Brevet FR2029688A1 — publié le 19701023

La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet un dispositif ou système de commande pour un train où.convoi de véhicules électriques ou analogues comprenant plusieurs groupes de moteuis de traction alimentés en énergie électrique à 5 courant continu, ainsi que les divers applications et utilisations résultant de sa mise en oeuvre et les systèmes, ensembles, circuits, véhicules, équipements et installations pourvus de tels dispositifs. Dans des trains de véhicules électriques entraînés par de l'énergie électrique à courant continu fournie soit directement par 10 la ligne associée d'alimentation ou de transport d'énergie à courant continu ou par des moyens redresseurs montés sur ceux-ci et alimentés par la ligne associée d'alimentation en courant alternatif pour convertir la puissance électrique fournie en courant alternatif en une puissance électrique à courant continu, la commande des moteurs 15 de traction à courant continu, montés sur ceux-ci, est généralement effectuée par des moyens de transforimfcion de puissance impliqués pour contrôler ou régler de façon continue la tension électrique à courant continu. Lors de l'accélération et du ralentissement de tels trains électriques, l'intensité particulière, à laquelle le cou-20 rant s'écoulant à travers les moteurs de traction, est limité, a été déterminée auparavant par le coefficient d'adhérence du train dans les pires conditions d'état de la voie. Ce coefficient d'adhérence possède une valeur dépendant beaucoup des conditions d'état de la voie ferrée, telles que Hatat sec ou mouillé des rails, etc.... En 25 outre, en raison des propriétés des véhicules électriques, c'est un problème important de déterminer la valeur du coefficient d'adhérence correspondant aux pires conditions d'état de la voie ferrée, laquelle valeur détermine l'intensité limite de courant, telle qu'indiquée ci-dessus. Cependant, il n'y a normalement pas d'autre. 30 alternative que de conférer une très grande tolérance à la valeur limite de l'intensité de courant alors qu'il existe très peu d'occasions de rencontrer réellement les plus mauvaises conditions d'état de la voie ferrée. Si un patinage se produit en cours de marche, il a été 35 auparavant de pratique courante que, dès que la vitesse de patinage ou de glissement a dépassé une valeur prédéterminée, un interrupteur ou contacteur de ligne impliqué s'ouvre pour mettre le mode de fonctionnement à marche motrice dans l'état déclenché ou mis hors circuit en attendant ainsi que le patinage soit terminé. Ensuite, après que 70 03019 2 2029688 le patinage se soit terminé, l'interrupteur de ligne était de nouveau fermé. En d'autres mots, l'apparition d'un patinage au cours de la marche d'un train de véhicules électriques a amené l'accélération et la vitesse des moteurs de celui-ci à être réduites 5 une fois à une valeur nulle. Ceci conduit à une diminution de l'accélération et par suite à un accroissement de la variatic&de celle-ci. Ainsi, les systèmes de commande du type de la technique antérieure sont désavantageux par le fait que les passagers ou voyageurs ressentent de très grands chocs. ^0 En conséquence, c'est un "but de l'invention de créer un nouveau système perfectionné de commande pour un train de véhicules électriques entraînés par de l'énergie électrique à courant continu, lequel système élimine l'inconvénient précité des systèmes de commande des types connus dans la techniques antérieure et est sus-^5 ceptible d'utiliser le plus possible les coefficient de frottement entre les roues des véhicules et les rails associés. l'invention atteint cet objectif par la création, d'un système de commande destiné à être utilisé avec un train de véhicules électriques comprenant plusieurs moteurs électriques à courant 20 continu alimentés en énergie et commandés soit directement par une puissance à courant continu elle-même appliquée à ceux-ci ou par une puissance à courant continu fournie par le redressement d'une puissance à courant alternatif appliquée à ceux-ci, ledit système étant caractérisé par des moyens pour détecter le patinage d'une 25 roue particulière d'un véhicule et par des moyens pour* contrôler ou régler l'intensité du courant traversant les moteurs à courant continu, conformément à la valeur détectée du patinage. Les moyens potsr détecter le patinage peuvent être actionnés de préférence de façon à détecter au moins une différence entre les 30 tensions appliquées aux moteurs à courant continu et une différence entre les nombres de tours des moteurs à courant continu ainsi qu'une différence entre les nombres de tours des roues des véhicules. Dans un mode de réalisation préféré' de l'invention, le système de commande peut comprendre plusieurs moteurs de traction électri-35 ques à courant continu, connectés en série les uns aux autres et divisés en deux groupes de moteurs, un moyen de détection fonctionnel-lement accouplé au deux groupes de moteurs pour détecter une différence dans une quantité relative au patinage du train entre les deux 70 03019 2029688 groupes de moteurs précités, un moyen détecteur de courant pour détecter un courant électrique traversant lesdits moteurs de traction, un modèle ou programme de référence d'intensité de courant pour déterminer la/(raleur à laquelle les intensités de 5 courant traversant les moteurs de traction sont normalement limitées, et des moyens appliqués à la sortie desdits moyens de détection, à la sortie dudit moyen détecteur de courant et audit modèle ou programme de courant pour fournir une valeur de sortie servant à diminuer l'intensité de courant s'écoulant à travers lesdits 10 moteurs de traction en fonction de la vitesse particulière de patinage. l'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui va suivre, en se reportant aux 15 dessins schématiques annexés , donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma synoptique fonctionnel d'un système de commande pour un train de véhicules électriques, construit 20 conformément aux principes de l'invention ; - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 mais illustrant unemriante de l'invention ; - la figure 3 est une représentation graphique des caractéristiques de fonctionnement du système selon l'invention ; 25 - la figure 4 est une représentation graphique montrant le résultat de la commande effectuée par le système de commande du type appartenant à la technique antérieure ; et - la figure 5 est une représentation graphique montrant le résultat fourni par le système de commande conforme à l'invention. 30 En se reportant maintenant aux dessins et en-particulier à la figure 1, il y est représenté un système de commande pour un train de véhicules électriques, construit conformément aux principes de l'invention, l'agencement représenté comprend un pantographe ou analogjie P mis en contact glissant avec une ligne d'alimen-35 tation ou caténaire PL, un interrupteur général ou disjoncteur principal de circuit L connecté au penbographe P pour connecter le circuit principal à la ligne d'alimentation ou caténaire PL et le déconnecter de celle-ci, et plusieurs»dans ce cas quatre, moteurs 70 03019 * . 2029688 de traction à courant continu , M^,M^ et connectés en série les uns aux autres, le premier de ces moteurs est connecté à l'intérrupteur général de ligne ou disjoncteur principal de circuit L tandis que le dernier ou quatrième moteur est connecté à un 5 détecteur de courant - CD 'pour détecter un courant traversant les moteurs à courant continu M., M_, et M. connectés en série. 1 d 5 4- Le détecteur de courant CD est ensuite connecté à un convertisseur de puissance à courant continu PC représenté comme étant un vibreur ou trembleur à thyristor ou analogue connecté à une ligne de retour 10 désignéeconventionnellement par le symbole de la masse ou de la terre. Le transformateur de puissance PC sert à laisser passer le courant par intermittence à travers celui-ci pour contrôler ou régler de façon continue l'intensité du courant d'une façon globale. Si on le désire, ce convertisseur peut être constitué par 15 des dispositifs de commande de tension électrique appropriés quelconques autre que le vibreur ou trembleur à thyristor tel que représenté sur la figure 1. Les moteurs, le détecteur de courant et le convertisseur de puissance, tels que décrits ci-dessus.^ contituent le circuit principal précité pour le train. 20 Afin de détecter les tensions électriques aux bornes des moteurs de traction, deux détecteurs de tension VD^ et VD^ sont connectés à chaque paire de moteurs , e-fc connectés en série pour détecter respectivement les tensions aux bornes de deux moteurs associés. Les valeurs de sortie des détecteurs de 25 tensions VD^ et YD^ sont appliqués à un dispositif de comparaison de tension CA dans lequel les deux valeurs de sortie sont comparées l'une à l'autre. Le dispositif comparateur est constitué essentiellement par un amplificateur fonctionnant de façon à déceler une différence entre les deux valeurs de sortie des détecteurs de tension 30 en tant . que résultat de comparaison et à fournir une valeur limite d'intensité de courant appropriée convertie à partir de la distance de tension dans le but de terminer ou d'arrêter le patinage d'une roue de véhicule. Afin que la valeur, à laquelle l'intensité de courant traversant les moteurs de traction connec-35 tés en série, est limitée, soit réglée à une valeur prédéterminée, il est prévu un régulateur automatique à courant constant ACR ayant la valeur de sortie de l'amplificateur de comparaison CA, la valeur 70 03019 2029688 de sortie du détecteur de courant CD et un modèle -de référence courant IP appliques à ses bornes d'entrée pour déterminer normalement l'intensité de courant traversant les moteurs à M^, Il est à noter que le modèle ou programme de courant IP est appliqué 5 manuellement au régulateur ACE. par l'opérateur et est opposé en polarité auz valeurs de sortie provenant à la fois du détecteur de - courant CD et de l'amplificateur CA. Ainsi la figure 1 montre que le régulateur ACE. a, appliquées à ses "bornes d'entrée, le modèle de courant IP avec la polarité positive et les valeurs de sortie 10 du détecteur et de l'amplificateur avec la polarité négative. Le régulateur automatique à courant constant ACE. agit de façon à comparer une valeur d'entrée ou le modèle de courant IP aux deux valeurs d'entrée restantes pour fournir une valeur de sortie qui est à son tour appliquée rétroactivement sous forme d'un signal 15 d'activation ou de mise en circuit au convertisseur de puissance à courant continu PC. On suppose maintaant sur la figure l'.que la ligne d'alimentation ou caténaire PL fournit une tension prédéterminée constante de courant continu au circuit principal précité par l'intermédiaire 20 du pantographe P. Dans les conditions supposées, le convertisseur de puissance PC est actionné pour fournir aix moteurs de traction I4.| à des puissances électriques à courant continu correspondant respectivement aux forces contre-électromotrices des moteurs, tandis que le régulateur automatique à courant constant ACR règle 25 l'intensité du courant traversant les moteurs à connectés en série à une valeur fixe prédéterminée. En d'autres mots, si aucun patinage ne se produit, l'amplificateur CA fournit une valeur de sortie nulle et par conséquent le régulateur ACR réagit à une différence existant- entre le modèle de courant IP et la valeur 30 de sortie du détecteur de courant CD pour maintenir l'intensité du courant moteur à une valeur fixe prédéterminée. Par ailleurs, si un patinage se produit, la tension appliquée aux bornes de ceux des moteurs de traction qui sont fonctionnellement accouplés à l'essieu particulier (non représenté) entrain de 35 patiner, augmente en comparaison avec celle des moteurs restants, d'où résulte une différence entre les valeurs de sorties des détecteurs de tensions et VDEnsuite, une tension, correspondant 70 03019 2029688 à cette différence entre les valeurs de sortie des deux détecteurs de tension, est appliquée en tant que valeur d'entrée à l'amplificateur GA. L'amplificateur OA est destiné à réagir à la différence de 5 tension telle qu'indiquée ci-dessus pour présenter une caractéristique de sortie telle que représentée sur la figure 3 dans laquelle l'axe des abscisses représente la vitesse de patinage ou la différence de tension correspondante entre les moteurs de traction et l'axe des ordonnées représentent la valeur de sortie du régulateur 10 ACR appliquée rétroactivement au convertisseur de puissance CP, comme cela est représenté sur la figure 1. Sur la figure 3, la courbe A représente, à titre d'exemple, une caractéristique de sortie fournie par un mode de réalisation de l'invention. Comme cela est représenté par la courbe A, l'intensité de courant, 15 impartie rétroactivement au courant traversant les moteurs de traction, est nulle pour une vitesse de patinage variant de zéro jusqu'à une valeur correspondant . à une différence de tension prédéterminée Y^ alors qu'elle croît proportionnellement à la vitesse de patinage quand la vitesse varie de jusqu'à une autre 20 différence de tension prédéterminée Y ^. Quand la vitesse de patinage est supérieure à Y^, l'amplificateur CA fournit, comme -valeur de sortie, une intensité de courant prédéterminée constante impartie rétroactivement au courant des moteurs, qui, à son tour$est égale à une valeur prédéterminée I'q à laquelle l'intensité du 25 courant traversant les moteurs est limitée à l'absence de tout patinage. Cette intensité constante de courant est impartie rétroactivement au courant du moteur pour annuler l'intensité du courant réel traversant actuellement le moteur. La courbe B , représentée sur la figure 3, représente une 30 caractéristique de sortie fournie par un autre mode de réalisation de l'invention et montrant qu'une intensité de courant, impartie rétroactivement au courant s'écoulant à travers les moteurs, augmente proportionnellement à la vitesse de patinage ou à la différence de tension en croissant à partir d'une valeur nulle. 35 Une tension électrique, correspondant à une différence entre les tensions de sortie des diviseurs de tension YD^ et YD^, étant appliquée à l'amplificateur CA, celui-ci délivre une intensité de courant impartie rétroactivement au courant des moteurs dont 70 03019 7 2029688 l'intensité est déterminée en fonction de la vitesse de patinage particulière conformément à l'une ou à l'autre des caractéristiques de sortie A ou B telles que représentées sur la figure 3. Ensuite, un signai correspondant à l'intensité de courant ainsi déterminée, est délivré au régulateur automatique à courant constant ACR qui, à son tour, actionne le convertisseur de puissance PC pour diminuer l'intensité du courant traversant les moteurs conformément à l'intensité de courant impartie rétroactivement au courant des moteurs. De cette manière, l'intensité du courant traversant les-moteurs de traction diminue jusqu'à la valeur pour laquelle l'adhérence est rétablie, après quoi la valeur de sortie de l'amplificateur CA devient faible et celui-ci fournit rapidement une valeur de sortie nulle, de sorte que l'intensité,.limite de courant est ramenée à sa valeur initiale. On seiend compte ainsi que si l'amplificateur CA est correctement conçu pour présenter une caractéristique de sortie telle que représentée par la courbe A ou B, l'adhérence peut être rétablie pendant que la vitesse de patinage est encore faible. Dans ce cas, si la caractéristique de sortie de l'amplificateur CA est choisie de façon à annuler sensiblement la vitesse de.patinage, alors on peut faire marcher le train de véhicules électriques avec une intensité limite de courant utilisant le plus possible le coefficient d'adhérence. Comme cela a été décrit ci-dessus, l'amplificateur CA présente une caractéristique de sortie en vertu de laquelle l'intensité du courant, impartie rétroactivement au courant des moteurs, est déterminée en fonction de la vitesse de patinage. Ceci permet à la valeur maximale de la vitesse de patinage de décroître fortement comme cela sera décrit ci-après en se référant aux figures 4 et 5. La figure 4 représente des formes d'onde d'une accélération o(, d'un train de véhicules électriques, une intensité de courant I dans les moteurs et une vitesse de patinage S dévelqçpée dans un système de commande du type connu dans l'état antérieur de la technique. Comme cela est représenté sur la figure 4, si un patinage se produit à un instant t^, alors le train commence immédiatement à ralentir ou à décroître en accélération, mais l'intensité du courant des moteurs commence à diminuer avec un retard (Jî'q - ^q). 70 03019 2029688 Ensuite l'accélération et l'intensité du courant des moteurs diminuent jusqu'à une valeur nulle tandis que la vitesse de patinage croît jusqu'à sa valeur maximale et atteint ensuite sa valeur nulle à un instant t^ . Ensuite un second patinage se produit à un instant t^ 5 et le processus décrit ci-dessus est répété. En d'autres mots, dès que le patinage s'est produit, l'accélération et l'intensité du courant moteur diminuent une fois jusqu'à valeur zéro. Ceci force l'accélération à prendre une faible valeur mais aussi à varier fortement avec pour résultat que des grands chocs ou secous-10 ses, dûs au patinage, se produisent. Cependant, conformément à l'invention, l'apparition d'un patinage à un instant t^ force l'amplificateur CA à diminuer immédiatement l'accélération et l'intensité de courant moteur I sans aucun retard appréciable, comme cela est représenté sur la 15 figure 5. Ceci signifie que la vitesse de patinage correspondante force à la fois l'accélération et l'intensité de courant moteur I à être immédiatement réduites respectivement des quantités A ©( et I. Ensuite, à l'instant t^, le patinage se termine pour rétablir l'adhérence tandis qu'en même temps l'accélération 20 et l'intensité du courant moteur" sont ramenées à letus valeurs initiales, de sorte qu'il en résulte un fonctionnement normal. En d'autres termes, l'apparition d'un patinage force l'accélération à varier d'une faible quantité et à permettre à l'adhérence d'être rapidement rétablie sans que l'accélération et l'intensité 25 du courant moteur atteingnent la valeur nulle. Par conséquent, on peut faire marcher le train d'une manière douce sans aucun choc ni secousse. la figure 2, dans laquelle les mêmes caractères de référence désignent les composants conespondant ou identiques à ceux repré-30 sentés sur la figure 1, illustre une modification de l'invention. Deux résistances et R^ sont ^connectées en série dans le circuit aux bornes de la combinaisons des quatre moteurs de traction à connectés en série pour former un pont de Wheatstone. Le pont comporte une borne à la jonction des second et troisième 35 moteurs et et une autre borne à la jonction des résistances R^ et R^ et fonctionne. de façon à détecter une différence de tension entre les moteurs dans une branche de celui-ci et une autre dans l'autre branche de celui-ci. Les deux bornes sont également 9 70 03019 2029688 connectées aux bornes d'entrée d'un détecteur différentiel de tension DVD. Le détecteur DVD est connecté à un circuit de filtrage PC dans lequel le signal, décelé par le détecteur DVD,est filtré ou lissé et reçoit une valeur liée au temps. La valeur de sortie 5 du circuit de filtrage EC est appliquée à un convertisseur de signaux SC où un .signal, correspondant à la différence de tension entre les moteurs ou à la valeur de sortie du circuit de filtrage PC, est transformé en un signal correspondant servant à diminuer l'intensité à laquelle le courant, traversant les moteurs de trac-10 tion, est limité comme dans le" mode de réalisation selon la figure 1. A d'autres égards, cet agencement est identique à celui représenté sur la figure 1. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à un patinage se produisant pendant l'accélération, il doit être 15 entendu qu'elle est également applicable à un patinage se produisant pendant le ralentissement _ ou la décélération. En résumé, l'invention est efficace ou agit pour détecter un patinage et régler l'intensité de courant traversant les moteurs de traction à courant continu suivant une fonction prédéterminée 20 du patinage détecté,de sorte que le courant, traversant les moteurs, est réglé à une intensité compensant le coefficient d'adhérence du train en cours de marche par le coefficient de frottement, utilisé le plus possible, entre les roues du train et les rails associés; L'invention présente plusieurs avantages. Par exemple, 25 l'intensité normale, à laquelle le courant, s'écoulant à travers les moteurs de traction à courant continu, est limité , peut être choisie à une valeur élevée parce que lors de l'apparition d'un patinage, la valeur limite particulière de l'intensité de courant diminue contuellement conformément ,à la vitesse de patinage 30 correspondante pour faire marcher le train avec une faible valeur limite de l'intensité de courant. Ceci permet à la force de traction pour chaque véhicule d'être diminuée. Par conséquent, en considérant les véhicules'électriques dans l'ensemble, chaque véhicule, comportant un ou des moteurs de tractions, c'est-à-dire chaque 35 véhicule moteur peut avoir sa valeur de sortie augmentée avec pour résultat que la puissance motrice peut être centralisée. Par conséquent, le.nombre de véhicules moteurs peut décroître tandis que leur entretien devient facile. 70 03019 2029688 Bien que l'invention ait été illustrée et décrite en se référant à quelques modes de réalisation préférés de celle-ci, il doit être entendu qu'on peut recourir à divers changements et modifications s'en s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention. Par 5 exemple, au lieu des détecteurs de tension VD^ et d'autres détecteurs peuvent être utilisés pour détecter une différence entre les nombres de tours des moteurs de traction ou des roues des véhicules électriques avec des résultats satisfaisant. Ben entendu, l'invention n'est nullement limitée aux 10 modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre 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 15 l'esprit de l'invention. 70 03019 n 2029688 R_Ejr_E_H_D_I_C_A_T_I_0_g_3_ 1, Système de commande pour usage avec un train de véhicules électriques, du type comportant plusieurs moteurs à courant continu alimenté en énergie et commandés soit directement par la puissance à courant continu elle-même, appliquée à ceux-ci 5 ou par une puissance à courant continu fournie par le redressement d'une puissance à courant alternatif appliquée à -ceux-ci, caracté.-risé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter le patinage d'une roue particulière desdits véhicules et des moyens pour régler l'intensité du courant traversant lesdits moteurs à courant 10 continu conformément à la valeur détectée du patinage. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités pour détecter le patinage détectent au moins une différence de tension entre les moteurs précités à courant continu, une différence entre les nombres de tours desdits moteurs 15 à courant continu et une différence entre les nombres de tours des roues des véhicules précités, les moyens de régulation précités agissant de façon à diminuer l'intensité du courant traversant lesdits moteurs à courant continu conformément à ladite valeur détectée. 20 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par des moteurs de traction précités à courant continu connectés en série les uns aux autres et divisés en deux groupes de moteurs et en ce qu'il comporte un moyen dé détection fonctionnellement accouplé aux deux groupes de moteurs, un moyen de détection fonc-25 tionnellement relié aux deux groupes de moteurs pour détecter une différence dans une quantité relative à un patinage du train précité entre les deux groupes de moteur^ un moyen détecteur de courant pour détecter un courant traversant lesdits moteurs de ■ traction, un modèle de courant de référence pour déterminer l'inten-30 sité à laquelle le courant, traversant lesdits moteurs de traction, est normalement limité, et des moyens appliqués à la sortie desdits moyens de détection, à la sortie dudit moyen détecteur de courant et audit modèle de courant pour fournir une valeur de sortie servant à diminuer l'intensité du courant traversant lesdits moteurs 55 de traction en fonction de la vitesse particulière de patinage.