur à courant continu 27, est réglé dans un montage WardLeonard, afin de fournir la fréquence appropriée en vue de l'alimentation des moteurs de traction. Le facteur de puissance du convertisseur est ré- glé en modifiant le courant dans le bobinage d'excitation à courant continu 25 de l'élément rotatif 22,à savoir, à l'aide du rhéostat 15, tandis que le réglage requis des moteurs de traction, notamment au moment du démarrage, est réalisé par des prélèvements d'une tension appropriée à partir du transformateur 2 de la locomotive.
Le convertisseur selon la Figure 2 peut être aisément établi de telle façon que l'élément fixe 20 se trouve à l'intérieur et que les éléments rotatifs 22,23 constituent des rotors concentriques extérieurs à ce premier élément. De même, dans la machine synchrone 7 de la figure 1, on peut intervertir les rôles des rotors extérieur et intérieur, de telle façon que le bobinage triphasé 11 se situe à l'intérieur et le bobinage d'excitation à courant continu 16, à l'extérieur. De telles intervèntions et d'autres, semblables, ne modifient en rien l'essentiel de l'invention.
REVENDICATIONS.
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The invention relates to a converter locomotive comprising three-phase traction motors supplied, by means of a phase and frequency converter, from a single-phase contact line, in particular at industrial frequency.
The invention aims to achieve, in such converter locomotives, a clear separation between single-phase and polyphase systems at no additional cost and by using a synchronous alternator for the converter and three-phase motors for driving the vehicle. The invention further aims to ensure that the starting torque of traction motors can be raised as simply as possible. According to the invention, these objectives are achieved by virtue of the fact that the three-phase voltage is collected. from a synchronous machine comprising two concentric rotating bodies.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings of which Figures 1 and 2 schematically represent two embodiments of the arrangement according to the invention.
In FIG. 1, the reference 1 designates a single-phase motor, advantageously constituted by a synchronous motor and supplied, through the transformer 2 of the locomotive, from the single-phase contact line 3 to 50 periods. The rotor of the single-phase motor 1 is provided with a damper coil 4 and a direct current excitation coil 5, the latter coil being supplied from the direct current sector 6, via slip rings. It is appropriate to further provide a synchronous machine comprising two bodies or concentrically rotating elements 7, 8, that is to say an outer rotor and an inner rotor. The single-phase motor 1 controls on the one hand the inner rotor 8 and on the other hand, by means of a control mechanism, the outer rotor 7, of the synchronous machine.
The control mechanism advantageously consists of a Ward-Leonard system composed of a DC generator 9 and a DC motor 10. Instead of a Ward-Leonard system, for example, a hydraulic transmission can be used. In the case of a Ward-Leonard system, the generator 9 is mechanically coupled to the rotor of the single-phase motor 1, while the DC motor 10 is mechanically coupled to the outer rotor 7 of the synchronous machine. The latter rotor carries a three-phase winding 11 which supplies, by means of slip rings 12, the three-phase voltage for the traction motors 13, established as asynchronous motors.
The outer rotary element 7 of the synchronous machine can be driven., Using the DC motor 10 in WardLeonard assembly, in the same direction as the inner rotor 8 or in the opposite direction, so that one can collect at the slip rings 12 an adjustable frequency from 0 to 100 periods for supplying the traction motors 13. The adjustment of the traction motors, in particular at low speeds, preferably during starting, is effected by modifying the current d excitation of the direct current excitation winding 16 of the synchronous machine using a rheostat 14.
Indeed, if, at low frequencies, the voltage were to decrease with the frequency, the motors would provide insufficient force; as is known, at low frequencies the tension of the traction motor should not be reduced in proportion to the frequency and, on the other hand, a particularly high starting torque must be available. This relative voltage rise at low frequencies can be achieved for example automatically, together with the frequency adjustment. The power factor of the locomotive is influenced by a change in the DC excitation of the single phase motor, using the rheostat 15.
In the arrangement described above, the single-phase motor is established as a synchronous motor, which makes it possible to realize a power factor
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favorable session, of 1 for example. On the other hand, we must in this case accept the drawback which consists in that the installation becomes much more sensitive to current interruptions in the contact wire than when the single-phase motor is a synchronous machine. It may therefore be desirable, under certain conditions, to establish the single-phase motor as an asynchronous machine. Due to the shunt characteristic of traction motors, the load could be distributed unevenly on the traction motors if the treads of the wheels have been subjected to uneven wear.
To avoid this drawback, the synchronous machine 7, 8 can be subdivided into several identical machines and assigned to these fractional machines individual traction motors or groups of these motors. In this case, the rotational speeds of the outer rotors of the different synchronous machines must be calculated in such a way that the loads of the traction motors again become identical. When the motor 1 is poles reversible, i.e., so that the numbers of poles are at least approximately proportional to the mains frequencies, the locomotive can easily run with a 16 2/3 period power supply, i.e. say, it can circulate on networks supplied at different frequencies.
Figure 2 shows a simplified embodiment of the invention, where the two machines of the phase and frequency converter are combined into one machine. This machine comprises three concentric machine bodies, one of which is stationary, while the other two are mounted for rotation. On the outer fixed body 20 is arranged the single-phase winding 21, connected to the contact wire 3 through the transformer 2. Inside the stator body 20 are the two rotating elements 22,23, arranged in a concentric manner. . The rotor 22 corresponds to the rotor of the single-phase motor 1 of FIG. 1 and also comprises a damper winding 24 intended to cancel the reverse rotating field, as well as a direct current excitation winding 25.
The element 22 drives, via a Ward-Leonard system, composed of the direct current generator 26 and the direct current motor 27, the other rotary machine element 23, which carries the three-phase winding. 28 supplying the traction motors 13 via the slip rings 12.
The operation of the latter arrangement is similar to that of FIG. 1. Here also, the rotor 22, which is mechanically coupled to the DC motor 27, is set in a WardLeonard assembly, in order to provide the appropriate frequency for supplying the traction motors. The power factor of the converter is adjusted by changing the current in the DC field winding 25 of the rotary member 22, namely, by means of the rheostat 15, while the required adjustment of the control motors. traction, in particular at the time of starting, is carried out by taking an appropriate voltage from the transformer 2 of the locomotive.
The converter according to Figure 2 can be easily established such that the fixed element 20 is inside and the rotating elements 22,23 constitute concentric rotors external to this first element. Likewise, in the synchronous machine 7 of FIG. 1, the roles of the outer and inner rotors can be reversed, so that the three-phase winding 11 is located inside and the DC excitation winding 16, to outside. Such interventions and others, similar, in no way modify the essence of the invention.
CLAIMS.
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