Installation de freinage électrique des véhicules à traction électrique. Il est connu que pour le freinage des véhicules à traction électrique, on a déjà pro posé d'employer le courant engendré par les moteurs de propulsion, isolés de la. ligne d'alimentation et fonctionnant, en généra teurs, par action de la force vive @du train, ce courant parcourant des résistances reliées aux bornes des moteurs.
On a aussi proposé .d'utiliser les courants ainsi engendrés pour .actionner ides freins électromagnétiques agissant mécaniquement sur des parties tournantes ,des véhicules, -ou bien pour ajouter à l'adhérence naturelle, une adhérence magnétique supplémentaire vers les rails.
Ces dispositions présentent -l'inconvénient considérable, que quelles que soient les dis positions et les connexions .des moteurs, l'ac tion freinante -des courants .électriques ainsi engendrés, tombe rapidement de faon cor respon,dante avec la diminution de la vitesse glu train, car la tension engendrée par les moteurs tombe rapidement. Il en résulte que, lorsque la vitesse est encore assez grande, ladite action freinante devient pratiquement négligeable.
Ceci rend nécessaire l'emp oi des freins mécaniques, ou continus, d'autres types, afin @de compléter le freinage; cependant, même pour obtenir ledit freinage incomplet, on assujettit les mo teurs à -des sollicitations électriques et mé caniques excessives.
Il faut, en outre, observer que l'adoption ,du frein .auxiliaire, continu ou mécanique, peut rendre inactif le freinage électrique, si à l'aide dudit frein on bloque les roues dans un moment de -danger et si le train commence à .glisser.
La présente invention a pour objet une installation ide freinage électrique -des véhi- cu7les à traction électrique, dans :laquelle les moteurs de traction sont utilisés pour pro duire l'énergie de freinage.
Cette installa tion est caractérisée par un dynamoteur dis posé entre les moteurs de traction et un dis positif de freinage .de manière à recevoir le courant engendré par les moteurs lorsque ceux-,ci sont isolés de leurs .lignes (Valimenta- tion et tournent par l'action -de la force vive du véhicule et à .alimenter en courant le .dis positif de freinage, l'induit -du dynamflteur comprenant au moins deux enroulements Mo teurs reliés entre eux,
et la liaison des mo teurs -de traction avec l'induit .du dynarmo- teur étant telle qu'on peut mettre en circuit un ou plusieurs de ces enroulements.
Le changement .des connexions peut, par exemple, être effectué à l'aide de contacts mobiles et de contacts fixes disposés dans un controller de marche, et qui pourront éven- tuellement coïncider avec les contacts pro pres à assurer aussi 'les manoeuvres -de ré glage de vitesse -du véhicule électro-moteur.- Afin de diminuer les accroissements brusques dudit -courant au commencement du freinage et des variations successives,
on peut employer un dispositif propre à insé rer et désinsérer automatiquement des résis tances additionnelles, prévues à ce but. Ce dispositif est mis en mouvement à l'aide d'un relais électromagnétique différentiel pourvu .d'un enroulement voltm.étrique agis sant en opposition d'un autre enroulement qui est inséré dans le circuit -d'induit des moteurs.
Afin d'éliminer les saccades ,dangereuses et ennuyeuses qui sont produites par les in terruptions et par les inversions idu courant -dans les moteurs, pendant les manoeuvres de mise en marche et de freinage, on peut em ployer des résistances auxiliaires couvena- blement .disposées.
Ces résistances pourront être reliées par une ,de leurs extrémités avec l'un des pôles de chaque moteur et par l'au tre avec un commutateur disposé et fonction nant -de manière à fermer, pendant le mo ment où le controller accompli @la @eommuta- tion d'un premier circuit à un deuxième cir cuit, Vu:n ide ees deux circuits.
Le ,dessin annexé représente, à titre d'exemple, ,deux formes d'exécution .de l'ob jet de l'invention.
Les fig. 1 à 6 représentent la première forme d'exécution et montrent les schémas .d'insertion de deux moteurs de traction re liés en série ou bien en parallèle entre les différents enroulements moteurs de l'induit idu dynamoteur; Fig. 7 représente le schéma avec les mo teurs non insérés; Fig. 8 représente :le .même schéma pourvu d'un dispositif de réglage automatique;
Fig. 9 représente un appareil propre à réaliser le réglage suivant le dispositif re présenté en fig. 8; Fig. 10 représente la deuxième forme d'exécution et montre le schéma d'insertion de deux moteurs, -dans lequel sont employées les résistances .auxiliaires amortissant les sac cades; Fig. 11 à 35 représentent les circuits principaux dans les diverses phases de la commutation, suivant la deuxième forme d'exécution.
Dans tous les schémas de l'installation représentée, on suppose avoir .deux moteurs de traction à excitation compound 1, 2, re- liables entre eux en série ou en parallèle et entre ,divers enroulements d'induit moteurs d'un ou plusieurs dynamoteurs, ces enroule ments étant reliés entre eux.
Dans l'exem ple représenté, on a montré deux de ces en roulements qui .peuvent être disposés tous deux sur l'induit d'un dynamoteur et qui présentent trois bornes de prise 3, 4 et 5 qui subdivisent la tension de ligne de façon qu'entre 3 et 4 on ait le quart de la tension .de ligne et entre 4 et 5 les trois quarts de ladite tension.
Entre les .deux bernes 3 et 4 est inséré un dispositif -de freinage électromagnétique, qui est représenté schématiquement par un simple rhéostat 6, mais qui pourrait être constitué par un dispositif de tout autre genre.
Entre le dispositif susdit et le dyna- moteur est inséré un interrupteur 7, qui, peut être commandé à la .main ou bien à l'aide d'un relais fonctionnant directement, ou automatiquement. Cet interrupteur est relié à l'interrupteur principal 8 .de manière que l'ouverture de celui-,ci provoque la fer- ineture de l'interrupteur 7 et réciproque ment.
Les moteurs de traction 1, 2 peuvent être reliés entre eux et au dynamoteur suivant un quelconque des six moles représentés respectivement par les schémas des fib. 1 à fi, ou bien ils peuvent en être isolés comme représenté en fig. 7.
La commutation relative peut être effec tuée à l'aide d'un controller de type quel conque, pourvu de contacts fixes et de con tacts mobiles, comme tous les controller -de marche connus et employés dans la traction électrique. Ce controller peut être combiné et assemblé avec le controller de marche -du véhicule.
Supposons que l'on se trouve dans la po sition représentée par la fig. 1 où .les mo teurs, reliés en parallèle, sont alimentés à la tension maximum de la ligne, et l'interrup teur principal 8 est fermé sur la ligne de contact.
Pour passer au freinage, il suffit de pla cer l'interrupteur principal -de la position indiquée en traits pleins à celle représentée en ligne pointillée; par cette manoeuvre, l'in terrupteur 7 se ferme. Le circuit @de frei nage 6 et alimenté par la tension qui s'éta blit entre les :bornes 3 et 4, grâce .aux cou- rants engendrés par les moteurs et envoyés au dy namoteur de manière à commencer son action freinante.
En même temps s'effectue un ralentissement des ,moteurs et, par consé quent, .du dynamoteur.
Tant qu'on reste ,dans -la position repré sentée en fig. 1, le ralentissement augmente en produisant une diminution de tous les courants, et, par conséquent, aussi du cou rant qui alimente le dispositif de freinage 6, jusqu'à l'annulement de l'action freinante. A ce point, on effectue le passage ,du schéma de<B>la</B> fig. 1. à celui de la. fig. 2 où les deux moteurs, entre eux en parallèle, sont dérivés entre les bornes 4 et 5.
Maintenant, à la force électromotrice ré sultant de la vitesse acquise, s'oppose seule ment la force électromotrice existante entre 4. et 5. Ceci provoque une augmentation de la vitesse @du dynamoteur et, par conséquent, aussi une augmentation de ,la force électro motrice entre 3 et 4. Cette force électro motrice, qui alimente le dispositif de frei nage 6, en augmentant, rend plus intense l'ac tion freinante.
Cette condition dure pendant le ralentissement subséquent des -moteurs et du dynamoteur, après quoi on passe des con nexions représentées en fig. 2 à celles repré sentées en fi-g. 3 pour répéter .les phénomènes précédemment décrits.
En faisant varier successivement ainsi les connexions jusqu'à. arriver au schéma repré senté par la fig. 6, on obtient -des vitesses décroissantes des moteurs, tandis que le dynamoteur, à -chaque changement, subit une accélération momentanée, de manière que, lorsqu'on passe du schéma de la fig. 6 à celui de la fig. 7, la vitesse résiduelle du dynamoteur est beaucoup moins diminuée que celle des moteurs.
De cette façon, même si le véhicule n'est pas complètement arrêté, l'énergie cinétique résiduelle du dynamoteur peut donner .au dispositif 6 un courant suf fisant pour .arrêter et maintenir à l'arrêt pendant quelque temps, le véhicule, même s'il se trouve sur une section ayant une cer taine déclivité.
Le freinage peut commencer en corres pondance d'une quelconque des connexions des moteurs représentées en fig. 2 à 6; on répétera, évidemment, le fonctionnement dé crit, en partant dudit schéma et en passant par tous les suivants jusqu'au schéma 7.
<B>Il</B> faut ,considérer que, chaque fois qu'on passe -d'un schéma à un autre, les accroisse ments brusques de courant qui se produisent dans les moteurs sont immédiatement com muniqués au circuit :du frein, car ils se transforment avant tout en un certain ac croissement de la force vive du dyn@amoteur qui acquiert ainsi la fonction d'un intermé- ili.airn électrique amortisseur -des sollicitations cur le frein.
Toutefois, et surtout dans les manceu- vres très rapides, lesdites oscillations peu vent rester encore excessives; la disposition auxiliaire qu'on va décrire, et qui est repré- sentée en fig. 8 peut ,permettre d'éliminer ce danger.
En série avec chaque moteur est prévue, dans cette disposition, une résistance addi tionnelle 9 qui peut être insérée au moment voulu, à l'aide d'un relais à action différen- tiélle, constitué par un conjoncteur 10 soli daire -de -deux armatures mobiles telles que<B>l</B> 1.
Ces armatures sont sollicitées en sens opposé, l'une par un électro-aimant à bobine volt- métrique 12 et l'autre par un électro-aimant à bobine ampèremétrique 18 parcouru par le courant d'armature du moteur respectif. Ce relais doit être disposé de telle façon que la résistance additionnelle 9 soit insérée cha que fois que le courant d'armature -dépasse une valeur limite déterminée, tandis qu'elle est court-circuitée aussitôt que le courant descend au,dessous de ladite valeur limite.
(Suivant .la fig. 9, les armatures 11 sont montées sur Vaxe tournant 14, duquel- est solidaire le conjoncteur 10. Elles sont dis posées entre les pôles @de deux électro aimants à .action différentielle 12, 18<B>sus-</B> dits. Lesdites .armatures présentent -des fa ces cylindriques 16 et 17 qui laissent un entrefer minimum par rapport aux surfaces des pièces polaires<B>18,</B> 19. .
Le développement périphérique desdites faces cylindriques est à peu près égal à la course -de rotation -de l'arm.atuië et laisse dé couverte une portion considérable des pièces polaires, même -lorsque l'anfnature est com plètement attirée.
Ladite armature présente, en .outre, deux ailettes radiales 20, 21, dis posées en correspondance -de deux surfaces radiales des ,pièces- polaires et qui forment avec elles un entrefer variable. Les actions magnétiques dues aux faces -cylindriques sont très considérables et constantes pendant toute<B>là</B> course des armatüre"s, si les dimen sions sont suffisantes pour empêcher la sa turation du fer en toute position. Les ac tions sur les ailettes,
au contraire, augmen tent rapidement dès que l'armature s'ap proche de l'électro-aimant, de .manière à in tensifier pendant le @mouvement -de l'arma- ture, l'action différentielle prévalente, en assurant la stabilité du mouvement.
L'action directrice -de faut le dispositif peut être obtenue par son propre poids, ou bien par des ressorts .appropriés qui tendent à maintenir ouverts les contacts -du conjon- teur 10 dans la position de repos.
Pendant le fonctionnement,, lorsqu'on interrompt le circuit de la bobine voltmétrique, le contact est interrompu par effet de ,ladite action di rectrice. L'ouverture est .accélérée par l'ac tion simultanée du courant dans la bobine ampèremétrique. Le fonctionnement est évi dent:
dans chacune des six positions repré sentées en fig. 1 à 6, la bobine voltmétrique est parcourue par le courant, avais pendant les passages d'une position à une autre, ledit courant est interrompu.
Le relais s'ouvre par effet @de l'action directrice et .du courant éventuel dans la bobine ampèremétrique, mais lorsque .la nouvelle connexion est éta: blie, la bobine voltmétrique reçoit de nou veau le courant. Cependant les contacts du relais se ferment seulement lorsque l'action de l'électro-aimant voltmétrique devient pré- valente, après que .le courant dans l'électro aimant ampèremétrique a diminué suffisam ment.
Les contacts propres à faire varier la commutation des moteurs sur différents points de prise, comme on a -dit précédem ment, peuvent aussi coïncider avec les con tacts qui effectuent les commutations ana logues propres à effectuer le démarrage et le réglage de la marche .des moteurs. Un même controller pourra donc être employé dans les deux buts et il permettra -de régler la mar che, ou bien le freinage, suivant que l'inter rupteur principal 8 sera fermé ou ouvert et que l'interrupteur 7 sera correspondamment ouvert ou bien fermé.
Cette disposition permet .d'atteindre une grande sûreté dans l'opération de freinage urgent, car l'opérateur ne devra faire au cune opération différente -des opérations ha bituelles qu'il effectue pour l'arrêt ordinaire du train. Il devra seulement -commander d'abord l'ouverture de .l'interrupteur principal 8, qui pourra .ainsi s'effectuer automatiquement de plusieurs façons.
En outre, ladite disposi tion pourra être directement employée pour effectuer le freinage normal afin d'arrêter le véhicule, après les manoeuvres nécessaires de ralentissement graduel, sans devoir re courir à des freins spéciaux. Il suffit de disposer dans le controller des contacts ap propriés, reliés respectivement au circuit freinant et au :dynamotenr. Ces contacts doivent être disposés de manière à se fermer lorsqu'on effectue la man#uvre .de passage du schéma .de la fig. 6 à celui -de la fig. 7.
Suivant ce dernier schéma, l'interrupteur 7 reste ouvert, tandis que l'interrupteur 8 est fermé et les moteurs sont mis hors-circuit. La fermeture du circuit freinant 6 sur le dynamoteur, commandé par le controller, produit une action freinante, tout en lais sant ouvert :l'interrupteur 7.
Dans le schéma représenté par la. fig. 10 sont placés les dispositifs propres à éliminer les interruptions et les inversions @du courant dans les moteurs pendant les commutations. Dans ce schéma sont supprimés tous les or ganes et appareils n'ayant pas une relation directe avec cette .disposition spéciale, en vue d'obtenir toute la clarté possible.
Dans le cas présent, les deux moteurs llh, Mz sont commandés à l'aide .du con- troller C relié avec le dynamoteur à trois enroulements<I>Dl,</I> D2, D3, dont les tensions sont supposées proportionnelles à 1 : 2 : 8, ee dynamoteur étant inséré entre le trolley <I>T</I> et la terre<I>t.</I>
Deux couples de résistances auxiliaires r,. r. et rz, r4 (pouvant être inductives ou non) sont convenablement reliées au control- IPr C et aux moteurs Ml, MZ et deux résis tances additionnelles Rl, Bg peuvent être court-circuitées à l'aide d'un relais différen tiel r pourvu @de -deux électro-aimants,
l'un à bobine ampèremétrique et l'autre à bobine voltmétriqueagissant en opposition entre eux. Ces résistances-auxiliaires sont arrangées. de manière à permettre la fermeture momen tanée du circuit subséquent pendant le dé marrage, un instant avant que le circuit pré cédent soit interrompu, et, par conséquent, à conserver un instant le circuit, pendant le freinage, ,au moment pendant .lequel le cir cuit T n'est pas encore fermé. Mais natu rellement ;lesdites résistances pourraient être disposées de la manière inverse.
Le seul ré glage @du courant dans les moteurs obtenus à l'aide d'appareils automatiques court- circuitant les résistances .additionneliles ne per met pas d'él.iminercomplètement toutes les saccades ennuyeuses et nuisibles à la abonne conservation du matériel roulant.
Lesdites saccades sont essentiellement produites par les brusques interruptions du courant dans les armatures -des moteurs correspondants aux passages d'une tension -d'alimentation à l'autre, soit pendant le démarrage, comme dans le freinage, ce qui provoque le désenga gement .du pignon de la roue dentée corres pondante.
Ces interruptions du courant, qui sont considérablement plus fréquentes dans cette ,disposition que dans les appareils ordinaires de mise en contact, ralentissent, en outre, les démarrages et les freinages.
La, présente installation permet .de -main tenir le courant dans les moteurs, même pen dant les passages de l'une . à l'autre con nexion. Pendant ces passages, @ledit courant peut diminuer, mais non s'interrompre, ni changer la direction qu'il .avait avant la commutation.
Il en résulte que, soit le cou ple moteur ,de démarrage, soit le couple frei nant, ne sont pas sujets à .des interruptions, ce qui permet d'éliminer les saccades produi tes par lesdites interruptions. Toutefois, l'apipareil -de mise en contacts maintient la. réversibilité complète, puisqu'on a, encore seulement autant de positions de contrôle que de tensions disponibles pour l'alimentation des induits des moteurs.
Cela est obtenu très simplement, en dis posant aux ideux bornes 5, 17 et 6, 16 (fin,. 10) de chaque circuit .d'induit- les deux cou- pies de résistances auxiliaires ri, r3 et r2, r4. Une des extrémités de chaque résistance est reliée respectivement à un des balais auxi- liaires 5', 17' et 6', 16', frottant sur les mêmes plots de contact comme les balais principaux 5, 17 et 6, 16.
Les balais auxi liaires sont décalés à l'égard -des ibalais prin cipaux d'un angle égal à la moitié de la dis tance angulaire existant entre deux groupes de plots de contact successifs par rapport au sens de rotation du controller pour le démar rage. Il en- résulte que les circuits d'induit des moteurs ne seront jamais interrompus, puisque lorsque les balais -principaux 5, 17 et 6, 16 ne sont pas en contact, les balais auxiliaires 5', 17' et 6', 16' sont en contact; par conséquent, un courant réduit peut cir culer dans les enroulements d'induit des mo teurs à travers les résistances ri, r. et r2, r4.
Afin -d'assurer la continuité du .courant d'ans les moteurs, il suffit que les plots de contact occupent un espace angulaire quel que peu plus grand que l'espace occupé par les interruptions. Alors, pendant un.instant, les balais principaux et auxiliaires forment simultanément contact, les uns sur un plot et les autres sur un plot suivant;
.les résis tances ri., r.. et r2, r4 sont parcourues par des courants parasites momentanés, étant donné que leurs extrémités touchent des bornes -des dynamoteurs de tension diverse, mais l'effet Joule qui en dérive est négligeable en vue de sa ,durée minime; l'interruption immédiate desdits courants est très aisée parce qu'elle est faite sur les mêmes plots assurant les interruptions principales.
L'enroulement excitateur shunt, aussi bien dans le dynamoteur que dans les mo teurs de traction, est dérivé entre les bornes 1. et 2, c'est-à-dire sur un quart de la tension V existant sur la ligne d'alimentation; il en est de même pour l'enroulement voltm6tri- que 1, 21 dans l'appareil automatique court-circuitant les résistances additionnelles R2. _ Dans ce cas le circuit d'induit des mo teurs est le suivant:
Balai 5', résistance auxiliaire ri, commu tateur 5 du moteur Ml, et alors suivant la position de ce commutateur; balai 9, enroule ment d'induit -du moteur 4h, balai 7, ou ba- 1 ai 7, enroulement -d'induit du moteur Ml, balai 9, puis dans les deux cas, contact 11, résistance additionnelle Ri, contact 18, en roulement excitateur série, contact 15, bo bine ampèremétrique du relai r, contact 17, résistance auxiliaire r3, balai 17', balai 6',
résistance auxiliaire r2, commutateur 6 du ,moteur M2, et, suivant la position de ce com mutateur, balai 8, enroulement d'induit du moteur Mz, balai 10, ou balai 10, enroule men d'induit du moteur M2, balai 8, puis dans ,les deux cas, contact 12, résistance ad ditionnelle R2, contact 14, enroulement exci- tateur série, contact 16, résistance auxiliaire r4, balai 16', et puis,
si les balais appuyent par exemple, sur .la première des sept co lonnes -de contacts, en fig. 10, le circuit se forme directement sur le balai 5'.
Le cylindre -de commutation C comporte: Les .quatre -balais @doubles 5, 5', 17, 17', 6. 6', 16, 16' constituant les bornes dudit cir cuit d'induit; les :balais l', 2', 3', 4', des bor nes des dynamoteurs; les petits balais 1, 21 (en bas et en haut dans le cylindre C) .don- nant le courant à la bobine voltmétrique de l'appareil de court-circuit r seulement lors que le cylindre est à l'arrêt dans une -des po sitions suivantes:
I, II, III, IV, V et VI.
Les positions de mise en contact sont au nombre de sept, dont six de marche; elles sont les suivantes: Position I. Les deux moteurs disposés en série, alimentés entre 1 et 2; chaque en roulement d'induit supporte un huitième de la tension totale.
Position II. Les deux moteurs en série sont alimentés entre 2 et 3, chaque enroule ment d'induit supporte deux huitièmes de la tension.
Position III. Les deux moteurs en série alimentés entre 1 et 3; @ chaque enroulement -d'induit supporte trois huitièmes de' la ten sion. Position IV. Les deux moteurs en série entre 1 et 4; chaque enroulement .d'induit supporte quatre huitièmes -de la tension.
Position V. Le moteur M, est inséré en tre 1 et 3, et le moteur 1112 entre 2 et 4; cha que enroulement d'induit supporte six hui tièmes de la. tension.
Position VI. Les moteurs sont en paral lèle entre eux sur la ligne d'alimentation; chaque enroulement :d'induit supporte la ten sion totale.
Après que le cylindre C est immobilisé dans une de ces positions de fonctionnement, la bobine voltmétrique 1, 21 est alimenté aussitôt que 1 touche 21. Les contacts 11, 13, 12, 14, qui mettent en court-circuit Ri et RZ par les conjoneteurs 10' et 10" du re lais r avaient été interrompus en 1, 21 pen dant la commutation; ils tendent à se fer mer tout -de suite, mais ne peuvent le faire que lorsque l'action antagoniste de la bobine ampèremétrique du relais r est suffisamment amoindrie.
Ce fonctionnement se vérifie quelle que soit la direction @du courant prin cipal, c'est-à-dire tant au ,démarrage qu'au freinage. Le même étalonnage sert, par con séquent, pour ,les deux cas, étant donné que les deux électro-aimants sont tout à fait in dépendants.
Le fonctionnement pendant le passage de C de l'une à l'autre position devient com préhensible si :l'on observe les fig. 11 à 35 suivantes, représentant les circuits princi paux dans les diverses phases de la comanu- tation. Ces figures sont disposées sur qua tre colonnes. Les sept figures -de la pre mière colonne représentent la disposition des circuits dans les sept positions, lorsque le cylindre de commutation est à l'arrêt sur une de ces positions quelconques.
Les six figures de la seconde colonne représentent les connexions au moment où, par le mouvement du controller pour le dé marrage, les balais principaux n'ont pas en core abandonné les plots de contact où ils se trouvent, tandis que les balais auxiliaires 5', 16 et 6', 17' et l', 2', 3', 4' touchent déjà les plots successifs. On a alors des cou- gants parasites à travers quelques-unes -des résistances ri, r3 <I>et</I> r2, r4 comme c'est claire ment visible -dans les figures;
mais l'effet Joule de ces .courants parasites est tout à fait négligeable à cause de la durée minime desdits contacts transitoires.
Pendant le passage des connexions de 1.i deuxième colonne aux connexions ,ëe la troi sième, lesdits courants sont immédiatement interrompus par les mêmes balais princi paux, abandonnant les plots précédents de contact et effectuant ainsi les interruptions principales, pour établir les connexions du troisième groupe, -dans lesquelles sont insé rées les résistances ri, r3 et r2, r4 à travers :desquelles les moteurs sont exclusivement alimentés.
Enfin, les connexions -de la. qua trième colonne correspondent au moment où les balais principaux atteignent eux aussi les nouveaux plots .de contact, en mettant en court-circuit les résistances r1, r3 et r2, r4.
Naturellement la même succession des contacts s'effectue en ordre inverse pendant le freinage; :les courants parasites momen tanés se produisent sur quelques-unes .des résistances ri, r3 et r2, r4 seulement pendant les moments très courts on. se ferment les contacts -de la deuxième colonne.
Ces courants sont, :dans ce cas, interrom pus par les .balais auxiliaires, au lieu de l'être par les balais principaux, et les cou rants circulant dans les moteurs pendant les interruptions principales conservent évidem ment la -direction -des courants préexistants dans les moteurs en prolongeant ainsi, pen dant les interruptions de commutation, leur freinage, lorsque par effet de l'excès de la. f. e. m. des moteurs sur la tension appliquée l'action freinante s'est déjà manifestée.
Les quatre résistances<I>ri,</I> r3 et r2, r4 peu vent être réduites à .deux seules, ri, r4 dans le cas où l'on veut maintenir la continuité -du courant :dans les moteurs seulement dans les quatre premières positions -de contact. Il suffit pour cela -de substituer un ,dispositif court-circuiteur aux résistances r2, r3; ou on peut aussi supprimer les balais auxiliaires 6', 17', en rendant continus les plots de con- tact correspondants aux balais 6, 17 de la positiân 0 jusqu'à la quatrième.
Au point .de vue constructif, les balais auxiliaires pourraient appuyer sur des plots de contact spéciaux convenablement logés sur le cylindre -de contrôle au lieu -d'être placés sur-les plots coopérant avec les balais principaux de commutation.
Electric braking system for electric traction vehicles. It is known that for the braking of electric traction vehicles, it has already been proposed to use the current generated by the propulsion motors, isolated from the. power line and operating, as generators, by the action of the live force @ of the train, this current flowing through resistors connected to the terminals of the motors.
It has also been proposed to use the currents thus generated to actuate electromagnetic brakes acting mechanically on rotating parts, vehicles, or else to add to the natural adhesion, an additional magnetic adhesion towards the rails.
These arrangements have the considerable drawback, that whatever the arrangements and connections of the motors, the braking action of the electric currents thus generated falls rapidly in a responsible manner with the decrease in speed. glue train, because the voltage generated by the motors drops quickly. As a result, when the speed is still high enough, said braking action becomes practically negligible.
This makes it necessary to use mechanical or continuous brakes of other types in order to complete the braking; however, even to obtain said incomplete braking, the motors are subjected to excessive electrical and mechanical stresses.
It should, moreover, be observed that the adoption of the auxiliary brake, continuous or mechanical, can make the electric braking inactive, if by means of said brake the wheels are blocked in a moment of danger and if the train starts. to. slide.
The present invention relates to an installation for electric braking of electric traction vehicles, in which the traction motors are used to produce braking energy.
This installation is characterized by a dynamotor placed between the traction motors and a braking device so as to receive the current generated by the motors when they are isolated from their lines (Supply and turn by the action -of the driving force of the vehicle and to supply the positive braking .dis with current, the dynamflteur armature comprising at least two motor windings connected together,
and the connection of the traction motors with the armature of the dynarmotor being such that one or more of these windings can be switched on.
The change of the connections can, for example, be effected with the aid of movable contacts and fixed contacts arranged in a travel controller, and which may possibly coincide with the contacts proper also to ensure the maneuvers. speed regulation of the electro-motor vehicle - In order to reduce the sudden increases in said current at the start of braking and of the successive variations,
it is possible to use a device suitable for automatically inserting and removing additional resistances provided for this purpose. This device is set in motion by means of a differential electromagnetic relay provided with a voltm.etric winding acting in opposition to another winding which is inserted in the armature circuit of the motors.
In order to eliminate the dangerous and annoying jerks which are produced by the interruptions and by the reversals of the current - in the motors, during the starting and braking maneuvers, one can employ auxiliary resistances smugly. arranged.
These resistors can be connected by one of their ends with one of the poles of each motor and by the other with a switch arranged and functioning - so as to close, during the moment when the controller is accomplished @la @ Switching from a first circuit to a second circuit. Considering two circuits.
The accompanying drawing shows, by way of example, two embodiments of the object of the invention.
Figs. 1 to 6 represent the first embodiment and show the diagrams .d'insertion of two traction motors re linked in series or else in parallel between the various motor windings of the armature idu dynamotor; Fig. 7 shows the diagram with the motors not inserted; Fig. 8 shows: the same diagram provided with an automatic adjustment device;
Fig. 9 shows an apparatus suitable for carrying out the adjustment according to the device shown in FIG. 8; Fig. 10 represents the second embodiment and shows the diagram of the insertion of two motors, -in which are employed the auxiliary resistors damping the cades bags; Fig. 11 to 35 represent the main circuits in the various phases of the switching, according to the second embodiment.
In all the diagrams of the installation shown, it is assumed to have two traction motors with compound excitation 1, 2, interconnected in series or in parallel and between various armature windings motors of one or more dynamotors , these windings being interconnected.
In the example shown, two of these bearings have been shown which can both be arranged on the armature of a dynamotor and which have three tap terminals 3, 4 and 5 which subdivide the line voltage so that between 3 and 4 there is a quarter of the line voltage and between 4 and 5 three quarters of said voltage.
Between the two bernes 3 and 4 is inserted an electromagnetic braking device, which is shown schematically by a simple rheostat 6, but which could be constituted by a device of any other kind.
Between the aforesaid device and the dynamo is inserted a switch 7, which can be controlled manually or else by means of a relay operating directly or automatically. This switch is connected to the main switch 8 in such a way that the opening of the latter causes the closing of the switch 7 and vice versa.
The traction motors 1, 2 can be connected to each other and to the dynamotor according to any one of the six moles represented respectively by the diagrams of the fibs. 1 to fi, or they can be isolated therefrom as shown in FIG. 7.
Relative switching can be carried out using any type of controller, provided with fixed contacts and movable contacts, like all known operating controllers used in electric traction. This controller can be combined and assembled with the vehicle drive controller.
Suppose that we are in the position represented by FIG. 1 where the motors, connected in parallel, are supplied at maximum line voltage, and the main switch 8 is closed on the contact line.
To switch to braking, simply place the main switch -from the position shown in solid lines to that shown in dotted line; by this maneuver, the switch 7 closes. The braking circuit 6 and supplied by the voltage which is established between: terminals 3 and 4, thanks to the currents generated by the motors and sent to the dy namotor so as to begin its braking action.
At the same time there is a slowing down of the engines and, consequently, of the dynamotor.
As long as one remains, in the position represented in FIG. 1, the deceleration increases by producing a reduction in all the currents, and, consequently, also in the current which feeds the braking device 6, until the braking action is canceled. At this point, the passage from the diagram of <B> the </B> fig. 1. to that of the. fig. 2 where the two motors, with each other in parallel, are branched between terminals 4 and 5.
Now, to the electromotive force resulting from the acquired speed, only the electromotive force existing between 4. and 5. is opposed. This causes an increase in the speed of the dynamotor and, consequently, also an increase in, the force. electro-motive between 3 and 4. This electro-motive force, which feeds the braking device 6, by increasing, makes the braking action more intense.
This condition lasts during the subsequent deceleration of the motors and of the dynamotor, after which the connections shown in fig. 2 to those shown in fi-g. 3 to repeat the phenomena previously described.
By successively varying the connections up to. arrive at the diagram shown in fig. 6, decreasing engine speeds are obtained, while the dynamotor, at each change, undergoes a momentary acceleration, so that, when passing from the diagram of FIG. 6 to that of FIG. 7, the residual speed of the dynamotor is much less reduced than that of the motors.
In this way, even if the vehicle is not completely stopped, the residual kinetic energy of the dynamotor can give the device 6 sufficient current to stop and keep the vehicle stationary for some time, even if it is still running. 'it is on a section with a certain gradient.
The braking can start in correspondence with any of the motor connections shown in fig. 2 to 6; the operation described will obviously be repeated, starting from said diagram and going through all the following ones up to diagram 7.
<B> It </B> must be borne in mind that, each time one passes from one diagram to another, the sudden increases in current which occur in the motors are immediately communicated to the circuit: from the brake, because they are transformed above all into a certain increase in the dynamic force of the dyn @ amotor which thus acquires the function of an electric shock absorber-of the stresses on the brake.
However, and especially in very fast maneuvers, said oscillations can still remain excessive; the auxiliary arrangement which will be described, and which is represented in FIG. 8 can eliminate this danger.
In series with each motor is provided, in this arrangement, an additional resistor 9 which can be inserted at the desired time, by means of a differential action relay, consisting of a contactor 10 connected to two movable frames such as <B> l </B> 1.
These armatures are biased in the opposite direction, one by an electromagnet with a voltmeter coil 12 and the other by an electromagnet with an amperometric coil 18 through which the armature current of the respective motor passes. This relay must be arranged so that the additional resistor 9 is inserted each time the armature current exceeds a determined limit value, while it is short-circuited as soon as the current drops below said value. limit.
(According to .la fig. 9, the armatures 11 are mounted on the rotating axis 14, of which is integral the contactor 10. They are placed between the poles @de two electromagnets with differential action 12, 18 <B> above. </B> said. Said reinforcements have -des fa these cylindrical 16 and 17 which leave a minimum air gap with respect to the surfaces of the pole pieces <B> 18, </B> 19..
The peripheral development of said cylindrical faces is approximately equal to the rotational stroke of the arm.atuië and leaves uncovered a considerable portion of the pole pieces, even -when the anfnature is fully attracted.
Said frame has, in addition, two radial fins 20, 21, arranged in correspondence -de two radial surfaces of the pole pieces and which form with them a variable air gap. The magnetic actions due to the cylindrical faces are very considerable and constant throughout the entire <B> there </B> stroke of the armatures, if the dimensions are sufficient to prevent the iron from settling in any position. the fins,
on the contrary, increases rapidly as soon as the armature approaches the electromagnet, so as to intensify during the movement of the armature, the differential action prevails, while ensuring stability. some movement.
The directing action of the device can be obtained by its own weight, or by suitable springs which tend to keep the contacts of the connector 10 open in the rest position.
During operation, when the circuit of the voltmeter coil is interrupted, the contact is interrupted by the effect of said directing action. The opening is accelerated by the simultaneous action of the current in the amperometric coil. The operation is obvious:
in each of the six positions shown in fig. 1 to 6, the voltmeter coil is traversed by the current, had during the passages from one position to another, said current is interrupted.
The relay opens as a result of the directing action and of any current in the amperometric coil, but when the new connection is established, the voltmeter coil receives the current again. However, the relay contacts close only when the action of the voltmeter electromagnet becomes prevalent, after the current in the ammeter electromagnet has sufficiently decreased.
The contacts suitable for varying the commutation of the motors at different tap points, as mentioned above, can also coincide with the contacts which perform the analogous commutations suitable for starting and adjusting the running of the motors. engines. The same controller can therefore be used for both purposes and it will allow - to adjust the running, or the braking, depending on whether the main switch 8 is closed or open and whether switch 7 is correspondingly open or closed. .
This arrangement makes it possible to achieve great safety in the urgent braking operation, because the operator will not have to carry out any operation different from the usual operations which he performs for the ordinary stop of the train. He will only have to first command the opening of the main switch 8, which can thus be carried out automatically in several ways.
In addition, said arrangement can be used directly to effect normal braking in order to stop the vehicle, after the necessary gradual slowing down maneuvers, without having to use special brakes. All you have to do is have the appropriate contacts in the controller, connected respectively to the braking circuit and to the: dynamotenr. These contacts must be arranged in such a way as to close when performing the passage maneuver shown in the diagram in fig. 6 to that of FIG. 7.
According to the latter diagram, switch 7 remains open, while switch 8 is closed and the motors are switched off. Closing the braking circuit 6 on the dynamotor, commanded by the controller, produces a braking action, while leaving the switch 7 open.
In the diagram represented by the. fig. 10 are placed the devices suitable for eliminating interruptions and reversals @du current in the motors during switching. In this diagram are deleted all the organs and devices not having a direct relation with this special .disposition, in order to obtain all possible clarity.
In the present case, the two motors llh, Mz are controlled using the controller C connected with the dynamotor with three windings <I> Dl, </I> D2, D3, whose voltages are assumed to be proportional to 1: 2: 8, the dynamotor being inserted between the trolley <I> T </I> and the earth <I> t. </I>
Two pairs of auxiliary resistances r ,. r. and rz, r4 (which may or may not be inductive) are suitably connected to the control- IPr C and to the motors Ml, MZ and two additional resistors Rl, Bg can be short-circuited using a differential relay r provided @two electromagnets,
one with an amperometric coil and the other with a voltmetric coil acting in opposition to each other. These auxiliary resistors are arranged. so as to allow the momentary closing of the subsequent circuit during starting, an instant before the previous circuit is interrupted, and, consequently, to keep the circuit for an instant, during braking, at the moment during which the cir cuit T is not yet closed. But of course, said resistors could be arranged in the opposite way.
The only adjustment @of the current in the motors obtained with the aid of automatic devices short-circuiting the additional resistances does not make it possible to completely eliminate all the annoying jerks and harmful to the good conservation of the rolling stock.
Said jerks are essentially produced by sudden interruptions of the current in the armatures of the motors corresponding to the passages from one supply voltage to another, either during starting, as in braking, which causes disengaging. of the pinion of the corresponding toothed wheel.
These current interruptions, which are considerably more frequent in this arrangement than in ordinary contacting devices, furthermore slow down starting and braking.
The present installation makes it possible to keep the current in the motors, even during the passages of one. to the other connection. During these passages, @said current may decrease, but not stop, nor change the direction it had before switching.
As a result, either the starting motor torque or the braking torque are not subject to interruptions, which makes it possible to eliminate the jerks produced by said interruptions. However, the contacting device maintains the. complete reversibility, since we still only have as many control positions as there are voltages available for supplying the motor armatures.
This is obtained very simply, by placing at the two terminals 5, 17 and 6, 16 (end ,. 10) of each armature circuit the two cuts of auxiliary resistors ri, r3 and r2, r4. One of the ends of each resistor is connected respectively to one of the auxiliary brushes 5 ', 17' and 6 ', 16', rubbing against the same contact pads as the main brushes 5, 17 and 6, 16.
The auxiliary brushes are offset with respect to -des main ibalais by an angle equal to half the angular distance existing between two groups of successive contact pads with respect to the direction of rotation of the controller for starting. As a result, the armature circuits of the motors will never be interrupted, since when the main brushes 5, 17 and 6, 16 are not in contact, the auxiliary brushes 5 ', 17' and 6 ', 16' are in contact; therefore, a reduced current can flow in the armature windings of the motors through the resistors ri, r. and r2, r4.
In order to ensure the continuity of the current in the motors, it is sufficient that the contact pads occupy an angular space which is somewhat greater than the space occupied by the interruptions. Then, for un.instant, the main and auxiliary brushes simultaneously form contact, one on one pad and the other on a next pad;
.the resistors ri., r .. and r2, r4 are traversed by momentary parasitic currents, given that their ends touch terminals of dynamotors of various voltage, but the Joule effect which derives from them is negligible with a view to its, minimal duration; the immediate interruption of said currents is very easy because it is made on the same pads ensuring the main interruptions.
The shunt exciter winding, both in the dynamotor and in the traction motors, is shunted between terminals 1. and 2, i.e. on a quarter of the voltage V existing on the supply line ; the same applies to the voltmeter winding 1, 21 in the automatic device short-circuiting the additional resistors R2. _ In this case the armature circuit of the motors is as follows:
Brush 5 ', auxiliary resistor ri, switch 5 of the motor M1, and then according to the position of this switch; brush 9, armature winding -of motor 4h, brush 7, or ba- 1 ai 7, armature winding -motor M1, brush 9, then in both cases, contact 11, additional resistance Ri, contact 18 , in series exciter bearing, contact 15, ammeter box of relay r, contact 17, auxiliary resistor r3, brush 17 ', brush 6',
auxiliary resistor r2, switch 6 of motor M2, and, depending on the position of this switch, brush 8, armature winding of motor Mz, brush 10, or brush 10, armature winding of motor M2, brush 8 , then in both cases, contact 12, additional resistor R2, contact 14, series exciter winding, contact 16, auxiliary resistor r4, brush 16 ', and then,
if the brushes press, for example, on the first of the seven contact columns, in fig. 10, the circuit is formed directly on the brush 5 '.
The switching cylinder C comprises: The .quatre -balais @doubles 5, 5 ', 17, 17', 6. 6 ', 16, 16' constituting the terminals of said armature circuit; the: brushes l ', 2', 3 ', 4', of the terminals of the dynamotors; the small brushes 1, 21 (at the bottom and at the top in the cylinder C). supplying the current to the voltmeter coil of the short-circuit device r only when the cylinder is stopped in one -of following positions:
I, II, III, IV, V and VI.
The contacting positions are seven in number, six of which are on; they are as follows: Position I. The two motors arranged in series, supplied between 1 and 2; each armature bearing supports one-eighth of the total tension.
Position II. The two motors in series are supplied between 2 and 3, each armature winding supports two eighths of the voltage.
Position III. The two motors in series fed between 1 and 3; @ each armature winding supports three-eighths of the voltage. Position IV. The two motors in series between 1 and 4; each armature winding supports four-eighths of the voltage.
Position V. Motor M is inserted between 1 and 3, and motor 1112 between 2 and 4; each armature winding supports six eighths of the. voltage.
Position VI. The motors are parallel to each other on the supply line; each winding: armature withstands the total voltage.
After the cylinder C is immobilized in one of these operating positions, the voltmeter coil 1, 21 is supplied as soon as 1 key 21. The contacts 11, 13, 12, 14, which short-circuit Ri and RZ by the Connectors 10 'and 10 "of the relay had been interrupted in 1, 21 during the switching; they tend to close immediately, but can do so only when the antagonistic action of the amperometric coil of the relay r is sufficiently reduced.
This operation is verified regardless of the direction of the main current, that is to say both on starting and on braking. The same calibration is therefore used for both cases, since the two electromagnets are completely independent.
The operation during the passage of C from one to the other position becomes understandable if: one observes figs. 11 to 35 following, representing the main circuits in the various phases of the communication. These figures are arranged on four columns. The seven figures of the first column represent the arrangement of the circuits in the seven positions, when the switching cylinder is stationary in any of these positions.
The six figures in the second column represent the connections at the moment when, by the movement of the controller for starting, the main brushes have not yet abandoned the contact pads where they are located, while the auxiliary brushes 5 ' , 16 and 6 ', 17' and l ', 2', 3 ', 4' already touch the successive pads. We then have parasitic gloves through some of the resistors ri, r3 <I> and </I> r2, r4 as it is clearly visible -in the figures;
but the Joule effect of these parasitic currents is quite negligible because of the minimal duration of said transient contacts.
During the passage of the connections of the second column to the connections, the third, said currents are immediately interrupted by the same main brushes, abandoning the previous contact pads and thus effecting the main interruptions, to establish the connections of the third group, -in which the resistors ri, r3 and r2, r4 are inserted through: which the motors are exclusively supplied.
Finally, the connections -de la. fourth column correspond to the moment when the main brushes also reach the new contact pads, by short-circuiting the resistors r1, r3 and r2, r4.
Of course, the same succession of contacts takes place in reverse order during braking; : even spurious currents occur on some of the resistors ri, r3 and r2, r4 only during very short moments on. the contacts of the second column close.
These currents are,: in this case, interrupted by the auxiliary brushes, instead of being so by the main brushes, and the currents circulating in the motors during the main interruptions obviously retain the direction of the pre-existing currents. in motors by thus prolonging, during switching interruptions, their braking, when by effect of the excess of. f. e. mr. of the motors on the applied voltage the braking action has already occurred.
The four resistors <I> ri, </I> r3 and r2, r4 can be reduced to .two only, ri, r4 in the case where one wants to maintain the continuity of the current: in the motors only in the first four contact positions. It suffices for this -to substitute a short-circuiting device for the resistors r2, r3; or the auxiliary brushes 6 ', 17' can also be omitted, by making the contact pads corresponding to the brushes 6, 17 continuous from position 0 to the fourth.
From a constructive point of view, the auxiliary brushes could press on special contact pads suitably housed on the control cylinder instead of being placed on the pads cooperating with the main switching brushes.