Dispositif de démarrage de moteur à courant continu. La présente invention se rapporte à un dispositif de démarrage de moteur à courant continu. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un induit à col lecteur et, d'autre part, des balais frottant sur ce collecteur, ces organes étant animés d'un mouvement de rotation relatif, l'induit ayant son circuit magnétique fermé par une couronne de fer feuilleté et étant intercalé dans le circuit du moteur à mettre en marche.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Considérons un induit de dynamo à cou rant continu dont le circuit magnétique est fermé par une couronne de fer feuilleté, cette couronne pouvant soit être entraînée par l'induit, soit rester immobile quand cet induit tourne. (Dans le cas d'un anneau genre Gramme, le circuit magnétique peut être fermé par exemple par des bras diamétraux. Si on envoie un courant continu à travers cet induit et si, en même temps, on le fait tourner rapidement, on observe que ce dis positif se comporte comme une résistance dont la valeur augmente avec la vitesse.
Autrement dit, ce dispositif placé en série avec un récepteur quelconque dans un circuit à courant continu peut servir à limiter le courant à travers ce récepteur; un voltmètre branché en dérivation aux bornes d'un pareil induit indique une tension qui croît d'abord à peu près linéairement avec la vitesse et qui finit par équilibrer sensiblement la ten sion du réseau sitôt qu'une certaine vitesse est atteinte. C'est ce qu'indique la courbe de la fig. 1. Nous appellerons cet. appareil un "démarreur inductif(E.
Démarrage <I>simple.</I> Pour réaliser le dé marrage simple d'un moteur, on commence par lancer le "démarreur inductif" à une certaine vitesse, de façon qu'il soit susceptible d'opposer au passage du courant une résis tance considérable, puis on l'introduit dans le circuit du moteur qu'il s'agit de faire démarrer (ou bien, le démarreur inductif et le moteur étant couplés en série dans le cir cuit, on ne lance le courant dans le moteur qu'il s'agit de faire démarrer, que lorsque le démarreur inductif, tourne à une certaine vitesse). Ensuite on ralentit progressivement le démarreur inductif de façon à faire dimi nuer la résistance qu'il oppose; le courant augmente alors à travers le moteur qui dé marre.
Enfin, quand le démarrage est terminé, on élimine le démarreur inductif du circuit, de sorte que le moteur se trouve alimenté directement sous la tension de la ligne.
La fig. 2 est un schéma permettant de réaliser ce démarrage d'une faon simple. On emploie dans ce but un contrôleur composé de deux cylindres Ci et Cz montés sur le même axe (et pouvant éventuellement être réunis en un seul). Au cran 1, le courant venant de la ligne Ls est appliqué à un petit mo teur auxiliaire m, à travers quelques éléments de résistance rh., de façon à produire le dé marrage de ce petit moteur auxiliaire qui sert à entraîner le "démarreur inductif".
Les résistances rh se trouvant progressivement éliminées au fuir et mesure que l'on tourne le contrôleur, et au cran 3, le petit moteur se trouve couplé directement entre la ligne L2 et la terre Ta ; il-tourne donc à une vi tesse maxima ainsi que le démarreur in ductif d. Si celui-ci vient à être inséré dans le circuit In Ti il y produira l'effet d'une ré sistance élevée. On peut donc coupler le moteur M sans danger, c'est ce qui est fait au cran 4: le courant passe de la ligne Li à travers M, puis à travers<I>d</I> et retourne à la terre Ti.
Au cran 5, le circuit du moteur auxiliaire m se trouve fermé sur rh., ce petit moteur travaille alors en générateur sur<I>rit,</I> donc il est freiné et il ralentit, ainsi que d; la résistance opposée par d au passage du courant diminue peu à peu ce qui fait dé marrer<I>M.</I> Quand<I>d</I> est complètement arrêté, il se trouve mis hors circuit au cran 6.
Pour comprendre tous les avantages du procédé, il convient de remarquer que: 1 Le moteur m sert seulement à vaincre les frottements et l'inertie de d pendant la période du lancement, il est donc peu volu mineux et n'absorbe que peu de courant, donc son rhéostat rla se réduit à peu de chose et ne consomme que très peu d'énergie, et pendant peu de temps. 2 Le démarreur d n'est en circuit que pendant un temps très court, donc ses enroulements peuvent supporter une densité de courant très élevée. Par suite le volume et la masse de d se réduisent à peu de chose, ce qui se répercute sur la force du moteur ni.
3 Le démarrage est absolument progressif et sans-à-coup. En choisissant convenablement la valeur de rh, on peut faire ralentir<I>d</I> plus ou moins rapidement, donc faire démarrer le moteur principal M avec une accélération plus ou moins élevée.
4" Ce démarrage s'effectue sans perte d'énergie appréciable, sans échauffement.
5 La manaeuvre à effectuer se réduit à la rotation d'un tambour portant un petit nombre de crans.
Pour favoriser la commutation, comme la self-induction des sections mises en court- circuit par les balais produirait des étincelles, ont peut employer des connexions résistantes entre l'induit et le collecteur comme dans les moteurs monophasés; on peut aussi em ployer deux ou plusieurs enroulements en parallèle (fig. 3) et se servir de balais spé ciaux présentant une grande résistance trans versale et composés de lamelles d'inégales résistances pi et _p2; les plus résistantes se tournant de préférence à l'extérieur (ou en core des lamelles de même résistance s6pa- rées par une couche d'une substance médio crement conductrice).
De cette façon, le courant de court-circuit dans une section de l'induit se trouve à peu près étouffé.
Coupda,,ge <I>série</I> parallèle. Le couplage "sé- rie parallèle" peut également s'effectuer par une méthode analogue consistant à lancer un démarreur inductif à grande vitesse et à l'intercaler dans le circuit des moteurs cou plés en série, puis à l'éliminer quand le dé marrage sur la position "série" est terminé; ces opérations sont ensuite répétées avec les moteurs couplés en parallèle.
La fig. 4 représente un schéma permettant d'effectuer le couplage "série parallèle" sans interrompre le courant, ni l'effort de traction en réalisant une combinaison analogue à celle connue des techniciens sous le nom de com binaison du "pont". On emploie dans ce but deux démarreurs inductifs di et d2 (ou mieux un seul démarreur inductif muni d'un double enroulement et de deux collecteurs).
Il est facile de suivre les opérations sur la figure Entre le cran 0 et le cran 1, le moteur auxiliaire in, solidaire de dl et de d2, est mis en route par le courant de la prise de ligne Ls qui passe d'abord par le rhéostat rh, puis directement. Au cran 1, les moteurs principaux Mi et M2 se trouvent couplés en série entre la ligne Li et la terre T2 avec interposition des démarreurs inductifs di et d2 qui, étant en pleine vitesse, limitent le cou rant. Entre 1 et 2, le moteur auxiliaire an se trouve freiné (son circuit étant fermé sur rh) puis arrêté.
Le courant du circuit principal augmente alors dans Ml et .1V12 qui démarrent. Au cran 2, di et d2 sont éliminés et les mo teurs principaux sont couplés directement en série entre la ligne Li et la terre Tz. Entre 2 et 3, il ne se produit aucun changement dans le circuit des moteurs principaux 1111 et M<I>2,</I> mais le moteur auxiliaire in et avec lui les démarreurs di et d2 sont de nouveau relancés. Entre 3 et 4, le moteur auxiliaire m, di et d2, se trouvent en pleine vitesse, donc di et d2 sont de nouveau susceptibles de créer un obstacle au passage du courant.
Au cran 4, un premier circuit principal est établi comprenant la ligne Li, le moteur principal Mi, le démarreur inductif di et la terre Ti; de même, un deuxième circuit prin cipal est établi comprenant la ligne L2, le démarreur d2, le moteur T12 et la terre T2; les deux moteurs Mi et 312 se trouvent donc en parallèle, les- démarreurs restant en pleine vitesse; donc avec tout leur effet de self.
Au cran 5, le courant est coupé dans le petit moteur auxiliaire<I>in,</I> puis entre 5 et 6, ce petit moteur se trouve de nouveau sur son rhéostat rh, il s'arrête donc, de sorte que les démarreurs di et d2 qui s'arrêtent aussi, cessent de s'opposer au passage du courant et que les moteurs principaux 1v11 et 11T2 se trouvent chacun directement sous la tension de la ligne. Au cran 6, di et d2 sont éli minés.
Il est à remarquer que au cran 4, où l'on passe de "série" à "parallèle" il n'y a pas interruption de courant, parce que les bandes conductrices du cylindre correspondant à la position "série" sont prolongées un peu au delà de la ligne 4, 4' et que celles qui correspondent à la position "parallèle" com mencent un peu avant cette ligne 4, 4'.
Il est bien entendu que des variantes peuvent être apportées à ces dispositifs, tant pour le démarrage simple que pour la "série parallèle" sans changer l'objet de l'invention: par exemple, les moteurs auxiliaires peuvent être alimentés par un circuit local au lieu de recevoir le courant de la ligne<B>;</B> la fer meture et l'ouverture des circuits peuvent être réalisées par des contacteurs commandés par des contrôleurs auxiliaires ete.
Réglage <I>de vitesse.</I> Les démarreurs induc tifs peuvent remplacer les résistances em ployées pour shunter les inducteurs des moteurs. En agissant. sur la vitesse du petit moteur auxiliaire qui les entraîne, on fait varier leur résistance apparente, ce qui permet d'obtenir toute une gamme de vitesses pour les moteurs de traction. Comme la ten sion aux bornes des inducteurs est toujours faible à côté de la tension totale et que ces appareils ne dérivent qu'une partie du cou rant, les dimensions des appareils employés peuvent encore être très réduites. On peut employer les mêmes que pour le démarrage et les contrôleurs précédemment décrits peu vent être munis de quelques touches sup plémentaires dans ce but, sans qu'il soit besoin d'y apporter de sérieuses modifi cations.
<I>Récupération.</I> Un dispositif connu pour la récupération dans les descentes consiste à exciter les inducteurs des moteurs de traction par une petite dynamo. On peut évidemment intercaler un des appareils précédemment dé crits dans le circuit des inducteurs des mo teurs de traction, ou encore dans le circuit des inducteurs de la dynamo qui sert à les exciter, pour régler la récupération, -Mais le problème le plus délicat est celui de la ré cupération au moment de l'arrêt d'un véhi cule. Les démarreurs inductifs se prêtent parfaitement à la solution de ce problème.
Considérons, par exemple (fig. 5), un véhicule à quatre moteurs, les induits de ces moteurs h ra -1s 14 sont couplés en série entre la ligne<I>L</I> et la terre<I>T,</I> tandis que leurs in ducteurs Fi E#, E3 E4 sont excités par une petite dynamo a (supposée entraînée par un moteur à vitesse constante non représenté). L'inducteur e de cette dynamo est alimenté par une batterie b avec interposition d'un des démarreurs inductifs d.
Cet appareil est en liaison synchrone avec une des roues du véhicule R (cette liaison synchrone peut être réalisée au moyen d'engrenages, ou par un procédé absolument quelconque). Le dispositif est agencé de façon que d travaille dans la première partie de sa courbe caractéristique (fig. 1), c'est-à-dire de telle sorte que sa ré sistance apparente soit proportionnelle à sa vitesse.
Dans ce cas, au début de la période du freinage en récupération, la vitesse du véhicule étant encore élevée d tourne rapi dement, de sorte que l'excitation de a est assez faible, puisque d oppose une résistance élevée au courant de la batterie b qui ali mente les inducteurs e de la dynamo a, par suite les moteurs de traction fonctionnant en générateurs sont peu excités, et bien qu'ils soient couplés en tension, la tension totale à leurs bornes peut être aussi voisine que l'on veut de la tension du réseau. Au fur et à mesure que le train ralentit, les moteurs de traction fonctionnant en générateurs ra lentissent et la tension qu'ils développent baisserait si leur excitation n'augmentait pas automatiquement.
Cette augmentation d'exci tation est justement produite par la diminu tion de vitesse de d, qui en tournant de moins en moins vite oppose une résistance de moins en moins grande au courant qui traverse l'inducteur e de l'excitatrice a. En d'autres termes, la tension de l'excitatrice a augmente au fur et à mesure que le véhicule ralentit, ce qui maintient constante la tension développée par les moteurs de traction tra vaillant en générateurs pendant une grande partie de la période d'arrêt. Quand la vitesse est tombée à une certaine valeur, on coupe le courant dans le circuit principal: Au lieu d'introduire l'appareil d produi sant la chute de tension inductive dans le circuit d'excitation de l'excitatrice, on peut évidemment l'insérer dans le circuit des in ducteurs des moteurs de traction.
Enfin pour réaliser toutes les opérations décrites précédemment: démarrage, couplage, "série-parallèle", shuntage des inducteurs, récupération, au lieu d'employer un appareil ayant des enroulements tournants et des balais fixes, on peut se servir d'un appareil ayant des enroulements fixes et des balais tournants (fig. 6).
Dans ce cas, les balais tournants<B>fi</B><I>fi' f 2</I> f2' sont reliés à des bagues tournantes ti et 12 auxquelles le cou rant est amené par d'autres balais fixes gi et g2. Comme l'inertie du système est très faible, chaque fois qu'il s'agit de le ralentir pour effectuer un démarrage, au lieu de faire travailler le moteur auxiliaire en générateur sur une résistance comme précédemment, on alimente ce moteur auxiliaire à potentiel dé croissant par introduction progressive de ré sistances.
En tous cas, les courbes caracté ristiques de l'appareil (variation de résistance apparente en fonction de la vitesse) sont absolument les mêmes, et il n'y a rien de changé quant au principe de l'invention.
DC motor starting device. The present invention relates to a device for starting a direct current motor. This device is characterized in that it comprises, on the one hand, an armature with a drive neck and, on the other hand, brushes rubbing on this collector, these members being driven by a relative rotational movement, the armature having its magnetic circuit closed by a ring of laminated iron and being interposed in the circuit of the motor to be started.
The accompanying drawing represents, by way of example, embodiments of the object of the invention.
Let us consider an armature of a direct current dynamo whose magnetic circuit is closed by a ring of laminated iron, this ring being able either to be driven by the armature, or to remain stationary when this armature turns. (In the case of a Gramme type ring, the magnetic circuit can be closed for example by diametrical arms. If we send a direct current through this armature and if, at the same time, we make it rotate rapidly, we observe that this positive say behaves like a resistance whose value increases with speed.
In other words, this device placed in series with any receiver in a direct current circuit can be used to limit the current through this receiver; a voltmeter connected in branch to the terminals of such an armature indicates a tension which initially increases approximately linearly with the speed and which ends up by appreciably balancing the tension of the network as soon as a certain speed is reached. This is indicated by the curve of FIG. 1. We'll call this. device an "inductive starter (E.
<I> Simple starting. </I> To achieve simple starting of a motor, the "inductive starter" is started by starting at a certain speed, so that it is capable of opposing the flow of current to a certain speed. considerable resistance, then it is introduced into the circuit of the motor to be started (or else, the inductive starter and the motor being coupled in series in the circuit, the current is not started in the motor. that it is a question of starting, that when the inductive starter, turns at a certain speed). Then the inductive starter is gradually slowed down so as to reduce the resistance that it opposes; the current then increases through the motor which starts up.
Finally, when starting is complete, the inductive starter is eliminated from the circuit, so that the motor is supplied directly under the line voltage.
Fig. 2 is a diagram making it possible to carry out this start-up in a simple way. For this purpose, a controller is used which consists of two cylinders Ci and Cz mounted on the same axis (and possibly being combined into one). At step 1, the current coming from the line Ls is applied to a small auxiliary motor m, through some resistance elements rh., So as to produce the starting of this small auxiliary motor which is used to drive the "inductive starter. ".
The resistances rh being progressively eliminated when fleeing and as the controller is turned, and at notch 3, the small motor is directly coupled between line L2 and earth Ta; it therefore runs at maximum speed as does the inductive starter d. If this is inserted into the In Ti circuit, it will produce the effect of a high resistance. We can therefore couple the motor M without danger, which is what is done at step 4: the current passes from the line Li through M, then through <I> d </I> and returns to earth Ti.
At step 5, the auxiliary motor circuit m is closed on rh., This small motor then works as a generator on <I> rit, </I> therefore it is braked and it slows down, as well as d; the resistance opposed by d to the flow of current gradually decreases which starts up <I> M. </I> When <I> d </I> is completely stopped, it is switched off at step 6.
To understand all the advantages of the process, it should be noted that: 1 The motor m serves only to overcome the friction and the inertia of d during the launching period, it is therefore not very voluminous and absorbs only little current , therefore its rheostat rla is reduced to very little and consumes very little energy, and for a short time. 2 The starter d is only on for a very short time, so its windings can withstand a very high current density. Consequently the volume and the mass of d are reduced to little, which is reflected in the force of the motor ni.
3 The start-up is absolutely gradual and smooth. By suitably choosing the value of rh, it is possible to make <I> d </I> slow down more or less quickly, thus starting the main motor M with a more or less high acceleration.
4 "This start-up takes place without appreciable loss of energy, without overheating.
5 The maneuver to be carried out is reduced to the rotation of a drum carrying a small number of notches.
To promote commutation, as the self-induction of the sections short-circuited by the brushes would produce sparks, it is possible to use resistive connections between the armature and the collector as in single-phase motors; it is also possible to employ two or more windings in parallel (fig. 3) and to use special brushes having a great transverse resistance and composed of strips of unequal resistance pi and _p2; the most resistant are preferably turned on the outside (or even lamellae of the same resistance separated by a layer of a medically conductive substance).
In this way, the short circuit current in one section of the armature is almost quenched.
Coupda ,, ge <I> series </I> parallel. The "parallel series" coupling can also be effected by a similar method consisting of starting an inductive starter at high speed and inserting it in the circuit of the motors coupled in series, then eliminating it when starting. on the "series" position is finished; these operations are then repeated with the motors coupled in parallel.
Fig. 4 shows a diagram making it possible to perform the “parallel series” coupling without interrupting the current or the traction force by producing a combination similar to that known to technicians under the name of “bridge” combination. Two inductive starters di and d2 are used for this purpose (or better still a single inductive starter provided with a double winding and two collectors).
It is easy to follow the operations in the figure.Between notch 0 and notch 1, the auxiliary motor in, integral with dl and d2, is started by the current from the line socket Ls which first passes through the rh rheostat, then directly. At step 1, the main motors Mi and M2 are coupled in series between line Li and earth T2 with the interposition of inductive starters di and d2 which, being at full speed, limit the current. Between 1 and 2, the auxiliary motor an is braked (its circuit being closed on rh) then stopped.
The current of the main circuit then increases in M1 and .1V12 which start. At step 2, di and d2 are eliminated and the main motors are coupled directly in series between line Li and earth Tz. Between 2 and 3, no change occurs in the circuit of the main motors 1111 and M <I> 2, </I> but the auxiliary motor in and with it the starters di and d2 are restarted again. Between 3 and 4, the auxiliary motor m, di and d2 are at full speed, so di and d2 are again liable to create an obstacle to the flow of current.
At notch 4, a first main circuit is established comprising the line Li, the main motor Mi, the inductive starter di and the earth Ti; likewise, a second main circuit is established comprising the line L2, the starter d2, the motor T12 and the earth T2; the two Mi and 312 motors are therefore in parallel, the starters remaining at full speed; therefore with all their self-effect.
At step 5, the current is cut in the small auxiliary motor <I> in, </I> then between 5 and 6, this small motor is again on its rh rheostat, it therefore stops, so that the starters di and d2 which also stop, cease to oppose the flow of current and that the main motors 1v11 and 11T2 are each directly under the voltage of the line. At step 6, di and d2 are eliminated.
It should be noted that at notch 4, where we go from "series" to "parallel" there is no current interruption, because the conductive bands of the cylinder corresponding to the "series" position are extended a little. beyond line 4, 4 'and that those which correspond to the "parallel" position start a little before this line 4, 4'.
It is understood that variants can be made to these devices, both for simple starting and for "parallel series" without changing the subject of the invention: for example, the auxiliary motors can be supplied by a local circuit at the Instead of receiving the current from the <B>; </B> line, the circuits can be closed and opened by contactors controlled by auxiliary controllers summer.
<I> speed adjustment. </I> Inductive starters can replace resistors used to bypass motor inductors. Acting. on the speed of the small auxiliary motor which drives them, their apparent resistance is varied, which makes it possible to obtain a whole range of speeds for the traction motors. As the voltage at the terminals of the inductors is always low compared to the total voltage and since these devices only derive part of the current, the dimensions of the devices used can still be very small. The same ones can be used as for starting, and the controllers described above can be provided with a few additional keys for this purpose, without the need for serious modifications.
<I> Recovery. </I> A known device for recovery on descents is to excite the inductors of traction motors by a small dynamo. One can obviously insert one of the devices previously described in the circuit of the inductors of the traction motors, or even in the circuit of the inductors of the dynamo which is used to excite them, to adjust the recovery, - But the most delicate problem is that of recovery when stopping a vehicle. Inductive starters lend themselves perfectly to the solution of this problem.
Consider, for example (fig. 5), a vehicle with four motors, the armatures of these motors h ra -1s 14 are coupled in series between the line <I> L </I> and the earth <I> T, < / I> while their drivers Fi E #, E3 E4 are excited by a small dynamo a (assumed to be driven by a motor at constant speed not shown). The inductor e of this dynamo is supplied by a battery b with the interposition of one of the inductive starters d.
This device is in synchronous connection with one of the wheels of the vehicle R (this synchronous connection can be carried out by means of gears, or by any absolutely arbitrary process). The device is arranged so that d works in the first part of its characteristic curve (fig. 1), that is to say so that its apparent resistance is proportional to its speed.
In this case, at the start of the regenerative braking period, the vehicle speed being still high d turns rapidly, so that the excitation of a is quite weak, since d opposes a high resistance to the current of the battery b which powers the inductors e of the dynamo a, consequently the traction motors operating as generators are not very excited, and although they are coupled in voltage, the total voltage at their terminals can be as close as one wishes to the grid voltage. As the train slows down, the traction motors running as generators slow down and the voltage they develop would drop if their excitement did not automatically increase.
This increase in excitation is produced precisely by the decrease in speed of d, which by rotating less and less quickly opposes less and less resistance to the current which passes through the inductor e of the exciter a. In other words, the exciter voltage increases as the vehicle slows down, which keeps the voltage developed by traction motors working as generators constant for much of the downtime. . When the speed has fallen to a certain value, the current is cut in the main circuit: Instead of introducing the device producing the inductive voltage drop in the excitation circuit of the exciter, we can obviously '' insert traction motors in the circuit of inductors.
Finally, to carry out all the operations described above: starting, coupling, "series-parallel", shunting of the inductors, recovery, instead of using a device having rotating windings and fixed brushes, one can use a device having fixed windings and rotating brushes (fig. 6).
In this case, the rotating blades <B> fi </B> <I> fi 'f 2 </I> f2' are connected to rotating rings ti and 12 to which the current is brought by other fixed brushes gi and g2. As the inertia of the system is very low, each time it is a question of slowing it down to perform a start-up, instead of making the auxiliary motor work as a generator on a resistance as before, this auxiliary motor is supplied at low potential increasing by the gradual introduction of resistance.
In any case, the characteristic curves of the apparatus (variation of apparent resistance as a function of speed) are absolutely the same, and nothing has changed as regards the principle of the invention.