Equipement à moteurs à courant continu applicable à la traction électrique. L'invention concerne un équipement à moteurs à courant continu applicable à la traction électrique et destiné à. obtenir la ré gulation économique de la vitesse des dyna mos principales, motrices ou génératrices, par deux modes successifs d'excitation: <I>a)</I> Pendant la période de démarrage, la puissance motrice est obtenue par les procédés connus, en utilisant l'excitation série-directe des moteurs;
b) La vitesse convenable des dynamos étant obtenue, pour limiter l'accroissement de cette vitesse.ou la diminuer et cela, quel que soit le couplage des dynamos entre elles, on change l'excitation série-directe,des dynamos en excitation compound semi-directe par le moyen de la fermeture -d'un circuit sur une partie des enroulements inducteurs; -une somme algébrique de deux tensions est dispo sée dans ce circuit;
l'une, indépendante du courant dans l'induit de la dynamo principale et réglable, l'autre, croissante avec ce courant et développée dans l'induit d'une dynamo excitatrice dont, de préférence, un enroule ment inducteur est traversé par le courant -de l'induit principal.
En d'autres termes, le passage de la mar che motrice. série-directe à la marche com- pound semi-directe s'obtient par introduction de tensions a8 et eb dans un circuit obtenu par la fermeture d'une dérivation p sur une partie H de l'inducteur série constitué lui- même par deux inducteurs H et 8 en série.
La tension E" est croissante avec le courant de l'induit principal et et, est une tension in dépendante de la dynamo principale et elle est réglable. La partie K reste excitée en sé rie directe, elle peut être shuntée par une ré sistance inductive ou non, son nombre de spires peut aussi être changé.
Comme la tension à, la tension eb peut être obtenue dans l'induit d'une dynamo auxiliaire ou excitatrice. Les dessins annexés, donnés à. titre d'exemple, se rapportent à quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Dans toutes les figures, T et G sont les pôles -du réseau, T, par exemple, un contact glissant et G la terre. A l'induit d'une dy namo principale, g son inducteur série- directe, et H son inducteur pour l'excitation série semi-directe et pour l'excitation séparée. S'il y a plusieurs -dynamos principales Al, Az, A3..., les lettres<I>A,</I> K, H sont affectées respectivement d'indices 1, 2, 3....
Les figures représentent respectivement: La fig. 1 l'excitation compound semi- directe d'une dynamo principale, La fig. 2 une réalisation de l'excitation compound semi-directe avec une seule excita- trice a-b qui a deux inducteurs e-f et c-d,
La fig. 3 l'excitation compound semi- directe avec une seule excitatrice ayant un seul inducteur 7 excité par la somme de deux tensions V, et<B>?;b;</B> La fig. 4 une première forme d'exécution .du changement de l'excitation série-directe, en excitation compound semi-directe. En mar che compound semi-directe, l'inducteur H et l'induit a-b d'excitatrice sont parcourus par le même -courant;
La fig. 5 est une deuxième forme d'exé cution du changement de l'excitation série -directe à l'excitation compound semi-directe. En marche génératrice, le courant dans l'in duit a-b d'excitatrice est la somme -du cou rant I dans. H et du courant i qui traverse l'induit A, La fig. 6 les deux moteurs A,g,H, et AZg2H2 supposés amenés à la vitesse conve nable avec excitation série-directe et couplage entre eux en parallèle.
La figure montre le changement en excitation compound semi- directe des moteurs, Les fig. 7, 8 et 9 les changements succes sifs de deux -dynamos principales excitées en compound semi-directe d'abord couplées en parallèle entre elles, puis ensuite en série.
A la fig. 7, on fait entre moteurs, l'intercalation d'une résistance R4 de transition, à la fig. 8 l'alimentation des deux moteurs couplés entre eux en série, mais avec résistance de tran sition intercalée, à la fig. 9 la mise en court -circuit -de la résistance R4 -de transition, .
La fig. 10 le passage au freinage rhéosta- tique de deux dynamos couplées entre elles en série et excitées chacune en compound semi-direete, La fig. 11 un autre mode de changement du couplage entre elles de parallèles à série ,de dynamos excitées en compound semi- -directe,
La fig. 12 un exemple -du changement en excitation .compound semi-directe dé deux dy namos A,K,II, et AZKZH2 excitées d'abord en série-directe et couplées entre elles en sé rie, La fig. 13 le diagramme circulaire du couple d'une dynamo compound directe, en marche génératrice, La fig. 14 une variante du passage -de l'excitation série-directe à.
l'excitation com- pound semi-directe de deux dynamos couplées entre elles en série, avant et après le change ment.
L'excitation série-directe est l'excitation série ordinairement employée jusqu'à présent, ,c'est-à-dire que le courant i de l'induit A passe directement dans les inducteurs. Dans l'équipement décrit ici, les inducteurs sont composés de deux parties H et g mises en sé rie. Les inducteurs peuvent être shuntés ou non par des résistances inductives ou non.
On appelle d'une manière générale exci tation compound semi-directe l'excitation -constituée de la manière suivante: 10 Le courant<I>i</I> de l'induit<I>A</I> d'une dy namo principale passe directement à travers la partie K de n .spires -de l'inducteur série shunté ou non shunté. Les ampères-tours ainsi engendrés sont appelés ampères-tours série-directe (fig. 1).
20 Dans le circuit fermé par une dériva tion p sur l'inducteur H est disposée une somme algébrique de -deux tensions.
a) L'une ea, est du signe du courant i de l'induit principal A. Elle est en valeur abso lue proportionnelle à i ou tout au moins crois- santé avec i. Les ampères-tours qu'elle engen dre sont donc proportionnels à. i ou tout au môin= croissantes avec i. C'est pourquoi on les appelle ampères-tours série-indirecte.
b) L'autre e6 est une tension d'excitation indépendante et réglable prise à une source quelconque extérieure à la. dynamo principale. par exemple: tension U du réseau, tension d'une dynamo auxiliaire ou excitatrice entraî née d'une manière quelconque à vitesse peu variable par un moteur électrique, batterie d'accumulateurs, etc. Cette excitatrice peut aussi être entraînée à une vitesse proportion nelle à. celle des roues ou -des dynamos princi pales correspondantes. Des modes de liaisons procurant ce résultat sont, connus.
Les ampères-tours. d'excitation engendrés par<B>Sb</B> sont -donc essentiellement des ampères-tours d'excitation séparée.
En marche motrice, les connexions sont faites -de manière que les ampères-tours série- indirecte de l'inducteur H, les ampères-tours série-directe de l'enroulement K et les ampères-tours séparés de H doivent être de même sens.
En marche génératrice, les ampères-tours série-directe -de K, les ampères-tours série- indirecte de H changent de signe. Les ampères-tours d'excitation séparée de H par la. tension<B>Sb</B> restent de même signe.
En régime lentement variable, l'excitation varie donc dans le même sens que pour une dynamo compound, soit en marche motrice, soit en marche génératrice.
L'enroulement K a. pour but de limiter les surintensités en régime transitoire rapide, par exemple quand la tension U du réseau va rie brusquement. L'expérience a. démontré qu'il peut avoir un petit nombre de spires.
L'excitation de l'inducteur H par la somme algébrique ea + <B>Sb</B> permet -de réduire le poids de cuivre des inducteurs de la dy namo principale par rapport à. la. dynamo compound ordinaire comportant un inducteur à excitation séparée.
La fig. 1 représente le schéma de l'excita tion compound semi-directe. La flèche i en trait continu représente le sens du courant i en marche motrice, la flèche i en traits dis continus le sens du courant en marche géné ratrice.
I est le courant total dans l'inducteur H, c'est-à-dire la. somme des courants Ia et lb dus respectivement aux tensions sa et e6, le courant Ia. est représenté par la flèche 1,, en trait continu dans la.
marche motrice et par la flèche en traits discontinus dans la mar che génératrice. On suppose sur la fig. 1 la tension sa -développée dans l'induit a-b d'une excitatrice entraînée à vitesse à peu près constante et excitée par le courant i de l'induit principal dans l'inducteur e-f. Mais on peut obtenir les tensions Sg et<B>Sb</B> de plu sieurs façons distinctes.
a)<B>Sb</B> peut être prise à une source quelcon que, par exemple la. tension U du réseau avec intercalation d'un rhéostat, ou la tension d'une batterie d'accumulateurs ou d'une excitatrice réglable entraînée d'une manière quelconque; soit à vitesse approximativement constante, soit à une vitesse proportionnelle à, celle des roues, etc.
en peut être engendrée ,dans un induit de dynamo excitatrice a-b, <I>à</I> vitesse approxi mativement constante et excitée dans un in ducteur e-f par le courant de l'induit prin cipal A (fig. 1).
b) E,, et<B>Sb</B> peuvent être produites non pas dans deux induits distincts, mais dans un seul induit a-b -de dynamo excitatrice, excitée elle-même par le courant i dans. un premier inducteur e-f et -dans un -deuxième induc teur c-d par une tension réglable v6 prise comme<B>Sb</B> du paragraphe a), à une source quelconque (fig. 2).
e) On peut, dans un seul induit d'excita- tri.cedévelopper la somme des deux tensions Sa et Sb en excitant un seul inducteur de cette excitatrice par la somme algébrique des deux terisiorrs va, et v6, l'une va croissante avec i, l'autre, v6 réglable engendrée d'une façon analogue aux tensions Sa et<B>Sb</B> du paragraphe b),
c'est-à-dire va -développé dans une sous- excitatrice dont l'inducteur e-f (fig. 3) est excité par le courant i, l'autre v6 prise à une source quelconque ou produite dans une petite sous-excitatrice vb excitée par un courant sé paré réglable par l'inducteur c-d (fig. 3<B>)</B>.
La disposition -de -dynamos compound semi-directe permettant d'obtenir des varia tions importantes des ampères-tours induc- teurs des dynamos A avec les variations de i, il n'y a pas à se préoccuper exagérément de l'égale répartition des courants i entre les dynamos A placées dans différentes dériva tions sur le réseau.
Naturellement, si la marche est motrice, en faisant croître sb, on fera diminuer la vi tesse parce que<I>i</I> diminuera, puis <I>i</I> s'inversera et la dynamo fonctionnera en génératrice, en freinant avec récupération.
Voici deux exemples de réalisation du pas sage de la marche motrice avec excitation série-directe à la marche génératrice com- pound semi-directe avec bonne utilisation du cuivre -des inducteurs du moteur principal.
<I>Premier mode de</I> réalisation (fig. 4). Tous les contacteurs sont d'abord supposé ouverts. On ferme les contacteurs 5, 2 et 1 pour intercaler dans la dérivation fermée sur la tension I7 du réseau le rhéostat R, de -dé marrage progressivement mis en court-circuit par les contacteurs 3 et 4. La dynamo A est alors un moteur série-directe de courant i in diqué par la flèche i en trait continu.
Les parties H et K peuvent alors être shuntées .de manière connue pour augmenter la vitesse.
On intercale ensuite l'excitatrice a-b entraînée de manière quelconque, .à vitesse approximativement constante, pour cela, le contacteur 5 est ouvert, avec intercalation ou non .d'une résistance de transition et l'on forme un circuit p H par fermeture .du con tacteur 6. La dérivation p peut contenir une résistance.
La dynamo excitatrice a-b a deux inducteurs, l'un e -f excité par le cou rant i, de l'induit <I>A</I> ou une partie de<I>i</I> si e-f est shunté, par une résistance inductive, l'autre c-d peut être soumis à une tension vb réglable. De plus, c-d peut avoir un rhéostat R, dans son circuit.
Si l'on veut éviter un accroissement -de la vitesse, il sera bon que, au moment où la dé- rivation p est fermée par 6, que la tension Sa développée dans l'induit a-b produise une chute ohmique dans H au moins égale @à celle qui était établie par 1e .courant i ou une fraction de ce courant qui passait dans H.
C'est purement une question du nombre'-de spires de e-f ou d'un shunt -de cet inducteur, de sorte que le courant dans H ne puisse qu'être augmenté par la fermeture de p. A noter que dans le cas contraire, la vitesse se rait augmentée. L'excitatrice peut donc rem placer un shunt inductif de H.
Alors seulement la tension vb sera dispo sée aux bornes de c-d pour produire la ten sion eb dans a-b.
Si on augmente vb le courant I augmen tera jusqu'à, la stabilisation de la vitesse. Au delà d'une certaine valeur de l'excitation I -due è, la tension vb le courant i s'inversera (flèche en traits discontinus) et le couple de A deviendra résistant si on le désire. Le cou rant dans le pont<I>p</I> passera de<I>I - i à I</I> + i et il y aura récupération.
Mais alors e., a changé de signe et la farce électromotrice de a---b est la différence des valeurs absolues -de eb et de Sa. On peut diminuer la vitesse du véhicule jusqu'à ce que la valeur de satura tion du flux dans A soit atteinte.
Enfin, il faut remarquer que, grâce à l'in- ducteur K produisant des ampères-tours -de compoundage, la tension 8b peut être seule conservée dans certaines phases du fonction nement pour limiter la vitesse ou la réduire.
Deuxième variante.. - Les tensions ea et eb sont introduites dans la branche p (fig. 5), développées .dans l'induit a-b. Tous les con tacteurs étant supposés ouverts, le processus est sensiblement le même que pour le -démar rage en moteur série-direct,de la variante pré cédente par la fermeture des contacteurs 1, 5 et 2 avec intercalation -du rhéostat -de dé marrage R,
mis ensuite progressivement en court-circuit par les contacteurs 3 et 4. Le courant i (flèche en trait continu) traverse seul A, K et H. On ouvre alors le contacteur 2; l'excitatrice a-b est excitée par le courant i et produit la tension e,, qui, par fermeture du contacteur 6 -doit tendre plutôt<B>là</B> augmenter le courant 1 dans H.
La. dynamo a-b est alors excite au moyen de l'inducteur c-d mis sous la, différence de potentiel vb. .Si l'on aUg- mente l'excitation de l'inducteur c-d jus qu'à inverser le courant i dans A, le nouveau courant<I>i</I> est indiqué par la flèche i en traits discontinu.
On constate que le courant à tra vers a-b devient I -L i, tandis que dans la marche motrice il était<I>I -</I> i,. Pour éviter de prolonger cette intensité <I>1</I> -j- <I>i</I> dans a-b, on peut fermer la dériva tion p, qui peut être résistante temporaire ment, entre f et G par le contacteur 7. On ouvre alors 5. Le courant dans a-b est alors le seul courant dans<I>II.</I> On peut maintenant mettre en court-circuit la résistance R2 de la dérivation p,.
Il sera préférable de faire cette opération avant d'exciter c-d. Il faut remar quer la différence essentielle .des deux va riantes. Dans l'une < les tensions e. et eb sont introduites dans la branche H. Dans l'autre, elles sont introduites dans la dérivation p.
Tous les procédés d'excitation d'excita trices pour obtenir la somme algébrique des tensions s., et eb sont naturellement applica bles aux schémas des fin,. 4 et 5. Celui em ployé pour les deux exemples de variantes ci- dessus se rapportant au procédé d'exitation compound semi-directe de la fig. 2.
<I>Cas de</I> plusieurs moteurs. <I>-</I> Quels que soient les couplages des moteurs entre eux dans les différentes dérivations sur le réseau, si l'on vent limiter la vitesse ou la réduire, on peut évidemment passer -de l'excitation série-ïlirecte à l'excitation compound semi- directe soit, par exemple, par la première va riante de la fig. 4, soit par celle de la fi-.
5, soit par toute autre, ainsi que prévu dès le cinquième paragraphe du début et l'on peut utiliser l'une quelconque des excitatrices pré vues fig. 1, fig. 2, fig. 3. ÎVIais certaines in- dication., complémentaires peuvent être utiles.
Si le: inducteurs<I>II</I> sont shuntés dans l'excitation série-directe, il est préférable de supprimer les shunts avant de passer à l'exci tation compound semi-directe. A titre d'exemple, la fig. 6 représente le cas de deux moteurs couplés entre eux en pa rallèle et suppose dans l'excitation série- directe les shunts des inducteurs H suppri més.
Les dynamos sont supposées amenées à la vitesse convenable avec l'excitation série- directe. La fermeture des contacteurs 10 et 11 dispose les tensions des excitatrices a,-b, et a2-b2 aux bornes des inducteurs <I>H,</I> et 112 des dynamos A,g,H, et A21C,H2 en parallèle sur le réseau.
On a adopté la va riante no 2 de la fig. 5, on pourrait aussi bien adopter la variante de la fig. 4 pour pro duire les tensions sa et eb. A noter que les in ducteurs des excitatrices produisent les ten sions eb doivent être disposés sous la même tension, ou encore être en série et excités sous la même tension approximativement.
Fi-. 7. Pour abaisser davantage la vitesse en excitation compound semi-directe, on peut passer au couplage des induits entre eux en sé rie. La fermeture du contacteur 12 intercale la résistance R4 entre les moteurs qui sont ainsi tous deux dans une même dérivation sur le réseau..
L'introduction de la résistance R4 n'in fluence aucunement les courants dans A, et A, Fig. 8. Les contacteurs 8 et 9 sont alors ouverts. Des dispositions sont prises pour ré duire le plus vite possible les courants pas sant dans H, et H.2 à. une valeur minima par le réglage des tensions ebi et 4s.
Fig. 9. La résistance R4 est alors progres sivement mise en court-circuit par le seul con tacteur 13 représenté au schéma pour simpli fier. On abaisse encore la vitesse, si l'on veut, en augmentant à nouveau les excitations des excitatrices a,-b, et a2-b2. Quand les flux inducteurs -des -dynamos a,-b, -et a2-b2 sont maxima, la vitesse minima économique est alors atteinte.
Fig. 10. Pour aboutir à une vitesse plus basse encore et presque à l'arrêt, on peut pas ser au freinage rhéosta.tique: On ferme le contacteur 14, ce qui intercale R, en dériva tion sur le réseau. On ouvre alors 15, ce qui supprime la tension du réseau sur les mo- tours, et l'on met progressivement R, en court-circuit par fermeture des contacteurs 16 et 17.
L'arrêt définitif peut être obtenu par un frein mécanique qui peut d'ailleurs être com mandé électriquement.
Le procédé pour augmenter de 1 à 2 le nombre :de moteurs dans une dérivation peut être étendu pour augmenter le nombre :de moteurs dans une dérivation d'un état 1 à un état 2 et réciproquement, quel que soit le nombre de moteurs par .dérivation.
Fig. 11. Elle représente une autre manière de passer du couplage parallèle de deux dy namos compound semi-directe à leur couplage en série. Supposant les contacteurs 3, 4. 17 et 18 fermés, 13 ouvert et les moteurs Al et A= excités en compound semi-directe et en pa rallèle tous deux sur le réseau à la vitesse minima., c'est-:à-dire à flux maximum. On ouvre alors dans l'ordre 17. 1$ et 3, ce qui supprime la tension U sur la .dynamo A::. On ferme alors rapidement 13 et l'on ouvre 4.
A, débite alors sur la résistance R,. On règle alors les excitations -de a1-b, et a2-b= pour les valeurs minima permettant de disposer la. tension U par moteur et pendant que l'exci tation baisse, on court-circuite progressive ment R, par les contacteurs 17 et 18. On excite alors al-b, et a--b,, jusqu'au maxi mum et le freinage est terminé comme précé demment expliqué pour la fig. 10 et par le frein mécanique.
Manifestement, le procédé représenté sur la fig. 11 peut-être généralisé pour introduire dans une dérivation sur le réseau U contenant un .nombre quelconque de dynamos princi pales :couplées entre elles en série un autre groupe composé aussi :d'une ou plusieurs dy namos couplées entre :elles en série.
Une unité motrice peut être constituée, non par un moteur, mais par plusieurs mo teurs en série, couplés d'une manière perma nente, tout au moins :dans la marche com- pound. On peut alors .disposer les enroule ments H tous en série et :d'une manière con tiguë et la tension @de l'excitatrice a-b peut être disposée dans un circuit p qui comprend les inducteurs H.
C'est ce que représente, à titre d'exemple, la fig. 12 où deux moteurs A1K,,H1 et A,K_,H2 sont supposés former une unité mo trice dans la marche compound semi-directe de bornes extrêmes 11 et N.
Le démarrage supposé réalisé en excitation série par les procédés connus, ainsi que représenté, les in ducteurs Hl et HZ sont contigus, pour la marche compound, le circuit local p sera fermé par le contacteur 6, il ne comporte qu'un induit a-b d'excitatrice pour deux mo teurs.
L'excitatrice a-b est placée soit dans le pont auxiliaire p, soit dans le pont initial A,K,Hl et H2K2A_, comme représenté à titre d'exemple. a-b sera excité comme précédem ment. Les flèches i en trait continu repré sentent les courants dans la marche motrice; les flèches discontinues i représentent le cou rant inversé lors de la. récupération; I est le courant d'excitation dans les enroulements Hl et H..
Bien entendu, la succession des connexions peut être facilement établie par un cylindre contrôleur, par un arbre à :cames, par contac teurs commandés par un cylindre de contrô leurs ou par .des combinaisons de ces disposi tifs. On peut même, en utilisant les contrô leurs normaux de démarrage en série- parallèle, réaliser les connexions supplémen taires :de marche compound semi-directe par un cylindre de contrôleur supplémentaire.
Puisqu'en régime lentement variable les ampères-tours inducteurs varient comme pour une dynamo compound directe, le couple peut être représenté et discuté comme pour une dy namo compound ordinaire, en marche géné ratrice. C=,# (NI-ni) <I>i</I> dont<I>N</I> et n seraient les nombres de spires des inducteurs série-directe K et :de l'inducteur excité séparément H et j un coefficient -de proportionnalité.
Si<I>NI</I> et n sont choisis .convenablement, le couple peut mester peu variable parce -que si i augmente, le premier facteur diminue, alors que le deuxième augmente. Si le fer n'est pas saturé, le couple C varie proportionnellement au produit<I>(NI - ni) ni</I> forme où l'on recon naît le produit de deux facteurs .dont la somme est constante.
Remarquant de plus que, dans la marche génératrice, le couple à fournir par dynamo est beaucop plus petit qu'en marche motrice parce que, dans la marche génératrice, les chutes ohmiques de tensions s'inversent dans l'induit et en ligne, on conçoit que le courant i. dans la dynamo en génératrice est beaucoup plus petit qu'en moteur pour accélérations égales en valeurs absolues.
On conçoit donc qu'il peut être possible de freiner avec récupération en employant un seul couplage de dynamos excitées en com- pound ou tout au moins de diminuer pour le freinage le nombre de -changements de cou plages utilisés dans la marche motrice, et -de plus la possibilité de ne pas faire intervenir la variation de s,, pendant la récupération ou tout au moins de n'utiliser qu'un petit nom bre de valeurs e,.
En effet, si on trace une circonférence (fig. 13) de diamètre<I>AB = NI,</I> élevant une perpendiculaire sur le diamètre dont le pied est distant de<I>BC = ni</I> de l'une des extrémi tés du diamètre, le couple est proportionnel au carré de la perpendiculaire<I>CD</I> puisque: CD2 <I>= AC</I> X BC. Il sera donc possible d'obtenir avec s,; et L7 supposés constant, un couple de valeur moyenne approximativement constante, ou croissante, ou décroissante, lorsque les ampères-tours <I>rai.</I> décroîtront, ce qui se pro duira automatiquement à vitesse décroissante.
Il suffit, en effet que, à vitesse maxima, le point C soit à gauche .du centre 0 de la cir conférence et assez près -de A ou que C soit au contraire assez près de 0 ou que C soit sur la partie<B>OR,</B> mais près de 0, pour que le carré de la perpendiculaire<I>CD</I> respective ment, croisse ou varie peu ou décroisse lors que la vitesse et avec elle CB ou<I>ni</I> décroît.
La fig. 14 représente le freinage avec ré cupération -de deux moteurs A1N,Hl et A@N,H- En les supposant démarrés en série avec intercalation .de l'induit -d'excitatrice ab, la fermeture du circuit de l'inducteur uni que 72 de l'excitatrice d'induit a-b sur la ten sion Vb par le contacteur C,, puis la tension va développée dans une sous-excitatrice par l'inducteur e-f permet,
par fermeture .de la dérivation p (fig. 1.4) par le contacteur C2, de passer à la marche compound semi-directe. Les poids de cuivre sur les inducteurs de l'excitatrice et du moteur principal sont alors réduit au minimum. Une grande résistance, réglable, par exemple, par fermeture des con tacteurs C3 et C4, est disposée dans le circuit de l'inducteur.
Dans les schémas des fig. 1, 2, 3, 4. 5 où la tension E$ est obtenue par l'excitation de l'inducteur e -f par le courant i, il est bon de shunter cet inducteur par une forte bobine de self. Cette bobine de uelf L est ireprésentée à ti tre d'exemple, à la fig. 14. On conçoit que, lors des régimes transitoires, les variations .de i se traduiront par de grandes variantes du courant excitant e-f. En régime régulier, au contraire, les courants se partageront entre e-f et<I>L</I> d'après leurs résistances ohmiques.
Cela permettra temporairement en régime transitoire d'augmenter les ampères-tours série-indirecte et par suite de diminuer le nombre de spires de l'enroulement K.
On peut introduire dans le circuit électri que de l'enroulement<I>II</I> une tension s" four nie par une petite dynamo excitatrice auxi liaire, excitée d'une manière quelconque et entraînée à une vitesse proportionnelle à la vi tesse des roues et se retranchant de la tension Fb. Ainsi, la. tension =b-Ec -de la dynamo A croîtra lorsque la vitesse du véhicule baissera.
Comme mode de réalisation, dans le cas où l'excitatrice de l'inducteur H porte elle même un seul inducteur, en plus des tensions <B>11</B> et éventuellement r,,. on peut introduire. dans le circuit électrique de ces inducteurs, une tension v@ produite par l'induit d'une petite sous-excitatrice entraînée à une vitesse proportionnelle à. la vitesse de rotation des roues et excitée, par exemple, séparément.
Par exemple, -dans la fig. 14, l'induit produi sant la tension v serait introduit dans le cir cuit de l'inducteur 7 de l'excitatrice a-b.
Dans la marche en excitation compound semi-directe -de freinage, lorsque le flux du moteur principal a. atteint. sa valeur maxima, il sera bonde passer automatiquement au freinage rhéostatique pour éviter un courant I exagéré dans la partie H de l'enroulement inducteur d'un moteur principal, enroule ment excité par la tension réglable ou par la somme de deux tensions.
Cela. peut être réalisé en excitant l'enrou lement d'un relais par le courant I d'excita tion en question. Ce relais fermera le circuit excitant un contacteur électrique ou électro- pneumatique. La fermeture du contacteur lui-même mettra les résistances de freinage en dérivation sur les dynamos principales.
Il est facile de s'arranger pour que la fer- meture du .circuit de freinage coupe par un autre contacteur excité par ce courant de frei nage la connexion des dynamos principales avec le réseau.
Equipment with direct current motors applicable to electric traction. The invention relates to a DC motor equipment applicable to electric traction and intended for. obtain economic regulation of the speed of the main dyna mos, motor or generator, by two successive excitation modes: <I> a) </I> During the start-up period, the driving power is obtained by known methods, using the series-direct excitation of the motors;
b) The suitable speed of the dynamos being obtained, in order to limit the increase of this speed. or to decrease it and that, whatever the coupling of the dynamos between them, one changes the series-direct excitation, of the dynamos in semi compound excitation -direct by means of closing -a circuit on part of the inductor windings; an algebraic sum of two voltages is available in this circuit;
one, independent of the current in the armature of the main dynamo and adjustable, the other, increasing with this current and developed in the armature of an exciting dynamo of which, preferably, an inductive winding is crossed by the current -of the main armature.
In other words, the passage of the driving force. series-direct to semi-direct compound operation is obtained by introducing voltages a8 and eb into a circuit obtained by closing a branch p on part H of the series inductor itself made up of two inductors H and 8 in series.
The voltage E "increases with the current of the main armature and and is a voltage independent of the main dynamo and it is adjustable. Part K remains energized in direct series, it can be shunted by an inductive resistor or not, its number of turns can also be changed.
Like the voltage at, the voltage eb can be obtained in the armature of an auxiliary or exciter dynamo. The accompanying drawings, given at. by way of example, relate to some embodiments of the object of the invention.
In all the figures, T and G are the poles of the network, T, for example, a sliding contact and G the earth. A the armature of a main dy namo, g its series-direct inductor, and H its inductor for the semi-direct series excitation and for the separate excitation. If there are several principal -dynamos Al, Az, A3 ..., the letters <I> A, </I> K, H are assigned respectively indices 1, 2, 3 ....
The figures respectively represent: FIG. 1 the semi-direct compound excitation of a main dynamo, FIG. 2 a realization of the semi-direct compound excitation with a single exciter a-b which has two inductors e-f and c-d,
Fig. 3 semi-direct compound excitation with a single exciter having a single inductor 7 excited by the sum of two voltages V, and <B>?; B; </B> FIG. 4 a first embodiment .du change of the series-direct excitation, in semi-direct compound excitation. In semi-direct compound operation, the inductor H and the exciter armature a-b are traversed by the same current;
Fig. 5 is a second form of execution of the change from direct series excitation to semi-direct compound excitation. In generator operation, the current in the exciter induction a-b is the sum of the current I in. H and the current i which crosses the armature A, FIG. 6 the two motors A, g, H, and AZg2H2 assumed to be brought to the suitable speed with series-direct excitation and coupling between them in parallel.
The figure shows the change in semi-direct compound excitation of the motors, Figs. 7, 8 and 9 the successive changes of two main -dynamos excited in semi-direct compound, first coupled in parallel with one another, then then in series.
In fig. 7, between motors, the intercalation of a transition resistor R4 is made, in FIG. 8 the supply of the two motors coupled together in series, but with intercalated transition resistor, in fig. 9 short-circuit -of the resistor R4 -de transition,.
Fig. 10 the passage to rheostatic braking of two dynamos coupled together in series and each excited in a semi-direet compound, FIG. 11 another mode of changing the coupling between them from parallel to series, of dynamos excited in semi-direct compound,
Fig. 12 an example of the change in semi-direct compound excitation of two dy namos A, K, II, and AZKZH2 first excited in series-direct and coupled together in series, FIG. 13 the circular diagram of the torque of a direct compound dynamo, in generator mode, Fig. 14 a variant of the passage -from the series-direct excitation to.
the semi-direct compound excitation of two dynamos coupled together in series, before and after the change.
The series-direct excitation is the series excitation ordinarily employed until now, that is to say that the current i of the armature A passes directly into the inductors. In the equipment described here, the inductors are composed of two parts H and g put in series. The inductors may or may not be shunted by inductive resistors or not.
We generally call semi-direct compound excitation the -constituted excitation as follows: The current <I> i </I> of the armature <I> A </I> of a dy main namo passes directly through part K of n .spires - of the shunted or unshunted series inductor. The ampere-turns thus generated are called direct-series ampere-turns (fig. 1).
In the circuit closed by a derivative p on the inductor H is arranged an algebraic sum of -two voltages.
a) One ea, is of the sign of the current i of the main armature A. It is in absolute value proportional to i or at least increases with i. The ampere-turns that it generates are therefore proportional to. i or all in môin = increasing numbers with i. This is why they are called series-indirect ampere-turns.
b) The other e6 is an independent and adjustable excitation voltage taken from any source outside the. main dynamo. for example: voltage U of the network, voltage of an auxiliary dynamo or exciter driven in any way at little variable speed by an electric motor, accumulator battery, etc. This exciter can also be driven at a speed proportional to. that of the corresponding main wheels or dynamos. Binding modes providing this result are known.
The ampere-turns. excitation generated by <B> Sb </B> are therefore essentially separate excitation ampere-turns.
In driving mode, the connections are made so that the series-indirect ampere-turns of the inductor H, the series-direct ampere-turns of the winding K and the separate ampere-turns of H must be in the same direction .
In generator operation, the series-direct ampere-turns -of K, the series-indirect ampere-turns of H change sign. The excitation ampere-turns separated from H by the. <B> Sb </B> voltage remain of the same sign.
In slowly variable regime, the excitation therefore varies in the same direction as for a compound dynamo, either in driving mode or in generator mode.
The winding K a. for the purpose of limiting overcurrents in fast transient conditions, for example when the voltage U of the network changes suddenly. The experience a. demonstrated that it can have a small number of turns.
The excitation of the inductor H by the algebraic sum ea + <B> Sb </B> makes it possible to reduce the weight of copper of the inductors of the main dy namo with respect to. the. ordinary dynamo compound comprising an inductor with separate excitation.
Fig. 1 represents the diagram of the semi-direct compound excitation. The arrow i in continuous lines represents the direction of the current i in driving mode, the arrow i in continuous lines the direction of the current in generator operation.
I is the total current in the inductor H, that is to say the. sum of the currents Ia and lb due respectively to the voltages sa and e6, the current Ia. is represented by the arrow 1 ,, in solid line in the.
driving step and by the arrow in broken lines in the generating step. It is assumed in fig. 1 the voltage sa -developed in the armature a-b of an exciter driven at approximately constant speed and excited by the current i of the main armature in the inductor e-f. But the Sg and <B> Sb </B> voltages can be obtained in several different ways.
a) <B> Sb </B> can be taken from any source, for example. voltage U of the network with intercalation of a rheostat, or the voltage of an accumulator battery or of an adjustable exciter driven in any way; either at approximately constant speed, or at a speed proportional to that of the wheels, etc.
can be generated, in an armature of an exciting dynamo a-b, <I> at </I> speed approximately constant and excited in an e-f inductor by the current of the main armature A (fig. 1).
b) E ,, and <B> Sb </B> can be produced not in two distinct armatures, but in a single armature a-b - of an exciting dynamo, itself excited by the current i in. a first inductor e-f and -in a -second inductor c-d by an adjustable voltage v6 taken as <B> Sb </B> of paragraph a), to any source (fig. 2).
e) We can, in a single excitation armature, develop the sum of the two voltages Sa and Sb by exciting a single inductor of this exciter by the algebraic sum of the two terisiorrs va, and v6, one rv increasing with i, the other, adjustable v6 generated in a similar way to the voltages Sa and <B> Sb </B> of paragraph b),
that is to say va -developed in a sub-exciter whose inductor ef (fig. 3) is excited by current i, the other v6 taken from any source or produced in a small sub-exciter vb excited by a separate current adjustable by inductor cd (fig. 3 <B>) </B>.
The arrangement of semi-direct compound dynamos making it possible to obtain significant variations in the inductive amperes-turns of the dynamos A with the variations of i, there is no need to worry too much about the equal distribution of the currents i between the dynamos A placed in different branches on the network.
Naturally, if the rate is driving, by increasing sb, the speed will decrease because <I> i </I> will decrease, then <I> i </I> will be reversed and the dynamo will operate as a generator, by braking with recovery.
Here are two examples of the realization of the step wise from the driving step with series-direct excitation to the semi-direct compound generator step with good use of the copper of the inductors of the main motor.
<I> First embodiment </I> (fig. 4). All contactors are assumed to be open first. Contactors 5, 2 and 1 are closed to insert the rheostat R, gradually short-circuited by contactors 3 and 4, into the bypass closed on the voltage I7 of the network. The dynamo A is then a series motor. -direct current i indicated by the arrow i in solid line.
The H and K parts can then be shunted in a known manner to increase the speed.
The exciter ab driven in any way is then interposed, at approximately constant speed, for this, the contactor 5 is open, with or without the intercalation of a transition resistor and a circuit p H is formed by closing. of contactor 6. Lead p may contain a resistance.
The exciter dynamo ab has two inductors, one e -f excited by current i, armature <I> A </I> or part of <I> i </I> if ef is shunted, by an inductive resistance, the other cd can be subjected to an adjustable voltage vb. In addition, c-d can have a rheostat R, in its circuit.
If we want to avoid an increase in speed, it will be good that, at the moment when the derivative p is closed by 6, that the voltage Sa developed in the armature ab produces an ohmic drop in H at least equal @ to that which was established by the current i or a fraction of this current which passed through H.
It is purely a question of the number of turns of e-f or of a shunt of this inductor, so that the current in H can only be increased by the closure of p. Note that otherwise, the speed would be increased. The exciter can therefore replace an inductive shunt of H.
Only then will the voltage vb be available across the terminals of c-d to produce the voltage eb in a-b.
If we increase vb the current I will increase up to the stabilization of the speed. Beyond a certain value of the excitation I -due è, the voltage vb the current i will be reversed (arrow in broken lines) and the couple of A will become resistant if desired. The current in the <I> p </I> bridge will change from <I> I - i to I </I> + i and there will be recovery.
But then e., Has changed sign and the electromotive stuffing of a --- b is the difference between the absolute values of eb and of Sa. The vehicle speed can be reduced until the saturation value of the flow in A is reached.
Finally, it should be noted that, thanks to the inductor K producing compounding ampere-turns, the voltage 8b alone can be kept in certain phases of the operation in order to limit the speed or reduce it.
Second variant .. - The voltages ea and eb are introduced into the branch p (fig. 5), developed. In the armature a-b. All the con- tactors being supposed to be open, the process is essentially the same as for the -starting as a series-direct motor, of the previous variant by closing the contactors 1, 5 and 2 with interposing of the -start rheostat. R,
then progressively short-circuited by contactors 3 and 4. Current i (arrow in solid line) only passes through A, K and H. Contactor 2 is then opened; the exciter a-b is excited by the current i and produces the voltage e ,, which, by closing the contactor 6 - must rather tend <B> there </B> increase the current 1 in H.
The dynamo a-b is then excited by means of the inductor c-d placed under the potential difference vb. .If we increase the excitation of inductor c-d until the current i is reversed in A, the new current <I> i </I> is indicated by the arrow i in broken lines.
It can be seen that the current through a-b becomes I -L i, while in driving motion it was <I> I - </I> i ,. To avoid prolonging this intensity <I> 1 </I> -j- <I> i </I> in ab, we can close the derivative p, which can be temporarily resistant, between f and G by the contactor 7. We then open 5. The current in ab is then the only current in <I> II. </I> We can now short-circuit the resistor R2 of the shunt p ,.
It will be better to do this operation before energizing c-d. It should be noted that the essential difference between the two variants. In one <the tensions e. and eb are introduced into branch H. In the other, they are introduced into branch p.
All the excitation methods of exciters to obtain the algebraic sum of the voltages s., And eb are naturally applicable to the diagrams of the ends ,. 4 and 5. That used for the two examples of variants above relating to the semi-direct compound exitation process of FIG. 2.
<I> Case of </I> several engines. <I> - </I> Whatever the coupling of the motors to each other in the various branches on the network, if the speed is limited or reduced, it is obviously possible to pass -from the direct-series excitation to the semi-direct compound excitation is, for example, by the first variant of FIG. 4, or by that of the fi-.
5, or by any other, as provided from the fifth paragraph at the start and one can use any of the exciters provided in fig. 1, fig. 2, fig. 3. However, some additional information may be useful.
If the: inductors <I> II </I> are shunted in the series-direct excitation, it is preferable to remove the shunts before proceeding to the semi-direct compound excitation. By way of example, FIG. 6 represents the case of two motors coupled together in parallel and supposes in the direct series excitation the shunts of the suppressed inductors H.
The dynamos are assumed to be brought to the proper speed with series-direct excitation. The closing of contactors 10 and 11 arranges the voltages of exciters a, -b, and a2-b2 across the terminals of inductors <I> H, </I> and 112 of dynamos A, g, H, and A21C, H2 in parallel on the network.
Variant no 2 of fig. 5, one could also adopt the variant of FIG. 4 to produce the voltages sa and eb. Note that the drivers of the exciters producing the voltages eb must be arranged under the same voltage, or alternatively be in series and excited under approximately the same voltage.
Fi-. 7. To further lower the speed in semi-direct compound excitation, it is possible to switch to coupling the armatures together in series. Closing of contactor 12 interposes resistor R4 between the motors which are thus both in the same branch on the network.
The introduction of resistor R4 does not influence the currents in A, and A, Fig. 8. Contactors 8 and 9 are then open. Arrangements are made to reduce as quickly as possible the passing currents in H, and H.2 to. a minimum value by adjusting the ebi and 4s voltages.
Fig. 9. Resistor R4 is then progressively short-circuited by the single contactor 13 shown in the diagram for simplicity. The speed is further reduced, if desired, by again increasing the excitations of the exciters a, -b, and a2-b2. When the inducing fluxes of -dynamos a, -b, -and a2-b2 are maximum, the minimum economic speed is then reached.
Fig. 10. To achieve an even lower speed and almost at a standstill, it is not possible to use rheostatic braking: Contactor 14 is closed, which interposes R, bypassing the network. 15 is then opened, which removes the voltage from the network on the motors, and R is progressively short-circuited by closing contactors 16 and 17.
The final stop can be obtained by a mechanical brake which can moreover be controlled electrically.
The process for increasing from 1 to 2 the number: of motors in a bypass can be extended to increase the number: of motors in a bypass from state 1 to state 2 and vice versa, regardless of the number of motors par. derivation.
Fig. 11. It represents another way of going from the parallel coupling of two semi-direct dy namos compound to their coupling in series. Assuming contactors 3, 4. 17 and 18 closed, 13 open and motors Al and A = excited in semi-direct compound and in parallel, both on the network at minimum speed, that is: at maximum flow. We then open in order 17. $ 1 and 3, which removes the voltage U on the .dynamo A ::. We then quickly close 13 and open 4.
A, then debits on the resistor R ,. One then regulates the excitations -of a1-b, and a2-b = for the minimum values allowing to have the. voltage U per motor and while the excitation decreases, R is progressively short-circuited by contactors 17 and 18. We then energize al-b, and a - b ,, up to the maximum and braking is completed as previously explained for FIG. 10 and by the mechanical brake.
Obviously, the process shown in FIG. 11 can be generalized to introduce into a derivation on the network U containing any number of main dynamos: coupled together in series, another group also composed of: one or more dy namos coupled together in series.
A motor unit can be constituted, not by a motor, but by several motors in series, permanently coupled, at least: in the combined operation. It is then possible to arrange the windings H all in series and: in a con tiguous manner and the voltage @de the exciter a-b can be arranged in a circuit p which comprises the inductors H.
This is represented, by way of example, in FIG. 12 where two motors A1K ,, H1 and A, K_, H2 are supposed to form a driving unit in the semi-direct compound operation of end terminals 11 and N.
Starting assumed to be carried out in series excitation by known methods, as shown, the drivers H1 and HZ are contiguous, for compound operation, the local circuit p will be closed by the contactor 6, it only has one armature ab d exciter for two motors.
The exciter a-b is placed either in the auxiliary bridge p, or in the initial bridge A, K, H1 and H2K2A_, as shown by way of example. a-b will be excited as before. The arrows i in solid line represent the currents in the driving movement; the discontinuous arrows i represent the reverse current during the. recovery; I is the excitation current in the windings Hl and H ..
Of course, the succession of connections can be easily established by a control cylinder, by a camshaft, by contactors controlled by a control cylinder or by combinations of these devices. It is even possible, by using the normal series-parallel starting controls, to make the additional connections: semi-direct compound operation by an additional controller cylinder.
Since in slowly variable regime the inductor ampere-turns vary as for a direct compound dynamo, the torque can be represented and discussed as for an ordinary dy namo compound, in generator mode. C =, # (NI-ni) <I> i </I> of which <I> N </I> and n would be the number of turns of the series-direct inductors K and: of the separately excited inductor H and j a coefficient of proportionality.
If <I> NI </I> and n are chosen appropriately, the torque may show little variation because if i increases, the first factor decreases, while the second increases. If the iron is not saturated, the couple C varies proportionally to the product <I> (NI - ni) ni </I> form where we recognize the product of two factors whose sum is constant.
Noting furthermore that, in generator operation, the torque to be supplied by the dynamo is much smaller than in driving operation because, in generator operation, the ohmic voltage drops are reversed in the armature and in line, we understand that the current i. in the generator dynamo is much smaller than in the motor for equal accelerations in absolute values.
It can therefore be seen that it may be possible to brake with recovery by using a single coupling of dynamos excited in com- pound or at least to reduce for braking the number of changes of neck ranges used in driving, and - moreover the possibility of not involving the variation of s ,, during the recovery or at least of using only a small number of values e ,.
Indeed, if we draw a circumference (fig. 13) of diameter <I> AB = NI, </I> raising a perpendicular on the diameter whose foot is distant <I> BC = ni </I> from the At one end of the diameter, the torque is proportional to the square of the perpendicular <I> CD </I> since: CD2 <I> = AC </I> X BC. It will therefore be possible to obtain with s ,; and L7 assumed constant, a torque of approximately constant, or increasing, or decreasing average value as the ampere-turns <I> rai. </I> decrease, which will occur automatically at decreasing speed.
It suffices, in fact, that, at maximum speed, point C is to the left of the center 0 of the conference circle and close enough to A or that C is on the contrary close enough to 0 or that C is on part <B > OR, </B> but close to 0, so that the square of the perpendicular <I> CD </I> respectively, increases or varies little or decreases when the speed and with it CB or <I> ni < / I> decreases.
Fig. 14 represents braking with recovery -of two motors A1N, Hl and A @ N, H- Assuming them started in series with intercalation of the exciter armature ab, the closing of the circuit of the single inductor 72 of the armature exciter ab on the voltage Vb by the contactor C ,, then the voltage will developed in a sub-exciter by the inductor ef allows,
by closing the bypass p (fig. 1.4) using contactor C2, to switch to semi-direct compound operation. The copper weights on the exciter and main motor inductors are then reduced to a minimum. A large resistance, adjustable, for example, by closing contactors C3 and C4, is placed in the circuit of the inductor.
In the diagrams of fig. 1, 2, 3, 4. 5 where the voltage E $ is obtained by the excitation of the inductor e -f by the current i, it is good to shunt this inductor by a strong choke coil. This coil of uelf L is shown as an example, in FIG. 14. It is understood that, during transient regimes, the variations .de i will result in large variations of the exciting current e-f. In regular regime, on the contrary, the currents will be shared between e-f and <I> L </I> according to their ohmic resistances.
This will allow temporarily in transient mode to increase the series-indirect ampere-turns and consequently to decrease the number of turns of the winding K.
It is possible to introduce into the electric circuit of the <I> II </I> winding a voltage supplied by a small auxiliary exciter dynamo, excited in any way and driven at a speed proportional to the speed. of the wheels and withdrawing from the tension Fb. Thus, the tension = b-Ec - of the dynamo A will increase when the speed of the vehicle decreases.
As an embodiment, in the case where the exciter of the inductor H itself carries a single inductor, in addition to the voltages <B> 11 </B> and possibly r ,,. we can introduce. in the electrical circuit of these inductors, a voltage v @ produced by the armature of a small sub-exciter driven at a speed proportional to. the rotational speed of the wheels and excited, for example, separately.
For example, -in fig. 14, the armature producing the voltage v would be introduced into the circuit of the inductor 7 of the exciter a-b.
In walking in semi-direct compound excitation -braking, when the flow of the main motor has. achieved. its maximum value, it will automatically switch to rheostatic braking to avoid an exaggerated current I in part H of the inductor winding of a main motor, winding excited by the adjustable voltage or by the sum of two voltages.
That. can be achieved by energizing the winding of a relay by the excitation current I in question. This relay will close the circuit energizing an electrical or electro-pneumatic contactor. Closing the contactor itself will bypass the brake resistors on the main dynamos.
It is easy to arrange for the closing of the braking circuit to cut off by another contactor excited by this braking current the connection of the main dynamos with the network.