Brevet FR2046899A1 — publié le 19710312

La présente invention concerne généralement_et a essentiellement pour objet des perfectionnements à un dispositif pour freiner un véhicule à moteurs électriques, du type comprenant un dispositif interrupteur périodique formant vibreur, trembleur 5 ou relais modulateur analogue à courant électrique continu ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de sa mise en oeuvre et les systèmes., ensembles, appareils, machines, engins, équipements et installations pourvus "de tels dispositifs. Quand un véhicule à moteur électrique accomplit un fonction-10 nement à 1'état de régime permanent ou constant selon le mode de freinage rétroactif par récupération ou analogue en mettant en action et hors d'action un dispositif interrupteur périodique formant vibreur ou relais modulateur à courant électrique continu avec une période correcte ou appropriée, un courant 15 électrique est fourni pâr l'intermédiaire du câble conducteur de contact de trolley associé, formant par exemple ligne caténaire ou analogue, à une charge connectée à ce dernier pour absorber la puissance de récupération, de régénération ou de réaction. Si la charge est déconnectée du câble de contact de trolley, 20 le courant est brusquement interrompu alors que le dispositif interrupteur périodique à vibreur ne peut pas absorber cette brusque variation d'intensité de courant et continue à effectuer son action de commande ou de régulation. Par conséquent le courant peut s'écouler dans un condensateur fonctionnellement 25 connecté au dispositif' interrupteur périodique à vibreur pour accroître fortement la tension électrique aux bornes du condensateur. Ceci conduit à la nécessité de concevoir un équipement électrique comportant- le dispositif interrupteur périodique à vibreur sur le véhicule motorisé de façon à résister à des 30 tensions électriques très supérieures à la tension électrique de celui-ci en régime permanent d'où résultent des pertes nuisant à un fonctionnement économique. Diverses tentatives ont déjà été effectuées pour empêcher la tension électrique aux bornes du condensateur d'augmenter forte-35 ment. Certaines de ces tentatives n'ont pas été très efficaces et quelques une de ces tentatives ont laissées craindre que les moteurs de tractions associées pourraient être endommagés. 70 22536 2 2046899 Par conséquent, c'est un but de l'invention d'éliminer les inconvénients précités de la pratique conforme à la technique antérieure par la création d'un système protecteur efficace pour des véhicules à moteurs électriques. 5 - C'est un autre but de l'invention de créer un nouveau système perfectionné pour freiner un véhicule à moteurs électriques, capable d'empêcher un accroissement excessif de la tension électrique aux bornes d'un condensateur de filtrage ou analogue prévu dans le mode de fonctionnement à freinage par 10 récupération ou analogue, même lors d'une interruption ou d'une brusque diminution d'une charge consommant une puissance électrique produite par le fonctionnement en freinage par récupération etrenvoyée ou retournée au câble conducteur de contact de trolley associé formant par exemple ligne caténaire ^ 5 ou analogue. L'invention réalise ces objectifs par la création d'un système pour freiner un véhicule à moteurs électriques comprenant -au moins un moteur de traction à courant électrique continu, un dispositif interrupteur périodique à-vibreur pour commander le moteur à courant continu, une diode à semi-conducteur formant volant compensateur ou analogue et connectée au dispositif interrupteur périodique à vibreur, et un condensateur de filtrage ou analogue disposé du côté de la cathode de la diode à volant compensateur, ce système étant caractérisé par une ^5 résistance connectée en parallèle avec le dispositif interrupteur périodique à vibreur par l'intermédiaire d'un interrupteur de commande -du côté de l'anode ou de la cathode de la diode à" volant compensateur, l'interrupteur de commande étant actionné pour permettre à la résistance d'être connectée en parallèle avec le dispositif à vibreur ou analogue. L'interrupteur de commande peut être actionné de préférence en fonction soit d'une tension électrique présente aux bornes du condensateur de filtrage ou d'un potentiel existant du côté anode ou cathode de la diode à volant compensateur. 3 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caracté ristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de" la description explicative qui va 70 22536 3 2046899 suivre, en se reportant au dessin schématique annexé, donné uniquement à titre d1 exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel : . - la figure 1 représente un schéma des connexions d'un 5 circuit classique pour commander un moteur série de traction d'un véhicule à moteurs électriques comportant un dispositif interrupteur périodique à vibreur à courant continu, selon le mode de fonctionnement à freinage par récupération ou analogue ; - la figure 2 est une représentation graphique de formes . 10 d'onde d'intensité de oairant et de tension électriques produites en diminuant rapidement une charge régénérâtive ou à récupération connectée dans le circuit représenté sur la figure t ; et - la figure 3 est un schéma des connexions d'-un circuit destiné à effectuer un freinage par récupération et construit 15 conformément aux principes de l'invention. En se référant maintenant au dessin et à la figure 1 en particulier, on voit que l'agencement révélé sur celle-ci est représentatif d'un train électrique et comprend un.moteur série de traction- à courant caitinu comportant un. induit A et un 20 bobinage inducteur ou. enroulement d'excitation S, une bobine de réactance de lissage ou analogue 1 D, une diode à semi-conducteur à volant compensateur D^, une bobine de réactance de filtrage L ï et un pantpgraphe ou analogue P connectés mutuellement suivant un circuit en série dans l'ordre de succession indiqué. 25 Bien qu'un véhicule à'moteurs électriques est généralement entraîné par plusieurs moteurs de traction . connectés en série et/ou en parallèle dans un circuit, un seul moteur électrique est -représenté sur la figure 1 .uniquement dans le.but de simplifier l'explication* la diode à volant compensateur 30 a son électrode formant anode connectée à la fois à la bobine de réactance de lissage L D et à un dispositif interrupteur périodique à vibreur à courant continu C H du côté anode, et son électrode formant cathode connectée à la fois à la bobine de réactance de filtrage 1? et à un condensateur de filtrage C P 35 d'un côté, avec le côté cathode du dispositif à vibreur C H connecté à la masse ou à la terre et également à l'autre côté du condensateur CE. 70-22536 4 2046899 L'induit A est connecté à la masse ou à la terre à travers un interrupteur de ligne ou analogue L S et un dispositif réducteur d'intensité de courant à action rapide HB comportant une résistance de diminution d'intensité de courant RHB connectée -5 aux bornes de celui-ci. Le dispositif réducteur d1intensité de courant HB est sensible ou réagit à l'apparition d'un état d'urgence ou d'une circonstance critique pour insérer rapidement la résistance réductrice d'intensité de courant BHB dans le circuit et l'interrupteur dé ligne LS coopère avec Inaction ^ 0 réductrice d'intensité de courant accomplie par le dispositif réducteur d'Intensité de courant HB de façon à s'ouvrir immédiatement pour interrompre le circuit. Le pantographe P est en contact coulissant avec un câble conducteur de contact de trolley ¥, formant par exemple ligne ^5 aérienne caténaire .ou analogue, qui est connecté à son tour .à une charge RL, absorbant de la puissance, par l'intermédiaire d'un interrupteur S représenté dans sa position ouverte. Une telle charge peut être un train ou des trains électriques séparés alimentés en énërgie par le même câble de contact de trolley ou de ligne caténaire ¥ pour fonctionner suivant le mode d'entraînement moteur avec consommation de puissance. Des dispositifs vibreurs à courant continu sont bien connus dans la technique et sont décrits en détail conjointement avec leur mode de fonctionnement dans diverses publications et 25 descriptions de brevets, de sorte que le dispositif à vibreur à courant continu CH n'a pas besoin d'être décrit ici. Il est suffisant de dire que,dans le mode de fonctionnement à freinage par récupération en régime permanent, une tension électrique, induite dans l'induit A, est maintenue à une valeur inférieure 30 à la valeur de la tension électrique au câble de contact de 'trolley ou à la ligne caténaire ¥ pendant que le dispositif à vibreur à courant continu GH est mis en circuit et hors circuit • avec une période ou fréquence de répétition appropriée pour maintenir l'intensité 1^ du courant électrique dans l'induit 35 à une valeur prédéterminée. Dans ces conditions, la somme de la tension électrique développée dans un élément à imductance (qui est constituée principalement par les inductances dues à la 70 22536 5 2046899 fois au bobinage inducteur formant enroulement d'excitation F et à la bobine de réactance de filtrage ID) existant dans le circuit du moteur de traction pendant la période de débranchement du dispositif.à vibreur à courant continu CH 5 et &^tension électrique, induite dans l'induit A, excède la tension au câble de contact de trolley W. Il résulte de ceci qu'un courant régénérateur ou de récupération d'intensité I-g est fourni au câble de contact de trolley ¥ à travers la diode à volant compensateur et à travers la bobine de 10 réactance de filtrage IF jusqu'à ce que ce courant soit absorbé ou consommé pp.r la charge EL connectée au câble de contact de trolley ¥ à travers l'interrupteur fermé S. Si l'interrupteur S est ouvert au cours du mode de fonctionnement a freinage par récupération tel que décrit ci-dessus, • 15 le courant d'intensité I-g, s'-écoulant à-travers la charge RL, est brusquement interrompu. Cependant un système (non représenté) de commande du dispositif à vibreur CH ne peut pas suivre immédiatement cette interruption du courant et continue par contre à effectuer la commande réalisée jusqu'à ce moment. Ceci 20 permet au courant régénérateur ou de récupération d'intensité I-r, de continuer à s'écouler. Par conséquent ce courant s'écoule Jd _ , dans le condensateur CF pour le charger jusqu'à ce qu'une tension aux bornes du condensateur CF est rapidement accrue au-delà de sa valeur égale à celle de la tension en régime 25 permanent EQ au câble'de contact de trolley ¥ avant 'que l'interrupteur S soit ouvert. En détectant la valeur moyenne deTintensité de courant, le phénomène venant juste d'être décrit peut être interprété par le fait qu'uneénergie électrique, accumulée par un élément à 30 inductance du circuit du moteur de traction, à été transférée au condensateur CF.- L'Intensité du courant de récupération Xg et la tension aux bornes du condensateur CF varieront en fonction du temps comme cela est représenté sur la figure 2, sur laquelle le graphique supérieur représente l'intensité I-g 35 du courant de récupération (portée en ordonnées) tracée en fonction du temps (porté en abscisses) et le diagramme inférieur représente la tension Y^ (portée en ordonnées) tracée en 70 22536 6 2046899 fonction, du temps (porté en abscisses), l'axe des temsp étant commun aux deux graphiques. Un temps ou une durée de charge t^ pour le condensateur CF.est égal à un quart de la période de résonance d'un circuit composé d'un élément à inductance L et d*un élément à capaeitance ou condensateur CF. Plus précisément le temps de charge t^ est exprimé par l'équation : ii =Jl,:X 2trtf L.CF In supposant par eÉemple que la capacitance CF est de 1000 microfarads et que 1'induetance/j est de 10 millihenrys, la durée de charge calculée sera d'environ 5 millisecondes. En supposant également que, dans le mode de fonctionnement à freinage par récupération, la tension électrique Eq au câble de contact de trolley possède une valeur de 1650 V et que l'intensité Ig du courant de récupération possède une valeur en régime 1 S r permanent de 800 A, la tension maximale calculée aux bornes du condensateur sera d'environ 4200 V, laquelle est obtenue par l'équation : 10 20 30 YCF max ~ B0 + IB\, 0F Ceci indique que divers éléments de circuit, comprenant le 5»m dispositif à vibreur tel que représenté sur la figure 1, devront être conçus pour résister à des tensions très supérieures à leurs tensions respectives entégime permanent, ce qui entraîne un grand gaspillage. Afin d'empêcher la tension aux bornes du condensateur CF 2R de croître jusqu'à une telle valeur élevée, on peut imaginer de détecter la tension aux bornes du condensateur CF et ouvrir _ rapidement le circuit du moteur de traction lorsque la tension détectée excède une certaine limite, de façon à interrompre ainsi le courant de récupération d'intensité Lg. Même avec l'utilisation d'un dispositif réducteur d'intensité de courant à action rapide, communément employé avec des véhicules à moteurs électriques et tel que représenté en HB sur la figure 1 , ce moyen n'est pratiquement pas utilisable ou avantageux parce que l'ouverture d'un tel dispositif s'effectue en un intervalle de temps ou une durée de 10 à 15 millisecondes qui est trop long en comparaison avec la durée de charge t ^ du condensateur CF comme cela a été indiqué ci-dessus. 70 22536 7 2046899 On a également déjà conçu un système pour empêcher le courant de récupération d'intensité 1^ de s'écouler dans le condensateur CF et comprenant des moyens pour détecter la tension aux bornes du condensateur CP comme dans le cas ci-dessus, 5 des moyens sensibles ou réagissant à la tension détectée excédant une certaine limite pour rendre conducteur de"façon continue le thyristor principal ou thyristor dan^Le dispositif à vibreur, c'est-à-dire pour ccnrt^circuiter le circuit dct moteur, de traction par l'utilisation du dispositif à vibreur CH. Ce système est 10 efficace- pour supprimer une élévation de tension aux bornes du condensateur pour la raison que le thyristor ou les thyristors est ou sont amorcés ou allumés suffisamment vite. Ce système n'est cependant pas très pratique par le fait qu'avec le circuit du moteur-de traction oourtsrcircuite pendant le mouvement à . 15. grande vitesse d^éhicule associé à moteurs électriques, un courant intense est brusquement développé et produit un claquage ou -une■décharge disruptive de contournement du moteur électrique avant l'ouverture du circuit du moteur au moyen du dispositif réducteur d'intensité de courant à action rapide HB efcétyï'interrup-20 teur de ligne 1S. Il est à craindre également que le moteur de. traction soit endommagé du fait que le couple subit line forte impulsion. L'invention envisage d'éliminér les inconvénients de la pratique de la technique antérieur telle que décrite ci-dess.us. 25 Ûh mode de réalisation de l'invention est représenté sur . la figure 3 sur laquelle les mêmes chiffres de référence désignent Le détecteur de surtension OYD peut être constitué par exemple par un transformateur de tension à courant continu.et par un élément 70 22536 8 204-6899 commutateur du type PNPN, bien que «ee-eiiE soient par représentés sur la figure 3- Le détecteur OT7D est sensible ou réagit à l'excédent de tension aux bornes du condensateur CF par rapport à une tension prédéterminée quelque peu supérieure à la 5 tension normale au câble de contact de trolley, de sorte qu'une fluctuation ou variation permissible pulsatoire de cette "tension produit un signal de sortie. Ce signal de sortie est appliqué au commutateur ou thyristor TH pour l'amorcer ou l'allumer et aussi au dispositif réducteur d'intensité de courant à action 10 rapide HB sous forme d'un signal déclancheur ou disjoncteur. Dans le mode de fonctionnement à freinage par récupération, le débranchement ou la déconnexion de la charge RL du câble de contact de trolley W froce la tension aux bornes du condensateur CFcfe commencer à augmenter, comme cela a été indiqué ci-dessus en 15 corrélation avec les figures 1 et 2. Le détecteur de surtension OYD répond à l'excédent le tension aux bornes du condensateur CF par rapport à la tension de seuil précité# , de façon à appliquer son- signal de sortie au thyristor TH pour l'amorcer ou l'allumer. Ceci a pour résultat de compléter un circuit fermé 20 s'étendant de l'induit A du moteur de traction à travers le bobinage inducteur ou l'enroulement d'excitation F- du moteur, la bobine de réactance de lissage ou de filtrage LD, le thyristor TH maintenant conducteur, la résistance R, le dispositif réducteur d'intensité de courant à action rapide HD et l'interrupteur de 25 ligne fermé LS pour retourner à l'induit. Dans ces conditions, l'intensité 1^, d'un courant s'écoulant à travers la résistance R, est exprimée par : 30 oîi E^ est. la force électromotrice de l'induit A ; . R est la valeur de résistance électrique de larésistance R ; r est la résistance du.circuit fermé précité moins la résistance R. En choisissant convenablement la valeur de -la résistance R, 35 l'intensité de courant 1^ peut être fixée préalablement à une valeur supérieure à la valeur maximale de l'intensité du Jd . courant de récupération en état de régime permanent mais 70 22536 9 2046899 suffisamment plus basse que l'intensité minimale de courant qui rendrait défectueux le fonctionnement de l'un quelconque ou de plusieurs des moteurs électriques et des éléments dé circuit associés ou provoquerait' leur défaillance. En agissant ainsi, 5 l'amorçage du thyristor TH a pouVrésultat qu'un potentiel du côté anode de la diode D^ devient inférieur à un potentiel du côté cathode de celle-ci jusqu'à ce que le courant cesse de s'écouler à travers la diode D.^. De cette manière, la tension aux bornes du condensateur CF a été limitée à la tension de seuil 10 V^ fixée pour le détecteur de surtension OVD. D'autre part le signal déclancheur., provenant du détecteur de surtension OVD, a été appliqué au dispositif réducteur d'intensité de courant à action rapide HB pour ouvrir son circuit de maintien (non représenté). Par conséquent le 15 dispositif réducteur d'intensité de courant HB s'ouvre avec un retard prédéterminé mhérent à celui-ci pour connecter la résistance RHD dans le circuit fermé. A la suite de cela, l'interrupteur de ligne 1S s'ouvre peur interrompre le circuit fermé . 20 On comprendra donc facilement que la résistance E et le thyristor commutateur TH'sont nécessaires seulement pour . résister à un courant les traversant pendant une très courte période de temps, entre un instant auquel la tension aux bornes du condensateur CF à .jus'te dépassé la tension de seuil pour 25 le détecteur de surtension OVD et un instant auquel '1*interrupteur de ligne 1S a été ouvert. En conséquence, la résistance R et le thyristor TH peuvent être faiblement dimensionnés, légers et peu coûteux. • Bien que l'invention ait été représentée et décrite en se 30 référant- à un seul mode de réalisation préféré .de celle-ci, il doit être entendu qu'on peut avoir recours à de nombreux changements .et modifications sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention. Par exemple le détecteur de surtension" OVD peut être connecté de façon à déceler un.e tension en tout 35 point de la connexion i de la diode D^ au pantographe P et à la maase ou à la terre plutôt ; que la tension aux bornes du condensateur CF. De même, l'agencement ou montage en série du 70 22536 10 2046899 thyristor TH et de la résistance E peut être connecté en tout point de la connexion t de la diode D^ au pantographe P et à la masse ou à la terre. Dans ce dernier cas, un courant de récupération à faible intensité I-g proroque l'écoulement d'un 5 courant du câble de contact de trolley dans le.^thyristor et dans la résistance en entraînant un accroissement de la capacité en courant de chacun d'eux en comparaison avec le cas où les deux éléments de circuit sont connectés à la diode D^ du côté de celle-ci qui est éloigné du pantographe. Ce moyen est cependant 10 avantageux par le fait qu'une charge dans le condensateur CF se décharge à travers la résistance E pour abaisser la tension aux bornes du condensateur CP par rapport à la tension de trolley à une valeur inférieure à la tension de seuil fixée pour le détecteur de surtension. 15 En outre, bien que l'interrupteur de commande TH ait été représenté comme étant un thyristor, celui-ci peut être constitué par tout interrupteur désiré autre que le thyristor commutateur représenté. Par ailleurs l'invention est également applicable à des moteurs de traction du type sfaïmt ou à 20 excitation en dérivation et du type . compound ou à excitation mixte, pour autant qu'ils sont du type à courant électrique continu. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre 25 d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 70 22536 11 2046899 REVENDICATIONS 1. - Système de freinage d*isn véhicule à moteurs électriques comprenant au moins un moteur de traction à courant électrique continu, caractérisé-en ce qu'il comporte en 'combinaison : un dispositif interrupteur périodique à vibreur pour 5 commander ledit moteur de traction à courant continu ; une diode à semi-conducteur à volant compensatar connectée audit dispositif à vibreur ; un. condensateur de filtrage disposé du côté cathode de ladite diode à volant compensateur ; et .une résistance-connectée à travers un interrupteur de commande, du côté choisi 10 soit de l'anodê ou de la cathode de ladite diode à volant compensateur, ledit interrupteur de commande étant actionné pour permettre à ladite résistance d'être connectée en parallèle avec ledit dispositif à vibreur. 2. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 l'interrupteur de commande précité est actionné en fonction d'une tension"électrique présente aux bornes du condensateur1 de filtrage précité.- -3. - Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en cequé l'interrupteur de commande précité est actionné en fonction 20 d'un potentiel présent à l'un des côtés anode ou cathode de la diode à volant compensateur précitée. 4- - Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé.en ce qu'il comporte en outre un interrupteur de ligne connecté dans le circuit dy. moteur de traction précité 25 à courant continu, l'interrupteur de commande précité étant fermé avant l'ouverture dudit interrupteur de ligne.