Installation pour la transformation de puissance électrique. L'objet de la présente invention est une installation pour la transformation de puis sance électrique à voltage constant en éner gie mécanique et vice-versa, particulièrement dans les locomotives électriques.
Suivant l'invention, l'installation comporte deux groupes d'appareils; l'un c'est le groupe des moteurs de propulsion qui ne sont jamais connectés immédiatement à la ligne d'alimen tation de courant; ce groupe est appelé "groupe moteur\. L'autre groupe est consti tué par des appareils connectés à la ligne, ayant toujours un voltage constant et étant destinés à rendre variable au moins le vol tage, dont sont alimentés les appareils du groupe moteur.
Dans le dessin annexé, on a représenté, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma de la première forme d'exécution appliquée à une locomotive électrique, dans laquelle on a suppdsé que l'alimentation soit à courant continu.
Le "groupe transformateur" comporte un transformateur statique de courant continu à voltage constant en courant continu à inten sité constante et inversement.
Cet appareil, désigné par Q dans la fig. 1 comporte un circuit magnétique comme celui des moteurs asynchrones, mais où le stator et le rotor sont fixes. Ce circuit magnétique est revêtu d'un enroulement Q' à courant continu connecté à un commutateur A qui n'est pas solidaire du circuit magnétique, mais qui en est séparé et qui tourne entraîné par un petit moteur auxiliaire C. Ce commutateur séparé comporte une couronne de segments A' isolés les uns des autres; cette couronne tourne avec le moteur auxiliaire C.
De plus, le commutateur comporte un tambour Az coaxial avec lacouron ne A' et que le moteur C fait tourner; sur lequel glissent des contacts K', dont le nombre correspond au nombre des segments de la couronne et qui trans mettent le courant entre lesdits segments et l'enroulement Q'.
Avec la couronne des segments A' sont en contact quatre balais fixes déplacés de <B>900</B> l'un de l'autre; les deux balais K et<I>L</I> diamétralement opposés sont connectés à la ligne à tension constante, les deux autres N et 0 sont connectés à la ligne à intensité constante.
Le courant continu à voltage constant est conduit à travers le trolley T, au balai K du commutateur séparé A, il sort du com mutateur par le balai L et s'en va à la terre. On a représenté dans la fig. 1 deux vues schématiques du commutateur séparé, une vue latérale et une vue frontale pour pouvoir indiquer clairement la position des balais.
Le courant débité par la ligne à tension constante crée un flux Pi dans le circuit ma gnétique du transformateur Q. Ce flux tourne avec une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du commutateur séparé A; nous supposerons que cette vitesse soit constante. Le flux Pi n'induit aucune force électromo trice entre les balais K et<I>L</I> connectés à la ligne à tension constante, mais il en induit une entre les deux autres N et 0.
Le cou rant qui pénètre dans l'appareil à travers ces derniers balais crée à son tour un autre flux P2 décalé par rapport au flux Pi d'un quart de période et induit une f. e. ni. uniquement entre les balais K et<I>L</I> connectés à la ligne à tension constante. Comme cette dernière tension est constante, P2 doit être constant; nécessairement aussi le courant qui le pro duit doit être constant, c'est-à-dire le courant de la ligne à intensité constante est effecti vement maintenu constant.
Le groupe moteur consiste en un ou plu sieurs moteurs avec commutateur séparé et rotor à cage d'écureuil, ou bien en un ou plu sieurs moteurs avec commutateur séparé et inducteurs tournants décrits.
Ces moteurs consistent essentiellement en un circuit magnétique fixe comme celui des moteurs asynchrones; ce circuit est revêtu d'un enroulement continu connecté à un com mutateur séparé tournant grâce à un petit moteur auxiliaire. Le rotor est soit à cage d'écureuil; soit à inducteurs tournants, comme pour les moteurs synchrones.
Le commutateur A distribue le courant à l'enroulement<B>QI</B> du transformateur Q et, comme il a été expliqué plus haut, on obtient aux balais N et 0 du courant continu à in tensité constante et voltage variable.
Le courant à intensité constante est main tenant fourni aux moteurs à propulsion M, Jl auxquels il est distribué par un commu tateur B construit de la même manière que le commutateur A, à l'exception qu'il ne comporte que deux balais 11T1 et<B>01,</B> dont 1Y1 est relié avec le balai N et 01 avec le balai 0 du commutateur A.
On a disposé un seul commutateur B dans le but d'obtenir un synchronisme parfait des deux moteurs. Le commutateur séparé B est entraîné par un petit moteur E à vitesse et à sens variables contrôlés immédiatement par le wattman.
L'opération du démarrage s'effectue comme suit: Le moteur C entraîne le commutateur A à vitesse normale, et la clé de court- circuit F est fermée permettant ainsi au trans formateur Q de fonctionner normalement, avec une consommation de courant minime. Au moment du démarrage, lé wattman fait dé marrer le petit moteur E à une très faible vitesse, et ouvre la clé F. Le courant con tinu à intensité constante pénètre dans les moteurs et y crée un flux tournant à très faible vitesse développant ainsi un très fort couple de démarrage.
Peu à peu alors, le wattman augmente la vitesse du petit moteur E, les moteurs de propulsion M suivront et le transformateur Q fournira automatiquement le voltage aug mentant peu à peu. Pour le freinage avec ré cupération, le wattman n'a qu'à diminuer peu à peu la vitesse du petit moteur B.
Au lieu d'un enroulement, le transforma teur Q en pourrait comporter deux; dans ce cas, deux commutateurs A sont prévus, un par enroulement. D'autre part, la couronne de segments A1 pourrait être fixe, tandis que les balais .K, <I>L, 1;</I> 0 tournent; dans ce cas, les segments de la couronne sont directement connectés avec l'enroulement<B>QI</B> et le tambour A est supprimé.
Sur la figure, les rotors des moteurs à propulsion sont à cage d'écureuil, mais il peuvent être aussi du type à inducteurs tournants.
Dans la deuxième forme d'exécution, dont la fig. 2 représente un schéma, on a supposé que la ligne soit polyphasée à voltage cons- tarrt, par exemple triphasé.
Le groupe moteur comporte un moteur triphasé 7', qui comprend, comme tous les moteurs de ce type, un circuit magnétique fixe, tel que celui des moteurs asynchrones; ce circuit magnétique est revêtu d'un enrou lement à courant continu Q, connecté à un commutateur 7 qui tourne entraîné par un petit moteur auxiliaire 8. Ces balais sont dé calés de 1200 l'un de l'autre.
Ce commutateur 7 est construit de la même manière que le commutateur A de la fig. 1, c'est-à-dire il comprend une couronne rotative de segments 100 et un tambour ro tatif 101 sur lequel glissent les contacts K', dont le nombre correspond à celui des seg ments de la couronne 100. Avec celle-ci sont en contact trois balais fixes 102, 103 et 104.
Le commutateur 7 est placé à proximité du moteur, mais si possible dans l'intérieur de la cabine pour faciliter l'inspection et l'échange éventuels.
Le courant triphasé est dérivé des trolleys 1 et 2 et de la terre; il entre d'abord dans l'auto-transformateur 6, dont le secondaire peut être modifié grâce aux contacts réglables 3, 4 et 5. Ces contacts sont reliés respecti vement avec les balais 104, 103 et 102 par lesquels le courant est amené au commutateur séparé 7 connecté à son tour par les contacts K' <I>à</I> l'enroulement Q' du moteur de pro pulsion 7'.
Le transformateur 6 est du type ordinaire à rapport de voltage variable; il a pour but de permettre d'approprier le voltage amené au moteur 7' à chaque degré de vitesse. Le moteur 8, dont la vitesse est variable, est immédiatement contrôlé par le wattman. Pour faire démarrer le moteur de propulsion 7', le petit moteur auxiliaire 8 est porté à la vitesse du synchronisme moins un glissement g et dans un sens convenable.
Le courant qui entre dans le commutateur 7 à la fréquence de la ligne engendre dans le moteur de propulsion 7' un flux tournant à une vitesse égale à celle correspondant à la fréquence de la li gne, moins celle du commutateur 7, donc ce flux tournera à une vitesse égale à celle correspondant à la fréquence de la li gne multipliée par le glissement g, c'est-à- dire à une très basse vitesse, de manière à engendrer un puissant couple de rotation fa vorable au démarrage.
Au fur et à mesure que la vitesse du petit moteur 8 diminue, la vitesse du flux tournant dans le moteur 7' augmente en en traînant le rotor à cage. Comme toutefois il faudra augmenter, au fur et à mesure que la vitesse du moteur 8 diminue, le voltage d'alimentation du commutateur 7, on dépla cera convenablement les contacts réglables 3; 4 et 5. Il est donc avantageux que le dis positif régulateur commandant le petit moteur 8 commande en même temps les contacts 3; 4 et 5.
On voit facilement qu'en faisant tourner le commutateur 7 convenablement, de ma nière que le flux tournant tourne plus lente ment que le rotor du moteur, on peut obte nir un freinage avec récupération à toute vitesse.
Les conditions remarquables de la com mutation par le commutateur 7 sont à noter; en effet, quand il tourne à grande vitesse le voltage est bas, quand le voltage est haut, il tourne à petite vitesse. Quand la vitesse du moteur de propulsion est très voisine de celle du synchronisme correspondant à la fré quence de la ligne d'alimentation, le commu tateur séparé reste immobile.
Au lieu d'un rotor à cage d'écureuil dans le moteur de propulsion, l'on pourrait employer aussi un inducteur tournant. Au cas où l'on emploie deux ou plusieurs moteurs de propul sion, il est préférable de les commander par un commutateur 7 commun pour obtenir un synchronisme parfait.
Au lieu du transformateur ordinaire 6 à prisés mobiles pour le secondaire, comme il est illustré en fig. 2, on peut .employer un dispositif comportant trois transformateurs monophasés à rapport variable par la varia tion de la position du secondaire par rapport au primaire.
La fig. 3 montre une variante de l'instal lation suivant la fig. 2 munie de ce dispositif. Sur la fig. 3, les trois transformateurs monophasés sont indiqués par 9, 10 et 11. Ces transformateurs monophasés sont sembla bles à des moteurs asynchrones -avec stator et rotor monophasé; en modifiant la position relative des deux enroulements, on obtient un changement continu du rapport de trans formation en passant même par zéro.
Les transformateurs sont commandés si multanément par un mécanisme 12. Ce nré- canisme est lui-même commandé simultané ment avec le petit moteur 13 du commuta teur 7, dans le but de proportionner le voltage à chaque vitesse. A chacun des transforma teurs est amenée une des phases du courant d'alimentation et de chaque transformateur la phase correspondante est amenée au balai correspondant du commutateur 7 qui distribue le courant sur l'enroulement du moteur 7'. La variation du voltage s'obtient ainsi uni formément sans l'inconvénient des contacts qui dans la forme d'exécution suivant la fig. 2 interrompent le courant chaque fois qu'on les déplace.
Dans la deuxième forme d'exécution, le groupe transformateur avait pour seul but la variation du voltage de la ligne. Dans la troisième forme d'exécution, représentée à la fig. 4, le groupe transformateur a pour but aussi la variation de la fréquence.
Dans cette forme d'exécution le transfor mateur 16 comporte un circuit magnétique fixe comme celui d'un moteur asynchrone, mais avec stator et rotor fixe. Ce circuit magnétique est revêtu d'un enroulement<B>QI</B> à courant continu connecté, d'une part, à un commutateur 18 du type déjà décrit et con necté, d'autre part, aux trolleys 14; 15 respec tivement à la terre, desquels est dérivé le courant triphasé à tension et fréquence cons tantes.
La connection de l'enroulement.<B>QI</B> avec les trolleys et la terre est faite par trois points de l'enroulement symétriquement dis- tribués. Le courant triphasé qui entre par les trois points de l'enroulement Q' crée un champ tournant qui induit des courants entre les balais du commutateur 18. Si le nombre des balais du commutateur 7 est trois par moteur de pro pulsion et s'ils sont symétriquement distribués, on obiendra un courant triphasé à fréquence variable en modifiant la vitesse du petit mo teur auxiliaire.
Le commutateur 18 est entraîné par le petit moteur à vitesse variable 22, et sa cou ronne de segments 180 est pourvue de deux groupes de balais fixes, chaque groupe com portant trois balais déplacés de 1200, l'un de l'autre. Les deux groupes peuvent être déplacés l'un relativement à l'autre. Le pre mier groupe comporte les balais A, B, C l'autre groupe comporte les balais<I>D, L', P.</I> Les deux fils partant de 19 et D servent à conduire la première phase du courant, les deux fils partant de B et E respective ment de C et F servent à conduire les deux autres phases du courant alimentant les moteurs de propulsion 160 et 161.
Supposons que le petit moteur 22 tourne dans le même sens que le flux tournant dans le transformateur de fréquence 16 et à une vitesse égale. celle du synchronisme à un glissement g près. On obtiendra aux trois balais <I>A, B,</I> et C un potentiel polyphasé illustré par le triangle vectoriel a, b, c (voir fig. 4 b") à une fré quence égale à celle de la ligne multipliée par le glissement g, comme il est expliqué plus haut.
Aux balais D, E et F, on obtien dra le triangle vectoriel<I>d, e, f,</I> légèrement décalé par rapport au triangle<I>a, b,</I> c et du même angle que les deux groupes de balais; ces deux triangles tournent autour du même centre 0 à la même vitesse.
Par conséquent, entre les balais A et D et respectivement entre B et E, et enfin en tre C et F, on obtient les voltages représen tés respectivement par les lignes<I>ad,</I> bc et cl' de la fig. 4b'', c'est-à-dire on aura ainsi réduit non seulement la fréquence, mais aussi le voltage et on pourra proportionner l'une à l'autre, pour l'alimentation convenable des moteurs de propulsion. En diminuant la vi tesse du petit moteur 22 et en augmentant le décalage angulaire entre les deux groupes de balais, on augmentera la vitesse des mo teurs de propulsion, et ainsi de suite.
Les moteurs de propulsion sont dans ce cas des moteurs polyphasés communs asynchrones ou synchrones. Dans la fig. 4, on a supposé un moteur asynchrone à cage d'écureuil, ces mo teurs ayant ceci de particulier que leurs pha ses doivent être séparées et non connectées entre elles; ainsi pour le cas du triphasé il faut 6 fils au lieu de 3.
Au lieu de la légère modification du com mutateur 18, c'est-à-dire au lieu de l'emploi d'un deuxième groupe de balais on peut aussi employer un transformateur ordinaire à rap port variable, tel que le transformateur 6 de la fig. 2. Ce transformateur est interposé en tre la ligne et le transformateur 16.
Dans la quatrième forme d'exécution, re présentée à la fig. 5, on a supposé que la li gne est alimentée de courant monophasé.
Le groupe moteur est constitué par deux moteurs 41 et 42 triphasés asynchrones à cage d'écureuil.
Le groupe transformateur a pour but de transformer le courant monophasé à fréquence variable.
Ce groupe comporte un transformateur 43 constitué d'un circuit magnétique, comme celui des moteurs asynchrones, mais où le stator et le rotor sont fixes. Ce circuit magnétique est revêtu de trois enroulements 34, 35; 36; le premier, 34, est un enroule ment monophasé connecté, d'une part, à la terre et d'autre part, par l'intermédiaire d'un contact réglable à un autotransformateur 32, auquel le courant est amené par le trolley 31. Le deuxième enroulement, 36, est un enroulement à 'courant continu connecté à un commutateur 39 du type déjà décrit ayant trois balais symétriquement décalés l'un de l'autre et connectés à la ligne triphasée à fréquence variable qui alimente les deux mo teurs 41 et 42.
Enfin, le troisième enroule ment, 35, est un enroulement à contact con tinu connecté à un autre commutateur 37 ayant ceux balais alimentés par une source auxiliaire 44 à courant continu. Ce dernier commutateur tourne au synchronisme, entraîné par un petit moteur auxiliaire monophasé synchrone 38. Le commutateur 39 du deu xième enroulement tourne entraîné par un petit moteur 40 à vitesse variable.
Le courant monophasé crée dans le trans formateur 43 un flux pulsant qui peut être décomposé en deux flux tournant l'un dans un sens, l'autre dans l'autre. Le courant de la source 44 à courant continu auxiliaire, crée un flux tournant au synchronisme et qui vient précisément étouffer l'un des flux tour nants composant le flux monophasé de façon qu'il ne reste que l'autre de ses deux flux. Ce flux induira entre les trois balais du com mutateur 39 des forces électromotrices mo nophasées avec une pulsation qui est la somme algébrique de la pulsation du courant mono phasé et de la vitesse angulaire du commu tateur 39.
Le courant monophasé (voir fig. 5) venant du trolley 31 passe à travers l'auto-transfor- mateur 32. De là et à travers le contact mobile 33, il entre dans le transformateur 43, en traversant l'enroulement 34. Le flux alternatif que l'enroulement monophasé 34 engendre peut être décomposé en deux flux constants tournant en sens opposé à la vi tesse du synchronisme. L'enroulement 35 ali menté par da courant continu de la source 44 à l'aide du commutateur 37 tournant au synchronisme, annulle complètement un des deux flux tournants du monophasé, et il ne reste qu'un seul flux tournant.
On recueillera par conséquent aux balais du commutateur 39 un courant triphasé à la fréquence voulue en réglant convenablement la vitesse du pe tit moteur 40.
Ce courant polyphasé à fréquence va riable va alimenter les moteurs de propulsion 41 et 42 qu*on a supposé synchrones et à cage d'écureuil.
Dans le but de proportionner le voltage à la fréquence, le contact réglable 33 de l'auto-transformateur 32 sera déplacé à cha que changement de vitesse et en même temps la source 44 sera réglée de manière à suppri mer toujours un des flux tournants du cou rant monophasé. Une self-induction 45 pro- tègera la source 44 contre les courants alter natifs qui tendent à y naître.
L'auto-trarisformateur à contact mobile pourrait être remplacé par un transformateur à secondaire mobile par rapport au primaire et éviter ainsi le contact .qui interrompt le courant quand on le déplace.
Au lieu de disposer le transformateur 32 avant le transformateur 43 de phase et de fré quence, on peut le placer entre celui-ci et les moteurs de propulsion; on évitera ainsi le réglage de la source à courant continu 44.
La ligne monophasée et la ligne à cou rant continu de la source auxiliaire 44 peu vent être interchangées.
Pour proportionner chaque fois le voltage à la fréquence, on pourrait aussi, ait lieu d'employer le transformateur 43 modifier lé gèrement le commutateur 39, en le munis sant de deux groupes de balais, comme il vient d'être décrit par rapport à la fig. 4, ces deux groupes peuvent être décalés l'un par rapport à l'autre.
Dans toutes ces dispositions où la vitesse des moteurs de propulsion est modifiée par la vitesse d'un commutateur séparé, on peut doter les moteurs de propulsion de n'importe quelle caractéristique de vitesse en fonction de la charge, en combinant convenablement les circuits du petit moteur auxiliaire qui commande ledit commutateur, de manière que ce petit moteur prend la caractéristique correspondante.
Par exemple, il est très important pour la traction d'avoir une caractéristique analo gue à celle des moteurs séries, où l'effet de traction diminue quand la vitesse augmente, pour la sécurité de la marche, on peut alors donner aux moteurs non seulement une ca ractéristique semblable, mais bien une série de caractéristiques semblables, parmi lesquel les le wattman n'a qu'à choisir. Une forme d'exécution permettant de donner aux moteurs de propulsion une telle série de caractéristi ques est représentée dans la fig. 6.
Cette forme d'exécution comporte un trans formateur de voltage constant en intensité constante 51, le commutateur séparé 52, les moteurs de propulsion 53 et 54 et leur-com- mutateur séparé 55. Le courant venant du trolley 63, après avoir traversé le trans formateur 51, traverse la bobine d'excitation 62 du petit moteur 56 entraînant le commu tateur 55. On a supposé dans la figure que l'alimentation de ce petit moteur se fasse à l'aide d'une batterie d'accumulateurs 59 et que le voltage appliqué à l'induit 5i puisse être réglé à l'aide du contact 64.
Le petit moteur 56 est aussi doté d'un shunt d'exci tation 60 réglable à l'aide d'une résistance 61 et d'un contact 65. Un commutateur 58 permet de changer le sens du mouvement du petit moteur 56. La série de caractéristi ques est obtenue par l'action de la bobine 62. En effet, à une augmentation de la charge correspond une augmentation du courant dé livré par le trolley et donc une augmentation du flux produit par la bobine 62, et, par con séquent, une diminution de la vitesse du petit moteur 56, et, par conséquent, aussi des moteurs de propulsion.
Les contacts 64 et 65 permettent au wattman de modifier la caractéristique des mo teurs de propulsion.
Installation for the transformation of electrical power. The object of the present invention is an installation for the transformation of electric power at constant voltage into mechanical energy and vice versa, particularly in electric locomotives.
According to the invention, the installation comprises two groups of devices; one is the group of propulsion motors which are never immediately connected to the power supply line; this group is called "motor group \. The other group is constituted by devices connected to the line, always having a constant voltage and being intended to make at least the voltage variable, with which the devices of the motor group are supplied.
In the accompanying drawing, several embodiments of the subject of the invention have been shown by way of example.
Fig. 1 is a diagram of the first embodiment applied to an electric locomotive, in which it has been assumed that the power supply is direct current.
The "transformer group" comprises a static transformer from direct current at constant voltage to direct current at constant intensity and vice versa.
This device, designated by Q in fig. 1 comprises a magnetic circuit like that of asynchronous motors, but where the stator and the rotor are fixed. This magnetic circuit is coated with a DC winding Q 'connected to a switch A which is not integral with the magnetic circuit, but which is separate from it and which rotates driven by a small auxiliary motor C. This separate switch has a crown of segments A 'isolated from each other; this crown wheel turns with the auxiliary motor C.
In addition, the commutator comprises a drum Az coaxial with the crown ne A 'and which the motor C rotates; on which slide contacts K ', the number of which corresponds to the number of segments of the ring and which transmit the current between said segments and the winding Q'.
With the crown of the segments A 'are in contact four fixed brushes displaced by <B> 900 </B> from each other; the two diametrically opposed K and <I> L </I> brushes are connected to the constant voltage line, the other two N and 0 are connected to the constant current line.
The direct current at constant voltage is conducted through the trolley T, to the brush K of the separate switch A, it leaves the switch by the brush L and goes to earth. There is shown in FIG. 1 two schematic views of the separate switch, a side view and a front view to be able to clearly indicate the position of the brushes.
The current delivered by the line at constant voltage creates a flux Pi in the magnetic circuit of transformer Q. This flux rotates at a speed proportional to the speed of rotation of the separate switch A; we will assume that this speed is constant. The flux Pi does not induce any electromotive force between the brushes K and <I> L </I> connected to the line at constant voltage, but it induces one between the other two N and 0.
The current which enters the apparatus through these latter brushes in turn creates another flux P2 offset with respect to the flux Pi by a quarter of a period and induces an f. e. or. only between K and <I> L </I> brushes connected to the constant voltage line. As this last voltage is constant, P2 must be constant; necessarily also the current which the product must be constant, that is to say the current of the line at constant intensity is effectively kept constant.
The motor unit consists of one or more motors with separate commutator and squirrel cage rotor, or one or more motors with separate commutator and rotating inductors described.
These motors essentially consist of a fixed magnetic circuit like that of asynchronous motors; this circuit is coated with a continuous winding connected to a separate switch rotating by means of a small auxiliary motor. The rotor is either squirrel cage; or with rotating inductors, as for synchronous motors.
The switch A distributes the current to the winding <B> QI </B> of the transformer Q and, as explained above, we obtain at the brushes N and 0 direct current at constant intensity and variable voltage.
The current at constant intensity is now supplied to the propulsion motors M, Jl to which it is distributed by a switch B constructed in the same way as the switch A, except that it has only two brushes 11T1 and < B> 01, </B> of which 1Y1 is connected with brush N and 01 with brush 0 of switch A.
A single switch B has been placed in order to obtain perfect synchronism of the two motors. The separate switch B is driven by a small motor E with variable speed and direction controlled immediately by the wattman.
The start-up operation is as follows: Motor C drives switch A at normal speed, and short-circuit key F is closed thus allowing transformer Q to operate normally, with minimal current consumption. At the time of starting, the wattman starts the small motor E at a very low speed, and opens the key F. The continuous current at constant intensity enters the motors and creates there a flow rotating at very low speed thus developing a very high starting torque.
Little by little then, the wattman increases the speed of the small motor E, the propulsion motors M will follow and the transformer Q will automatically supply the increasing voltage gradually. For braking with recovery, the wattman only has to gradually reduce the speed of the small motor B.
Instead of one winding, transformer Q could have two; in this case, two switches A are provided, one per winding. On the other hand, the ring of segments A1 could be fixed, while the brushes .K, <I> L, 1; </I> 0 rotate; in this case, the segments of the crown are directly connected with the winding <B> QI </B> and the drum A is removed.
In the figure, the rotors of the propulsion engines are squirrel cage, but they can also be of the rotating inductor type.
In the second embodiment, of which FIG. 2 shows a diagram, it has been assumed that the line is polyphase at constant voltage, for example three-phase.
The motor group comprises a three-phase motor 7 ', which comprises, like all motors of this type, a fixed magnetic circuit, such as that of asynchronous motors; this magnetic circuit is coated with a direct current winding Q, connected to a switch 7 which rotates driven by a small auxiliary motor 8. These brushes are offset by 1200 from each other.
This switch 7 is constructed in the same way as the switch A of FIG. 1, that is to say it comprises a rotating ring of segments 100 and a rotary drum 101 on which slide the contacts K ', the number of which corresponds to that of the segments of the ring 100. With the latter are in contact three fixed brushes 102, 103 and 104.
Switch 7 is placed near the engine, but if possible inside the cab to facilitate inspection and possible replacement.
The three-phase current is derived from trolleys 1 and 2 and from the earth; it first enters the auto-transformer 6, the secondary of which can be modified thanks to the adjustable contacts 3, 4 and 5. These contacts are connected respectively with the brushes 104, 103 and 102 by which the current is brought to the separate switch 7 connected in turn by contacts K '<I> to </I> winding Q' of the propulsion motor 7 '.
The transformer 6 is of the ordinary type with variable voltage ratio; its purpose is to enable the voltage supplied to the motor 7 'to be adapted at each degree of speed. The motor 8, the speed of which is variable, is immediately controlled by the wattman. To start the propulsion motor 7 ', the small auxiliary motor 8 is brought to the speed of synchronism minus a slip g and in a suitable direction.
The current which enters the switch 7 at the frequency of the line generates in the propulsion motor 7 'a flow rotating at a speed equal to that corresponding to the frequency of the line, minus that of the switch 7, so this flow will rotate at a speed equal to that corresponding to the frequency of the line multiplied by the slip g, that is to say at a very low speed, so as to generate a powerful favorable torque when starting.
As the speed of the small motor 8 decreases, the speed of the rotating flux in the motor 7 'increases by dragging the cage rotor. As, however, it will be necessary to increase, as the speed of the motor 8 decreases, the supply voltage of the switch 7, the adjustable contacts 3 will be properly moved; 4 and 5. It is therefore advantageous that the positive regulator controlling the small motor 8 simultaneously controls the contacts 3; 4 and 5.
It is easily seen that by turning the switch 7 suitably, so that the rotating flux turns slower than the rotor of the motor, it is possible to obtain regenerative braking at any speed.
The remarkable conditions of the switching by switch 7 should be noted; indeed, when it spins at high speed the voltage is low, when the voltage is high, it spins at low speed. When the speed of the propulsion motor is very close to that of the synchronism corresponding to the frequency of the supply line, the separate switch remains stationary.
Instead of a squirrel cage rotor in the propulsion motor, a rotating inductor could also be used. If two or more propulsion motors are used, it is preferable to control them by a common switch 7 in order to obtain perfect synchronism.
Instead of the ordinary transformer 6 with mobile apples for the secondary, as shown in fig. 2, it is possible to employ a device comprising three single-phase transformers with variable ratio by the variation of the position of the secondary with respect to the primary.
Fig. 3 shows a variant of the installation according to FIG. 2 equipped with this device. In fig. 3, the three single-phase transformers are indicated by 9, 10 and 11. These single-phase transformers are similar to asynchronous motors -with stator and single-phase rotor; by modifying the relative position of the two windings, one obtains a continuous change of the transformation ratio even passing through zero.
The transformers are controlled simultaneously by a mechanism 12. This mechanism is itself controlled simultaneously with the small motor 13 of the switch 7, in order to proportion the voltage at each speed. To each of the transformers is supplied one of the phases of the supply current and from each transformer the corresponding phase is supplied to the corresponding brush of the switch 7 which distributes the current on the winding of the motor 7 '. The voltage variation is thus obtained uniformly without the inconvenience of the contacts which in the embodiment according to FIG. 2 interrupt the current each time they are moved.
In the second embodiment, the transformer group had for sole purpose the variation of the voltage of the line. In the third embodiment, shown in FIG. 4, the purpose of the transformer group is also to vary the frequency.
In this embodiment, the transformer 16 comprises a fixed magnetic circuit like that of an asynchronous motor, but with a fixed stator and rotor. This magnetic circuit is coated with a DC winding <B> QI </B> connected, on the one hand, to a switch 18 of the type already described and connected, on the other hand, to the trolleys 14; 15 respec tively to earth, from which the three-phase current is derived at constant voltage and frequency.
The connection of the winding. <B> QI </B> with the trolleys and the earth is made by three points of the winding symmetrically distributed. The three-phase current which enters through the three points of the winding Q 'creates a rotating field which induces currents between the brushes of the switch 18. If the number of brushes of the switch 7 is three per propulsion motor and if they are symmetrically distributed, a three-phase current with variable frequency will be obtained by modifying the speed of the small auxiliary motor.
The switch 18 is driven by the small variable speed motor 22, and its ring of segments 180 is provided with two groups of fixed brushes, each group comprising three brushes displaced by 1200, one from the other. The two groups can be moved relative to each other. The first group comprises the brushes A, B, C the other group comprises the brushes <I> D, L ', P. </I> The two wires starting from 19 and D are used to conduct the first phase of the current, the two wires starting from B and E respectively from C and F serve to conduct the other two phases of the current supplying the propulsion motors 160 and 161.
Suppose the small motor 22 rotates in the same direction as the rotating flux in the frequency transformer 16 and at an equal speed. that of synchronism up to a sliding g near. The three brushes <I> A, B, </I> and C will obtain a polyphase potential illustrated by the vector triangle a, b, c (see fig. 4 b ") at a frequency equal to that of the multiplied line by sliding g, as explained above.
With the brushes D, E and F, we obtain the vector triangle <I> d, e, f, </I> slightly offset from the triangle <I> a, b, </I> c and at the same angle as the two groups of brushes; these two triangles rotate around the same center 0 at the same speed.
Consequently, between the brushes A and D and respectively between B and E, and finally between C and F, we obtain the voltages represented respectively by the lines <I> ad, </I> bc and cl 'of fig. . 4b '', that is to say we will have thus reduced not only the frequency, but also the voltage and we will be able to proportion one to the other, for the suitable supply of the propulsion motors. By reducing the speed of the small motor 22 and by increasing the angular offset between the two groups of brushes, the speed of the propulsion motors will be increased, and so on.
The propulsion motors in this case are asynchronous or synchronous common polyphase motors. In fig. 4, we have assumed an asynchronous squirrel cage motor, these motors having the peculiarity that their phases must be separated and not connected to each other; thus for the three-phase case, 6 wires are needed instead of 3.
Instead of the slight modification of the switch 18, that is to say instead of the use of a second group of brushes, it is also possible to use an ordinary variable-ratio transformer, such as transformer 6 of the fig. 2. This transformer is interposed between the line and the transformer 16.
In the fourth embodiment, shown in FIG. 5, it has been assumed that the line is supplied with single-phase current.
The motor unit consists of two asynchronous three-phase squirrel cage motors 41 and 42.
The purpose of the transformer group is to transform single-phase current at variable frequency.
This group comprises a transformer 43 consisting of a magnetic circuit, like that of asynchronous motors, but where the stator and the rotor are fixed. This magnetic circuit is coated with three windings 34, 35; 36; the first, 34, is a single-phase winding connected, on the one hand, to earth and on the other hand, by means of an adjustable contact to an autotransformer 32, to which the current is supplied by the trolley 31. The second winding, 36, is a direct current winding connected to a switch 39 of the type already described having three brushes symmetrically offset from each other and connected to the three-phase variable frequency line which supplies the two motors 41. and 42.
Finally, the third winding, 35, is a continuous contact winding connected to another switch 37 having those brushes supplied by an auxiliary source 44 of direct current. The latter switch rotates synchronously, driven by a small synchronous single-phase auxiliary motor 38. The switch 39 of the second winding rotates driven by a small motor 40 at variable speed.
The single-phase current creates in the transformer 43 a pulsating flow which can be broken down into two flows rotating one in one direction, the other in the other. The current from the auxiliary direct current source 44 creates a flow rotating synchronously and which precisely stifles one of the rotating flows making up the single-phase flow so that only the other of its two flows remains. This flow will induce single-phase electromotive forces between the three brushes of switch 39 with a pulsation which is the algebraic sum of the pulsation of the single-phase current and of the angular speed of switch 39.
The single-phase current (see fig. 5) coming from the trolley 31 passes through the auto-transformer 32. From there and through the movable contact 33, it enters the transformer 43, passing through the winding 34. The alternating flux which the single-phase winding 34 generates can be broken down into two constant fluxes rotating in the opposite direction to the speed of synchronism. The winding 35 supplied with direct current from the source 44 by means of the switch 37 rotating in synchronism completely cancels one of the two rotating flows of the single-phase, and only one rotating flow remains.
A three-phase current at the desired frequency will therefore be collected at the brushes of the switch 39 by suitably adjusting the speed of the small motor 40.
This polyphase current at frequency will feed the propulsion motors 41 and 42 which have been assumed to be synchronous and squirrel cage.
In order to proportion the voltage to the frequency, the adjustable contact 33 of the autotransformer 32 will be moved with each change of speed and at the same time the source 44 will be regulated so as to always suppress one of the rotating fluxes of the single phase current. A self-induction 45 will protect the source 44 against the native alternating currents which tend to arise there.
The auto-transformer with moving contact could be replaced by a transformer with mobile secondary with respect to the primary and thus avoid the contact. Which interrupts the current when it is moved.
Instead of placing the transformer 32 before the phase and frequency transformer 43, it can be placed between the latter and the propulsion motors; the adjustment of the direct current source 44 will thus be avoided.
The single-phase line and the direct current line of the auxiliary source 44 can be interchanged.
In order to proportion each time the voltage to the frequency, it would also be possible to use the transformer 43 to modify the switch 39 slightly, by providing it with two groups of brushes, as has just been described with respect to the fig. 4, these two groups can be offset from each other.
In all those arrangements where the speed of the propulsion motors is changed by the speed of a separate switch, the propulsion motors can be provided with any speed characteristic depending on the load, by suitably combining the circuits of the small auxiliary motor which controls said switch, so that this small motor takes on the corresponding characteristic.
For example, it is very important for traction to have a characteristic analogous to that of series motors, where the traction effect decreases with increasing speed, for the safety of walking, we can then give the motors not only a similar characteristic, but a series of similar characteristics, among which the wattman has only to choose. One embodiment making it possible to give propulsion engines such a series of characteristics is shown in fig. 6.
This embodiment comprises a constant voltage constant current transformer 51, the separate switch 52, the propulsion motors 53 and 54 and their separate switch 55. The current coming from the trolley 63, after passing through the trans trainer 51, passes through the excitation coil 62 of the small motor 56 driving the switch 55. It has been assumed in the figure that the power supply of this small motor is done by means of an accumulator battery 59 and that the voltage applied to the armature 5i can be adjusted using contact 64.
The small motor 56 is also provided with an excitation shunt 60 adjustable by means of a resistor 61 and a contact 65. A switch 58 makes it possible to change the direction of movement of the small motor 56. The series of characteristics is obtained by the action of the coil 62. In fact, an increase in the load corresponds to an increase in the current delivered by the trolley and therefore an increase in the flow produced by the coil 62, and consequently , a decrease in the speed of the small engine 56, and therefore also of the propulsion engines.
Contacts 64 and 65 allow the wattman to modify the characteristic of the propulsion engines.