Dispositif pour la commande des moteurs électriques de traction d'un véhicule La présente invention a pour objet un dispositif pour la commande des, moteurs électriques de trac, tion d'un véhicule excités séparément en courant continu et alimentés à partir d'une source de courant alternatif externe par l'intermédiaire de moyens re dresseurs portés par le véhicule,
comprenant des moyens de commande agencés de manière à permet tre de faire varier la tension appliquée aux induits des moteurs et des moyens de commande d'excita tion principaux agencés de manière à faire varier automatiquement le courant d'excitation des moteurs en fonction du courant d'induit total absorbé par l'ensemble des moteurs et dans le même sens que ce dernier courant.
Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande d'excitation auxiliaires agencés de manière à faire varier automatiquement le courant d'excitation de chaque moteur dès que l'intensité du courant d'induit de celui-ci n'est plus égale à la valeur moyenne des intensités des courants d'induit des autres moteurs, de façon à rétablir l'équilibre des courants.
Le dessin annexé représente., à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif selon l'inven tion et une variante.
Les fig. 1 et 2 montrent respectivement les sché mas de ces deux formes d'exécution.
La fig. 3 montre un schéma de la variante.
En référence à la fig. 1, un transformateur prin cipal d'alimentation 10, comprenant un enroulement primaire 10a branché entre la terre et une ligne aé rienne d'alimentation 11 et un enroulement secon- daire 10b à prises, alimente, par l'intermédiaire d'un appareil de changement de prise, trois redresseurs 12, 13, 14 à deux alternances, des contacteurs principaux 16 et l'enroulement primaire 17a d'un transformateur de courant 17.
Chaque redresseur alimente l'induit respectif Al, A2, A3 de trois moteurs de traction Ml, M2, M3, à excitation séparée. Chaque moteur de traction possède un enroule ment d'excitation IF1, IF2, IF3 des pôles de com mutation, un enroulement inducteur principal MFl, MF2, MF3 à excitation séparée et un enroulement de compensation BFl, BF2, BF3 qui ne fournit qu'une faible proportion de l'excitation du moteur.
Les trois enroulements inducteurs principaux MFl, MF2, MF3 sont alimentés en parallèle, à travers un inverseur 19, par le courant de sortie redressé d'un amplificateur magnétique 18 du type auto-excité,
l'alimentation de l'amplificateur magnétique prove nant d'un enroulement secondaire auxiliaire 10c du transformateur principal 10.
L'amplificateur magnétique 18 possède deux noyaux magnétiques et cinq enroulements de com mande 18a à 18e, dont chacun comporte deux sec tions, une section sur chaque noyau,
les sens de magnétisation dus aux différents enroulements étant indiqués par les flèches au dessin. L'enroulement de commande 18a est alimenté à partir de l'enroule ment secondaire 17b du transformateur de courant 17 par l'intermédiaire d'un redresseur 20 à deux alternances et d'un potentiomètre 21, et est ainsi excité en fonction du courant d'induit total des trois moteurs de traction.
L'enroulement de commande 18b fonctionne à la fois comme enroulement de coin- mande de freinage et comme enroulement de polari sation et il est alimenté par une enroulement secon daire auxiliaire 10d du transformateur principal 10 par- l'intermédiaire d'un redresseur 22 à deux alter nances et d'une résistance variable 23.
La résistance 23 est réglée de manière que, lors des conditions de fonctionnement à vide des moteurs, le courant continu de sortie de l'amplificateur ma gnétique 18 soit réduit à une valeur très faible (c'est à-dire que les enroulements inducteurs MFl à MF3 des moteurs ne sont que faiblement alimentés). Par suite, lorsque le courant d'induit augmente,
les ampè res-tours de l'enroulement 18a s'opposent à ceux de l'enroulement 18b et font croître ainsi le courant d'excitation des moteurs de traction. Une augmenta tion et une diminution du courant d'induit total des moteurs provoquent ainsi une augmentation et une diminution correspondante de l'excitation des mo teurs, d'une façon analogue. à celle qui se présen terait avec des moteurs de traction série.
Par ailleurs, comparativement aux moteurs de traction série, la possibilité de patinage des roues est notablement ré duite, car même si la charge est supprimée, cu par- tiellement supprimée, sur un moteur particulier, son excitation est encore déterminée par le courant de charge total des trois moteurs.
On peut obtenir un affaiblissement rapide de l'excitation des moteurs de traction aux vitesses éle vées par un réglage du potentiomètre 21.
Chaque enroulement de compensation BF1 à BF3 est automatiquement commandé de façon telle que tous les moteurs soient traversés sensiblement par le même courant d'induit, ces trois enroulements étant alimentés par trois amplificateurs magnétiques séparés 24 à 26, respectivement.
L'alimentation de ces trois amplificateurs magnétiques est également assurée par l'enroulement secondaire auxiliaire 10e du transformateur principal 10.
Chaque amplificateur magnétique 24 à 26 pos sède deux noyaux magnétiques et quatre enroule ments de contrôle<I>a, b, c, d,</I> dont chacun, est en deux sections, une section sur chaque noyau ;
les sens de magnétisation dus aux différents enroulements sont indiqués par les flèches. L'enroulement de commande d de chaque amplificateur fonctionne en enroule ment de polarisation et il est destiné à donner au courant de sortie des amplificateurs la moitié de sa valeur normale quand les moteurs ne supportent aucune charge.
Ces trois enroulements d sont alimen tés en série par un redresseur 27 à deux alternances qui est alimenté par un autre enroulement secon daire auxiliaire 10e du transformateur principal 10. D'une façon différente, les trois enroulements d pour raient être alimentés en parallèle à partir du redres seur 27 par l'intermédiaire de rhéostats individuelle ment réglables.
L'enroulement de commande a de l'amplificateur 24 est branché<B>-</B>en série avec les enroulements de commande b et c des amplificateurs 25 et 26, res pectivement, aux bornes de l'enroulement d7excita- tion IF1 des pôles de communication du moteur Ml.
D'une façon analogue, l'enroulement de commande a de l'amplificateur magnétique 25 est branché en série avec les, enroulements b dos amplificateurs magnétiques 24 et 26, aux bornes de l'enroulement d'excitation IF2 des pôles de commutation du moteur M2;
tandis que l'enroulement de commande a de l'amplificateur magnétique 26 est branché en série avec les enroulements c des amplificateurs magnéti ques 24 et 25, aux bornes de l'enroulement d'exci tation IF3 des pôles de commutation du moteur M3.
Dans tous les cas, le nombre de spires de chacun des enroulements b et c est la moitié du nombre de spires des enroulements a. Dans un but de simplifi- cation, on a supprimé les connexions entre les ampli ficateurs magnétiques et les enroulements d'excitation des pôles de commutation.
En considérant l'amplificateur magnétique 24, on voit que les enroulements de commande a à c sont excités en fonction des courants d'induit des moteurs Ml à M3, respectivement, les enroulements b et c étant en opposition par rapport à l'enroulement a. Ainsi, puisque chacun des enroulements b et c n'a que la moitié des spires de l'enroulement a, si tous les courants d'induits sont égaux, les ampères-tours de l'enroulement a seront équilibrés par la somme des ampères-tours des enroulements b et c.
Les en roulements a à c des deux autres amplificateurs magnétiques fonctionnent dans des conditions ana logues.
De ce fait, chaque amplificateur magnétique 24 à 26 fonctionne de façon à rendre l'intensité du cou rant d'induit du moteur correspondant égale à la valeur moyenne des intensités des courants d'induit des deux autres moteurs, de sorte que si l'intensité du courant d'induit d'un moteur tend à dépasser cette valeur moyenne, l'inducteur correspondant agira de façon à faire croître la force contre-électromotrice de l'induit et à rétablir ainsi l'équilibre des courants.
En général, si il y a x moteurs de traction, l'am- plificateur magnétique 24 possédera (en dehors de l'enroulement de polarisation) un enroulement de commande constitué par N spires traversées par un courant proportionnel au courant dans le moteur Ml et des enroulements de commande constitués par N/x-1 spires, pour chacun des autres moteurs,
tra versées par des courants proportionnels aux cou rants de ces autres moteurs.
De même, l'amplificateur magnétique 25 possé dera (en dehors de l'enroulement de polarisation) un enroulement de commande de N spires traversées par un courant proportionnel au courant d'induit du moteur M2 et des enroulements de commande de N/x-1 spires pour chacun des autres moteurs, et ainsi de suite.
Au lieu de brancher ces enroulements de com mande aux bornes des enroulements d'excitation des pôles de commutation des moteurs, on pourrait les brancher aux bornes d'un shunt branché en série avec chaque induit. Pour le freinage électrique des moteurs de trac tion, l'enroulement a de l'amplificateur magnétique 18 n'intervient pas, le degré de freinage étant con trôlé par la résistance variable 23, en série avec l'en roulement b de l'amplificateur 18.
Cet enroulement b est excité, dans les conditions de freinage électri que, de façon à assurer un faible courant de sortie de l'amplificateur magnétique 18 et, par suite, un minimum d'excitation des enroulements inducteurs principaux, et des contacteurs de freinage B1, B2, B3 sont alors fermés (après ouverture des contacteurs principaux 16) pour connecter les induits des moteurs aux bornes de résistances de freinage séparées 28, 29, 30, respectivement.
Les enroulements de commande c, d et e de l'am plificateur magnétique 18 sont branchés aux bornes des résistances de freinage 28 à 30, respectivement, de façon que, dans ces conditions, ils sont traversés chacun par un courant proportionnel au courant cir culant à travers la résistance de freinage correspon dante et ajoutent leurs ampères-tours à ceux de l'en roulement b.
Toute excitation due au champ résiduel d'un moteur et produisant un courant dans les cir cuits de l'induit de ce moteur entraîne l'excitation de l'enroulement de commande c, d ou e correspon dant dans le sens d'une réduction du courant de sor tie de l'amplificateur magnétique. Dans un but de clarté, on n'a pas représenté les connexions entre les enroulements c, d et e et les résistances de freinage.
On obtient une augmentation du freinage en ré duisant, et si nécessaire en inversant le courant dans l'enroulement b, ce qui augmente l'excitation des inducteurs principaux, et par suite les courants d'in duit, jusqu'au moment où les enroulements c, d et e sont suffisamment excités pour empêcher un autre accroissement de l'excitation. La réaction négative de courant d'induit des enroulements c, d et e a pour effet de rendre l'action, de freinage indépendante, dans une large mesure, de la vitesse d'induit.
La forme d'exécution décrite ci-dessus comprend un très grand amplificateur magnétique pour les trois enroulements principaux inducteurs à excitation sé parée et un petit amplificateur magnétique pour chaque enroulement de compensation. Dans la seconde forme d'exécution représentée à la fig. 2, dans laquelle les éléments semblables sont désignés par les mêmes chiffres de référence,
les enroulements de compensation sont supprimés et chaque enroule ment inducteur principal est alimenté à partir d'un amplificateur magnétique distinct 40, 41, 42, respec tivement.
Chaque amplificateur magnétique possède 6 en roulements de commande a à f, chaque enroulement possédant deux sections en opposition. Les enroule ments a des trois amplificateurs sont branchés en série aux bornes du potentiomètre 21, tandis que les enroulements b sont alimentés en série à partir du redresseur 22 par l'intermédiaire de la résistance variable 23.
Comme dans la forme d'exécution repré sentée à la fig. 1, une augmentation et une diminu- tion du courant d'induit total provoquent, de ce fait, une augmentation et une diminution correspon dantes de l'excitation des moteurs.
L'enroulement c de l'amplificateur 40 est bran ché en série avec les enroulements d et e des ampli ficateurs 41 et 42 respectivement, aux bornes de l'enroulement d'excitation IFl des pôles de commu tation du moteur Ml, tandis que l'enroulement c de l'amplificateur 42 est connecté avec les enroulements e des amplificateurs 40 et 41, aux bornes de l'en roulement d'excitation IF3 des pôles de commuta tion du moteur M3.
Dans tous les cas, le nombre de spires de chacun des enroulements d et e est la moitié du nombre de spires des enroulements c et les amplificateurs ma gnétiques fonctionnent de façon à maintenir l'équi libre des courants d'induit, les enroulements étant agencés de manière à ne pas. délivrer plus de cou rant de sortie qu'il n'est strictement nécessaire pour équilibrer les courants. d'induit. En d'autres termes, ces enroulements fonctionnent exactement de la même façon que les enroulements<I>a, b</I> et c des am plificateurs magnétiques 24-25-26 de la forme d'exé cution représentée à la fig. 1.
Le freinage électrique est obtenu de la même manière qu'avec la forme d'exécution représentée à la fig. 1, en connectant les enroulements f des ampli ficateurs aux bornes respectivement des résistances de freinage 28 à 30. On a également omis les con nexions, dans un but de simplification.
Dans la variante représentée à la fig. 3, les trois redresseurs 12, 13, 14, alimentant les induits des moteurs, sont alimentés à partir d'un enroulement secondaire lof du transformateur principal 10 par l'intermédiaire d'un amplificateur magnétique 50 ayant deux noyaux magnétiques et deux enroulements <I>a</I> et<I>b</I> dont chacun est en deux sections, une sur cha que noyau.
L'enroulement de référence a est ali menté à partir d'un enroulement auxiliaire 10g du transformateur principal, par l'intermédiaire d'un re dresseur 51 et d'une résistance variable 52, tandis- que l'enroulement de commande b est alimenté par un redresseur 53 branché en série avec le redresseur 20 aux bornes de l'enroulement secondaire l7b du transformateur 17.
La résistance 52 est réglée de façon que l'enrou lement de référence a fasse débiter par l'amplifica teur magnétique le courant de sortie nécessaire pour alimenter les induits Al, A2, A3 des moteurs, et que l'enroulement de commande b, qui -est alimenté en fonction du courant de charge total des induits des moteurs, fonctionne de façon à limiter automatique ment le courant de charge à une valeur désirée.
Les amplificateurs magnétiques 40, 41, 42 fonctionnent de la même manière que dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2. L'amplificateur magnétique 50 peut comprendre un enroulement de polarisation.
Dans toutes les, formes d'exécution décrites ci- dessus, lés amplificateurs magnétiques peuvent être soit du type à auto-excitation séparée, soit du simple type série et si on le désire, ils peuvent être alimen tés par une source à haute fréquence. Dans certains cas, ils peuvent être d'un autre type, par exemple constitués par des tubes à vide.
Device for controlling the electric traction motors of a vehicle The present invention relates to a device for controlling the electric traction motors of a vehicle separately excited by direct current and supplied from a source of external alternating current by means of re-dressers carried by the vehicle,
comprising control means arranged so as to make it possible to vary the voltage applied to the armatures of the motors and main excitation control means arranged so as to automatically vary the excitation current of the motors as a function of the current d total armature absorbed by all the motors and in the same direction as the latter current.
This device is characterized in that it comprises auxiliary excitation control means arranged so as to automatically vary the excitation current of each motor as soon as the intensity of the armature current thereof is not more equal to the average value of the intensities of the armature currents of the other motors, so as to restore the balance of the currents.
The appended drawing shows, by way of example, two embodiments of the device according to the invention and a variant.
Figs. 1 and 2 respectively show the diagrams of these two embodiments.
Fig. 3 shows a diagram of the variant.
With reference to FIG. 1, a main power supply transformer 10, comprising a primary winding 10a connected between the earth and an overhead power line 11 and a secondary winding 10b with taps, supplied, via a control device. tap change, three two-wave rectifiers 12, 13, 14, main contactors 16 and the primary winding 17a of a current transformer 17.
Each rectifier supplies the respective armature A1, A2, A3 of three traction motors M1, M2, M3, with separate excitation. Each traction motor has an excitation winding IF1, IF2, IF3 of the switching poles, a main field winding MFl, MF2, MF3 with separate excitation and a compensation winding BFl, BF2, BF3 which only supplies one low proportion of motor excitation.
The three main inductor windings MF1, MF2, MF3 are supplied in parallel, through an inverter 19, by the rectified output current of a magnetic amplifier 18 of the self-excited type,
the supply of the magnetic amplifier coming from an auxiliary secondary winding 10c of the main transformer 10.
The magnetic amplifier 18 has two magnetic cores and five control windings 18a to 18e, each of which has two sections, one section on each core,
the directions of magnetization due to the different windings being indicated by the arrows in the drawing. The control winding 18a is supplied from the secondary winding 17b of the current transformer 17 via a two-wave rectifier 20 and a potentiometer 21, and is thus energized as a function of the current d total armature of the three traction motors.
The control winding 18b functions both as a brake command winding and as a bias winding and is supplied by an auxiliary secondary winding 10d of the main transformer 10 via a rectifier 22 to. two alternations and a variable resistor 23.
The resistor 23 is adjusted so that, during the no-load conditions of the motors, the direct current output of the magnetic amplifier 18 is reduced to a very low value (i.e. the inductor windings MFl at MF3 motors are only weakly supplied). As a result, when the armature current increases,
the ampere-turns of the winding 18a oppose those of the winding 18b and thus increase the excitation current of the traction motors. An increase and decrease in the total armature current of the motors thus causes a corresponding increase and decrease in the excitation of the motors, in a similar fashion. to that which would appear with series traction motors.
Furthermore, compared to series traction motors, the possibility of wheel spinning is notably reduced, because even if the load is removed, or even partially removed, on a particular motor, its excitation is still determined by the load current. total of the three engines.
A rapid decrease in the excitation of traction motors at high speeds can be achieved by adjusting potentiometer 21.
Each compensation winding BF1 to BF3 is automatically controlled such that all the motors are traversed substantially by the same armature current, these three windings being supplied by three separate magnetic amplifiers 24 to 26, respectively.
The supply of these three magnetic amplifiers is also provided by the auxiliary secondary winding 10e of the main transformer 10.
Each magnetic amplifier 24 to 26 has two magnetic cores and four control windings <I> a, b, c, d, </I> each of which is in two sections, one section on each core;
the directions of magnetization due to the different windings are indicated by the arrows. The control winding d of each amplifier operates as a bias winding and is intended to give the output current of the amplifiers half of its normal value when the motors are not supporting any load.
These three windings d are supplied in series by a two half-wave rectifier 27 which is supplied by another auxiliary secondary winding 10e of the main transformer 10. In a different way, the three windings d could be supplied in parallel from rectifier 27 by means of individually adjustable rheostats.
The control winding a of the amplifier 24 is connected <B> - </B> in series with the control windings b and c of the amplifiers 25 and 26, respectively, to the terminals of the excitation winding IF1 of the communication poles of the motor Ml.
Similarly, the control winding a of the magnetic amplifier 25 is connected in series with the windings b of the magnetic amplifiers 24 and 26, at the terminals of the excitation winding IF2 of the switching poles of the motor. M2;
while the control winding a of the magnetic amplifier 26 is connected in series with the windings c of the magnetic amplifiers 24 and 25, to the terminals of the excitation winding IF3 of the switching poles of the motor M3.
In all cases, the number of turns of each of the windings b and c is half the number of turns of the windings a. For the sake of simplicity, the connections between the magnetic amplifiers and the excitation windings of the switching poles have been omitted.
Considering the magnetic amplifier 24, it can be seen that the control windings a to c are excited as a function of the armature currents of the motors M1 to M3, respectively, the windings b and c being in opposition with respect to the winding a . Thus, since each of the windings b and c has only half of the turns of the winding a, if all the armature currents are equal, the ampere-turns of the winding a will be balanced by the sum of the amperes- turns of windings b and c.
The bearings a to c of the other two magnetic amplifiers operate under similar conditions.
Therefore, each magnetic amplifier 24 to 26 operates so as to make the intensity of the armature current of the corresponding motor equal to the average value of the intensities of the armature currents of the other two motors, so that if the The intensity of the armature current of a motor tends to exceed this average value, the corresponding inductor will act in such a way as to increase the counter-electromotive force of the armature and thus to restore the balance of the currents.
In general, if there are ax traction motors, the magnetic amplifier 24 will have (apart from the polarization winding) a control winding consisting of N turns through which a current is passed proportional to the current in the motor M1 and control windings formed by N / x-1 turns, for each of the other motors,
crossed by currents proportional to the currents of these other motors.
Likewise, the magnetic amplifier 25 will have (apart from the polarization winding) a control winding of N turns traversed by a current proportional to the armature current of the motor M2 and of the control windings of N / x- 1 turns for each of the other motors, and so on.
Instead of connecting these control windings to the terminals of the excitation windings of the switching poles of the motors, they could be connected to the terminals of a shunt connected in series with each armature. For the electric braking of the traction motors, the winding a of the magnetic amplifier 18 does not intervene, the degree of braking being controlled by the variable resistor 23, in series with the rolling b of the amplifier. 18.
This winding b is energized, under electric braking conditions, so as to ensure a low output current of the magnetic amplifier 18 and, consequently, a minimum of excitation of the main field windings, and of the braking contactors B1 , B2, B3 are then closed (after opening of the main contactors 16) to connect the armatures of the motors to the terminals of separate braking resistors 28, 29, 30, respectively.
The control windings c, d and e of the magnetic amplifier 18 are connected to the terminals of the braking resistors 28 to 30, respectively, so that, under these conditions, they are each traversed by a current proportional to the circulating current. through the corresponding braking resistor and add their ampere-turns to those of the rolling b.
Any excitation due to the residual field of a motor and producing a current in the circuits of the armature of this motor causes the excitation of the corresponding control winding c, d or e in the direction of a reduction of the output current of the magnetic amplifier. For the sake of clarity, the connections between the windings c, d and e and the braking resistors have not been shown.
An increase in braking is obtained by reducing, and if necessary by reversing the current in the winding b, which increases the excitation of the main inductors, and consequently the induction currents, until the moment when the windings c, d and e are sufficiently excited to prevent further increase in excitation. The negative reaction of the armature current of the windings c, d and e has the effect of making the braking action independent, to a large extent, of the armature speed.
The embodiment described above comprises a very large magnetic amplifier for the three main inductor windings with separate excitation and a small magnetic amplifier for each compensation winding. In the second embodiment shown in FIG. 2, in which like elements are designated by the same reference numerals,
the compensation windings are removed and each main inductor winding is powered from a separate magnetic amplifier 40, 41, 42, respectively.
Each magnetic amplifier has 6 control bearings a through f, each winding having two opposing sections. The windings a of the three amplifiers are connected in series to the terminals of the potentiometer 21, while the windings b are supplied in series from the rectifier 22 via the variable resistor 23.
As in the embodiment shown in FIG. 1, an increase and decrease of the total armature current therefore causes a corresponding increase and decrease in the excitation of the motors.
The winding c of the amplifier 40 is connected in series with the windings d and e of the amplifiers 41 and 42 respectively, at the terminals of the excitation winding IFl of the switching poles of the motor M1, while the The winding c of the amplifier 42 is connected with the windings e of the amplifiers 40 and 41, to the terminals of the excitation rolling IF3 of the switching poles of the motor M3.
In all cases, the number of turns of each of the windings d and e is half the number of turns of the windings c and the magnetic amplifiers operate so as to maintain the equi free of the armature currents, the windings being arranged so as not to. deliver more output current than is strictly necessary to balance the currents. armature. In other words, these windings operate exactly the same as the windings <I> a, b </I> and c of the magnetic amplifiers 24-25-26 of the embodiment shown in fig. 1.
Electric braking is obtained in the same way as with the embodiment shown in FIG. 1, by connecting the windings f of the amplifiers to the terminals respectively of the braking resistors 28 to 30. The connections have also been omitted, for the sake of simplification.
In the variant shown in FIG. 3, the three rectifiers 12, 13, 14, supplying the armatures of the motors, are supplied from a secondary winding luff of the main transformer 10 via a magnetic amplifier 50 having two magnetic cores and two windings <I > a </I> and <I> b </I> each of which is in two sections, one on each kernel.
The reference winding a is supplied from an auxiliary winding 10g of the main transformer, via a rectifier 51 and a variable resistor 52, while the control winding b is supplied. by a rectifier 53 connected in series with the rectifier 20 at the terminals of the secondary winding 17b of the transformer 17.
Resistor 52 is adjusted so that the reference winding a causes the magnetic amplifier to deliver the output current required to supply the armatures Al, A2, A3 of the motors, and that the control winding b, which - is supplied according to the total load current of the armatures of the motors, operates in such a way as to automatically limit the load current to a desired value.
The magnetic amplifiers 40, 41, 42 operate in the same way as in the embodiment shown in FIG. 2. The magnetic amplifier 50 may include a bias winding.
In all of the embodiments described above, the magnetic amplifiers may be either of the separate self-exciting type or of the simple series type and if desired they may be supplied from a high frequency source. In certain cases, they can be of another type, for example constituted by vacuum tubes.