Brevet FR2133467A1 — publié le 19721201

La présente invention concerne les installations de rk- glage à variation continue du courant unidirectionnel traversant un appareil électrique faisant partie dtun circuit branché sur une source de tension unidirectionnelle variable0 Dans les installations commues de ce genre, par exemple celles concernant les machines électriques rotatives à courant continu pour lesquelles le courant circulant dans l'enroulement d'excitation doit entre réglé, dans une disposition il est fait emploi de résistances et dtinterrupteurs(contacteurs) et dans une autre disposition, notamment pour les machines à excitation séparée, il est fait emploi d'amplificateurs magnétiques et de redresseurs à soupapes commandées ou non, Les deux dispositions ci-dessus, citées à titre dtexemple, présentent des inconvénients. En effet, la première conduit à un réglage discontinu par suite de son fonctionnement pas à pas(le nombre de pas ne peut économiquement être très grand) et de plus, stil s'agit d'une machine génératrice à excitation en série, l'auto-amorage de ltexcitation ne peut se produire qu'avec une tension rémanente suffisante; la deuxième conduit à devoir dis- poser d'une source électrique auxiliaire de courant alternatif ou de courant continu dont la tension doit alors correspondre à celle des inducteurs et qui, en conséquence, s'applique plus difficilement aux machines à excitation en série. La disposition suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Dans celle-ci, en effet, on peut régler d'une mani ère pratiquement continue le courant circulant dans un appa- reil électrique branché sur une source électrique principale de tension unidirectionnelle variable.De plus, elle offre deux avantages appréciables car, d'une part, elle permet de réduire l'importance du système de réglage aux seuls besoins propres au réglage de l'appareil considéré en se limitant à la plage de ré- glage prévue, alors que la source principale sur laquelle est branché I'appareil, peut comporter une puissance installée beaucoup plus importante et, d'autre part, pour les machines précédemment citées comme exemples, elle permet de conserver la caracéristique série pour le moteur et la caractéristique d'autoamorçage pour la génératrice; en outre, au cas de défaillance de la source électrique auxiliaire de tension unidirectionnelle réglable, elle permet, soit de revenir au fonctionnement à plein champ pour le moteur soit d'obtenir l'auto-amorage de la génie~ ratrice dans le meilleur délai et à coup saur. La disposition, objet de l'inventions met en oeuvre un moyen connu consistant en un dispositif à semi-conducteurs commandés(thyristors ou transistors de puissance) appelé "hacheur" est qui/relié par son "entrées à une source électrique auxiliaire de tension unidirectionnelle à peu près constante et par sa "sortie" à l'appareil électrique - inductif et/ou résistif et/ou présentant une force contre-électromotrice - faisant partie du circuit électrique branché sur la source électrique principale de tension unidirectionnelle variable, dont le courant traversant doit titre réglé; par rapport audit appareil le hacheur fonctionnera comme une source de tension unidirectionnelle réglable et, selon les besoins du réglage à effectuer, cette dernière tension stajoutera ou se retranchera de celle de à l'alimentation par la source principale. Selon que le réglage devra agir dans un seul sens(par exemple de 0 à - X ou de O à + Y) ou dans les deux sens(par exemple de - X à 0 et de 0 à + Y), le hacheur sera respectivement unidirectionnel ou bidirectionnel. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple non limitatif et sous la forme de schémas électriques simplifiés le mode de réalisation de la disposition conforme à l'invention. Sur les Fig. t et 2, une source électrique principale Sv de tension unidirectionnelle variable alimente les appareils utilisa~ teurs Aa, Abg Acy reliés en série sur la fig. 1 et reliés en parallèle sur la fig. 2 un hacheur Ch - connu en lui-meme - dont les bornes S de sortie sont branchées sur les bornes etcs de l'ap- pareil Ac, pour lequel le courant traversant doit entre réglé, et celles E d'entrée sur une source électrique auxiliaire Sa de tension unidirectionnelle constante0 En l'absence de fonctionnement du hacheur, pour une tension U délivrée par la source Sv sur les bornes PsN du circuit, appareil Ac est parcouru par le courant Ic; si maintenant on fait fonctionner le hacheur Ch,la tension qu'il délivrera sur les bornes e,s de l'appareil Ac sera, selon le réglage désiré, équivalente soit à une force électromotrice soit à une force contre-électromotrice qui agira pour faire varier le courant parcourant l'appareil Ac dans les sens et valeur requis. Dans la plupart des cas des applications visées, pour la disposition suivant la fig.1 conduisant à une tension u délivrée par le hacheur Ch relativement faible par rapport à la tension U délivrée par la source Sv, le courant traversant les appareils Aa, Ab ne sera que peu influencé par le réglage du courant de l'ap- pareil Ac; tandis que pour la disposition suivant la fig.2 le réglage du courant de l'appareil Ac aura une influence non négligeable sur les courants traversant les appareils Aa > Ab, toutefois, ce résultant peut titre également un but recherché, Selon que l'appareil Ac présentera une impédance faible ou une impédance forte on appliquera le schéma de la figo 1 ou de la fig.2 respectivement. La fig0 3 montre à titre indicatif une application limitée de la disposition selon l'invention à un bogie moteur d'un véhicule sur rail(s). On a supposé que ledit bogie était équipé d'un moteur électrique de traction(induit Ma) à excitation en série (inducteur Mi) et de deux freins électriques (Fr, Fs) à courants de Foucault.L'énergie électrique pourra provenir d'une source soit extérieure(captation sur caténaire) soit intérieure(groupe électrogène) au véhicule et éventuellement conditionnée pour que la source principale SpS portée au schéma, soit une source de tension unidirectionnelle; la source auxiliaire Sa pourra titre une prise en dérivation sur la source principale ou sur un circuit régnant sur la totalité de la longueur du train - tel celui de chauffage des véhicules - ou sur un générateur ou convertisseur auxiliaire ou sur une batterie d'accumulateurs embarquée sur l'engin ou sur chaque véhicule. Le schéma simplifié, selon la fig. 3, permet d'examiner les di vers fonctionnements de la disposition suivant ltinvention en fonction des circuits établis d'après la position des six commutateurs If, Ihp Ipt Iq, Ir It portés au schéma et supposés ouverts. On notera tout d'abord que, si la source Sp délivre une tension unidirectionnelle pratiquement constante, un hacheur Ct pourra entre disposé à la sortie de l'interrupteur It de manière à obtenir une tension unidirectionnelle variable sur les bornes S de sortie dudit hacheur Ct; on notera ensuite dtune part que la résistance Rv n'est utilisée qucen fonctionnement de freinage si la source Sp est à tension variable et dtautre part que les commutateurs Ih et It peuvent entre respectivement inclus dans les hacheurs Ch et Ct. (a) - Si, Rv étant à sa valeur maximale, on ferme Irpuis.It le moteur sera alimenté à partir de Sp par le circuit It +t Rv, Ma, Mi, Ir, It - et au fur et à mesure où Rv sera amené vers sa valeur minimale le moteur fournira les couple et vitesse suivant ses caractéristiques; si maintenant on ferme Ip et Ih, le fonctionnement du hacheur Ch permettra d'augmenter ou de diminuer à volonté le courant d'excitation dans l'induc- teur Mi et en conséquence de diminuer ou d'augmenter la vi- tesse de l'induit Ma du moteur. (b) - Si on a le moteur entratné par les masses mises précédemment en mouvement par son intermédiaire, If fermé et Rv à une va leur convenable pour le fonctionnement désiré, on peut obtenir le freinage dynamique de lfengin moteur - c'est-à-dire faire fonctionner le moteur comme une génératrice à excitation en série débitant sur un circuit apte à consommer l'énergie élec trique ainsi générée - avec un réglage de l'effort de freina ge effectué de façons diverses suivant le circuit établi:: 1. - par variation commandée de la résistance Rv (a) - du freinage dynamique seul, par le circuit Ma, Mi (Ir fermé), If, Rv, MaO (b) - du freinage dynamique et du freinage par courants de Foucault combinés, par le circuit Ma, Mi, Fr, Fs (Ir ouvert), If, Rv, Ma. 2. - Par fonctionnement du hacheur Ch et donc Ih fermé (pou vant d'ailleurs entre combiné avec la variation comman- dée de la résistance Rv) (a) - du freinage dynamique seul, par le circuit Ma, Mi (Ir fermé) If, Rv, Ma, avec Ip fermé sur c et Iq fermé sur g, (b) - du freinage dynamique et du freinage par courants de Foucault combinés, par le circuit Ma, Mi, Fr, Fs (Ir fermé), If, Rv, Ma, avec Ip fermé sur d et Iq fermé sur g. (c) - du freinage par courants de Foucault seul, par le circuit Ma, Mi, Fr, Fs (Ir ouvert), If, Rv, Ma, avec Ip fermé sur d et Iq fermé sur c, la résistance Rv étant néanmoins utilisée, I1 est également possible d'établir les liaisons électriques de manière que le moteur fonctionne comme une génératrice à excitation séparée sur le circuit Mas Fr, Fs (Ir ouvert), If, Rv, Ma, l'énergie électrique dtexcitation étant prise sur 1' une des sources Sa et Sp par l'intermédiaire soit d'un appareillage avec réglage rhéostatique soit d'un hacheur, similaire à celui Ch et alimenté en parallèle avec lui, ayant ses bornes S reliées à lten- roulement inducteur Mie REVENDICATIONS 1- Procédé de réglage de l'intensité du courant principal traversant une impédance branchée sur une source de tension uni directionnelle variable caractérisé en ce qutune source auxi- liaire de courant unidirectionnel fait circuler dans ladite impédance un courant de réglage additif ou soustractif au courant dd à la source principale, l'intensité dudit courant de réglage étant au plus égale à 75 de celle du courant principal 2- Dispositif faisant application du procédé selon la revendication 1 pour le réglage de l'intensité du courant unidi rectionnel traversant l'inducteur drun moteur ou d'une généra trice ou l'inducteur d'un frein électromagnétique caractérisé en ce que la source auxiliaire de courant unidirectionnel est formée par la sortie d'un dispositif à semi-conducteurs comman dés dit hacheur dont 11 entrée est branchée sur une source de tension unidirectionnelle approximativement constante.