Installation de traction électrique à moteurs compound et à récupération: Cette invention a pour objet une instal lation de traction électrique à moteurs com- pound et à récupération.
Les systèmes de traction électrique utili sant des moteurs compound avec couplage série-parallèle, connus à ce jours, peuvent être rangés dans deux catégories bien distinctes: dans une première catégorie, les systèmes dans lesquels le passage du groupement en série au groupement en parallèle ou inverse ment s'effectue sans courant, après ouver ture des circuits de traction, dans une deuxième catégorie, les systèmes dans lesquels la. transition entre les deux groupements s'effectue par la. méthode bien connue du pont.
Les systèmes ressortissant à la première catégorie conduisent, de toute évidence, à des discontinuités importantes dans les efforts de traction au démarrage et dans les efforts résistants lors du freinage par récupération.
En outre, l'immobilisation fortuite et mo mentanée -du combinateur sur la position de la transition pour laquelle les circuits de traction sont coupés provoque le ralentisse ment du véhicule et un à-coup important lors ,du rétablissement des circuits.
Les systèmes ressortissant à la -deuxième catégorie conduisent à des pertes élevées dans les résistances formant le pont.
D'autre part, si ces dernières ne présen tent pas des valeurs égales, condition qui, même en supposant un réglage initial par fait, peut être difficile à maintenir dans le temps, l'un des moteurs, ou l'un des groupes ,de moteurs se-trouve fonctionner en généra trice pendant le démarrage, et en moteur pen dant le freinage, ce qui conduit à des varia tions importantes dans l'effort -de traction, ou dans l'effort résistant, appliqué au véhi cule.
Il en résulte des dépenses. supplémentaires d'énergie et d'entretien du matériel ainsi qu'une réduction du confort des voyageurs.
L'installation d'après l'invention qui re médie à ces inconvénients comprend: d'une part, pour le démarrage, des moyens pour éliminer un certain nombre -des mo teurs (par exemple la moitié dans le cas -de moteurs en nombre pair) après réduction de leur force contre électromotrice, par exemple par élimination -de leur excitation shunt et mise en court-circuit sur une résistance ap propriée, des moyens pour brancher ensuite sous la tension totale lesdits moteurs éliminés après établissement entre leurs bornes d'une tension voisine de celle de la ligne,
par exem ple grâce à un ajustement préalable de leur excitation shunt; d'autre part, pour le freinage par récupé ration, -des moyens pour mettre en court- circuit le même nombre -de génératrices sur une résistance appropriée, après leur d6bran- chement de la ligne d'alimentation et suppres sion de leur force électromotrice, par exem ple par élimination -de leur excitation shunt, -les moyens pour disposer les génératrices éliminées en série avec les génératrices res tées en circuit et pour rétablir leur force électromotrice,
par exemple par la mise en circuit -de leur excitation shunt, dans le but de réaliser la. permanence de l'effort de trac tion lors du -démarrage et de l'effort résistant lors du freinage par récupération, d'empêcher le fonctionnement en génératrice d'un ou plu- seurs moteurs pendant le démarrage ainsi que le fonctionnement en moteur d'une ou plu sieurs génératrices pendant le freinage par récupération, tout en réduisant au minimum les pertes rhéostatiques.
Les modifications -de couplage -les mo teurs compound lors -des. transitions série- parallèle et parallèle-série sont ainsi telles que: 10 Il n'y ait à aucun instant suppression, et à fortiori inversion, de l'effort total de traction lors -du -démarrage ou de l'effort to tal résistant lors du freinage par récupéra tion.
2e Il n'y ait à aucun instant inversion des conditions de fonctionnement de l'un quelcon que des moteurs ou des groupès de moteurs; 30 Les pertes rhéostatiques soient réduites au minimum. Dans le dessin annexé qui représente un Exemple d'exécution de l'objet de l'inven tion F ig. 1 à 9 montrent les .diverses modifi cations de couplage qui sont apportées dans le cas d'un équipement à deux moteurs; Fig. 1 représentant le couplage série des moteurs, et Fig. 9 représentant le couplage parallèle.
En fig. 1 sont représentés: En 1 le pôle positif de la ligne d'alimenta tion, en 2 la résistance de démarrage divisée en deux éléments 21 et 22, en 3' et 32, les en roulements inducteurs série -des moteurs I et II, en 4' et 42, les enroulements induits (y compris les enroulements inducteurs de com mutation) des moteurs I et II, en 5' et 5\, les enroulements inducteurs shunt -des moteurs I et II, ,en 6 le rhéostat d'excitation shunt, en 7 le pôle négatif de la ligne d'alimentation.
En partant de la position -en série des deux moteurs, les opérations successives sui vantes sont réalisées: Fi-. 2, mise en court-circuit de l'enrou lement inducteur shunt 5' du moteur I, ajus tement de la résistance utilisée du rhéostat 6 à une valeur convenable et introduction dans le circuit -des enroulements inducteurs série 3' et 32 et des induits 4' et 42 de la résistance 2'.
La résistance du rhéostat 6 doit être telle que le courant traversant l'enroulement in ducteur shunt 52 soit augmenté.
De cette façon, la force contre électro motrice du moteur II est augmentée au mo ment même où la force contre électromotrice du moteur I est réduite du fait de la suppres sion de son excitation shunt. Il en résulte que la valeur de la résistance 2' utilisée pour li miter l'afflux du courant dans le circuit des enroulements inducteurs série 3' et 32 et des induits 4' et 42 peut être très faible ainsi que les pertes rhéostatiques qui correspondent à cette valeur.
De plu-, la. variation de l'effort moteur total est très réduite puisque l'effort supplé mentaire fourni par le moteur II compense la réduction de l'effort du moteur I. Fig. 3, mise hors circuit de l'excitation shunt 51 du moteur I.
Fig. 4, mise en court-circuit sur la résis tance 22 de l'enroulement inducteur série 3' et de l'induit 41 du moteur I.
Ce moteur, du fait de la suppression de l'excitation shunt 5' ne peut fonctionner en génératrice.
La mise en court-circuit n'entraîne que de faibles modifications dans le fonctionnement du moteur II puisque la force contre électro motrice -du moteur I était déjà réduite.
Ces modifications sont d'ailleurs telles que le courant dans l'inducteur série 32 -et l'in duit 4= du moteur II augmentant l'effort sup plémentaire fourni par le moteur II, com pense comme précédemment (fig. 2) la sup pression de l'effort du moteur I.
La variation de l'effort moteur total est donc très faible.
Fi-. 5, mise hors circuit de l'enroulement inducteur série 3i' -et de l'induit 4' du mo teur I.
Fig. 6, mise en circuit de l'enroulement inducteur shunt 5' en laissant toutefois ses ex trémités en court-circuit.
Fi-. 7, suppression du court-circuit de l'enroulement inducteur shunt 5' avec ajus tement de la résistance utilisée du rhéostat d'excitation 6 à une valeur convenable.
Cette opération a pour but de développer aux bornes de l'induit du moteur I une tension lc-èrement inférieure à. la tension entre les pôles 1 et 7 -de la ligne d'alimentation, afin de limiter l'afflux de courant -et la variation de l'effort de traction lors de la mise en pa rallèle des moteurs.
Fi-,. 8, mise en liaison de l'extrémité libre de l'induit du moteur I avec le pôle 7 .de la ligne et ajustement de la résistance utilisée du rhéostat d'excitation shunt des deux mo teurs à une valeur convenable. Le réglage de l'excitation shunt du moteur I peut, ainsi que pour l'opération (fig. 7) être réalisé. si multanément par shuntage -de l'enroulement 5' du moteur I dans le cas où il serait dési rable que la valeur de cette excitation soit différente de celle du moteur II. Les .deux moteurs sont, dès ce moment, en parallèle.
La mise en court-circuit des éléments 2' et 22 de la résistance de démarrage termine le cycle .des opérations (fig. 9).
On voit que pour toutes les opérations successives de transition pendant le démar rage ou la remise en vitesse, l'effort total de traction varie très peu et, -en partieulfier, qu'il n'est jamais annulé puisque le moteur II fonctionne constamment -en moteur et qu'à aucun moment le moteur I ne fonctionne en génératrice.
Pour les opérations successives de la transition parallèle-série qui s'effectue pen dant la récupération en réalisant très exacte ment les mêmes opérations, mais dans l'ordre inverse, l'on voit que le moteur II fonctionne constamment en génératrice, tandis que le mo teur I ne fonctionne jamais en moteur.
I1 y a donc bien: pour le démarrage: permanence et faible variation de l'effort total de traction appli qué au véhicule et absence de fonctionnement en génératrice du moteur momentanément inutilisé; pour le freinage par récupération: perma nence et faible variations de l'effort total ré sistant appliqué au véhicule et absence de fonctionnement en moteur de la génératrice momentanément inutilisée; et pour l'ensemble des deux transitions: réduction au minimum des pertes rhéostati- qües qui ne sont pas supérieures à celles con senties pour la transition série-parallèle d'un équipement ordinaire à moteurs série.
On pourrait, bien entendu, utiliser au lieu de deux moteurs, tout nombre quelcon que de moteurs, les transitions successives série-parallèle lors du démarrage et parallèle- série lors du freinage étant effectuées comme dans le cas de deux moteurs, c'est-à-dire: pour le démarrage: élimination de un ou plusieurs moteurs après réduction de la force contre électromotrice par élimination de leur excitation shunt et mise en court-circuit sur une résistance appropriée; branchement sous la tension totale des moteurs éliminés après établissement entre leurs bornes d'une tension voisine de celle de la tension en ligne, grâce à un ajustement préalable de leur excitation shunt;
pour le freinage par récupération: mise en court-circuit d'une ou de plusieurs géné ratrices sur -des résistances appropriées après leur débranchement de la ligne d'alimentation et suppression de leur force électromotrice par élimination de leur excitation shunt; disposition des génératrices éliminées en série avec les génératrices restées en circuit et rétablissement de leur force électro motrice par mise en circuit de leur excitation shunt, les valeurs des excitations shunt et des résistances de transition étant déterminées de manière à rendre très peu variable les efforts de traction au démarrage et les efforts résis tants lors du freinage par récupération;
le réglage des excitations shunt pouvant être réalisé par modification de la résistance du rhéostat et par shuntage des enroulements in ducteurs shunt.
L'invention concerne la traction électrique pour toutes applications et peut être étendue à certains équipements existants moyennant quelques modifications pour les rendre con formes aux caractéristiques .décrites ci-dessus.
Electric traction installation with compound and recovery motors: This invention relates to an electric traction installation with compound and recovery motors.
The electric traction systems using compound motors with series-parallel coupling, known to date, can be classified into two very distinct categories: in a first category, systems in which the passage from grouping in series to grouping in parallel or conversely, is carried out without current, after opening the traction circuits, in a second category, the systems in which the. transition between the two groups is effected by the. well-known bridge method.
The systems belonging to the first category obviously lead to significant discontinuities in the traction forces on starting and in the resistance forces during regenerative braking.
In addition, the fortuitous and momentary immobilization of the combiner in the position of the transition for which the traction circuits are cut off causes the vehicle to slow down and a significant jerk when the circuits are reestablished.
The systems belonging to the -second category lead to high losses in the resistors forming the bridge.
On the other hand, if the latter do not present equal values, a condition which, even assuming an initial adjustment by fact, can be difficult to maintain over time, one of the motors, or one of the groups, Many motors are found to operate as a generator during starting, and as a motor during braking, which leads to significant variations in the tractive force, or in the resisting force, applied to the vehicle.
This results in expenses. additional energy and equipment maintenance as well as reduced passenger comfort.
The installation according to the invention which overcomes these drawbacks comprises: on the one hand, for starting, means for eliminating a certain number of engines (for example half in the case of a number of engines even) after reduction of their force against electromotive, for example by elimination of their shunt excitation and short-circuiting on an appropriate resistance, means for then connecting under the total voltage said motors eliminated after establishment between their terminals of a voltage close to that of the line,
for example thanks to a prior adjustment of their shunt excitation; on the other hand, for regenerative braking, -means for short-circuiting the same number of generators on an appropriate resistance, after their disconnection from the supply line and removal of their electromotive force , for example by elimination of their shunt excitation, the means for placing the eliminated generators in series with the generators remaining in circuit and for reestablishing their electromotive force,
for example by switching on their shunt excitation, in order to achieve the. permanence of the tractive force during starting and of the resistive force during regenerative braking, to prevent the operation as a generator of one or more motors during starting as well as the operation as a motor. one or more generators during regenerative braking, while minimizing rheostatic losses.
The modifications -of coupling -the compound motors during -the. series-parallel and parallel-series transitions are thus such that: 10 There is at no moment suppression, and a fortiori inversion, of the total tractive effort during -starting or of the total resisting force during regenerative braking.
2nd There is no inversion of the operating conditions of any one of the motors or groups of motors at any time; The rheostatic losses are reduced to a minimum. In the accompanying drawing which shows an example of execution of the object of the invention F ig. 1 to 9 show the various coupling modifications which are made in the case of equipment with two engines; Fig. 1 showing the series coupling of the motors, and FIG. 9 representing the parallel coupling.
In fig. 1 are represented: In 1 the positive pole of the supply line, in 2 the starting resistance divided into two elements 21 and 22, in 3 'and 32, the in series inductor bearings of motors I and II, in 4 'and 42, the armature windings (including the switching inductor windings) of motors I and II, in 5' and 5 \, the shunt inductor windings of motors I and II, in 6 the excitation rheostat shunt, at 7 the negative pole of the supply line.
Starting from the position -in series of the two motors, the following successive operations are carried out: Fi-. 2, short-circuiting the shunt inductor winding 5 'of motor I, adjustment of the resistance used of the rheostat 6 to a suitable value and introduction into the circuit of the inductor windings series 3' and 32 and of the armatures 4 'and 42 of resistance 2'.
The resistance of the rheostat 6 should be such that the current passing through the shunt conductor winding 52 is increased.
In this way, the counter electromotive force of motor II is increased at the very moment when the counter electromotive force of motor I is reduced due to the removal of its shunt excitation. As a result, the value of resistor 2 'used to limit the flow of current in the circuit of the series field windings 3' and 32 and of the armatures 4 'and 42 can be very low as well as the rheostatic losses which correspond to this value.
Moreover, the. variation of the total motor effort is very small since the additional force supplied by the motor II compensates for the reduction in the force of the motor I. Fig. 3, switching off the shunt excitation 51 of motor I.
Fig. 4, short-circuiting on resistor 22 of the series field winding 3 'and of the armature 41 of motor I.
This motor, due to the elimination of the 5 'shunt excitation, cannot operate as a generator.
The short-circuiting only results in slight changes in the operation of the motor II since the force against the electro-motive motor I was already reduced.
These modifications are, moreover, such that the current in the series inductor 32 -and the induction 4 = of motor II increasing the additional force provided by motor II, as previously thought (fig. 2) above. engine effort pressure I.
The variation in the total motor effort is therefore very small.
Fi-. 5, disconnection of the series 3i '-and armature 4' of motor I.
Fig. 6, switching on the shunt inductor winding 5 'while leaving its ends short-circuited.
Fi-. 7, elimination of the short circuit of the shunt field winding 5 'with adjustment of the used resistance of the excitation rheostat 6 to a suitable value.
The purpose of this operation is to develop at the terminals of the armature of the motor I a voltage lc-erely lower than. the voltage between poles 1 and 7 - of the supply line, in order to limit the inflow of current - and the variation of the traction force when the motors are put in parallel.
Fi- ,. 8, connecting the free end of the armature of the motor I with the pole 7 .of the line and adjusting the resistance used of the shunt excitation rheostat of the two motors to a suitable value. The adjustment of the shunt excitation of the motor I can, as well as for the operation (fig. 7) be carried out. so simultaneously by bypassing -of the winding 5 'of motor I in the event that it would be desirable for the value of this excitation to be different from that of motor II. The two motors are, from this moment, in parallel.
The short-circuiting of elements 2 'and 22 of the starting resistor ends the cycle of operations (fig. 9).
It can be seen that for all the successive transition operations during starting or resetting, the total tractive effort varies very little and, in particular, that it is never canceled since the engine II runs constantly - as a motor and that at no time is motor I operating as a generator.
For the successive operations of the parallel-series transition which takes place during the recovery by carrying out the same operations very exactly, but in the reverse order, it can be seen that the motor II operates constantly as a generator, while the motor I never works as a motor.
There is therefore: for starting: permanent and low variation in the total tractive force applied to the vehicle and absence of operation as a generator of the engine temporarily unused; for regenerative braking: permanent and small variations in the total resistive force applied to the vehicle and absence of motor operation of the generator temporarily unused; and for all of the two transitions: reduction to a minimum of the rheostatic losses which are not greater than those granted for the series-parallel transition of ordinary equipment with series motors.
One could, of course, instead of two motors, be used any number of motors, the successive transitions series-parallel during starting and parallel-series during braking being carried out as in the case of two motors, that is to say. ie: for starting: elimination of one or more motors after reduction of the back electromotive force by elimination of their shunt excitation and short-circuiting on an appropriate resistance; connection under the total voltage of the motors eliminated after establishing between their terminals a voltage close to that of the line voltage, thanks to a prior adjustment of their shunt excitation;
for regenerative braking: short-circuiting one or more generators on appropriate resistors after their disconnection from the supply line and removal of their electromotive force by elimination of their shunt excitation; arrangement of the generators eliminated in series with the generators remained in circuit and reestablishment of their electro-motive force by switching on their shunt excitation, the values of the shunt excitations and of the transition resistances being determined so as to make very little variable the forces of traction when starting and resisting forces during regenerative braking;
it is possible to adjust the shunt excitations by modifying the resistance of the rheostat and by shunting the shunt conductor windings.
The invention relates to electric traction for all applications and can be extended to certain existing equipment with some modifications to make them conform to the characteristics described above.