Brevet FR2201198A1 — publié le 19740426

La présente invention a trait à un équipement électrique autonome, du genre comportant une batterie d'accumulateurs, pour véhi- cule ferroviaire remorqués. Sur un véhicule de chemin de fer remorqué, la dynamo ou l'alternateur dit "d'éclairage" produit du courant qui, en règle générale, est utilisé - d'une part, à la charge de la batterie d'accumulateurs, pour assurer le fonctionnement des installations électriques de la roi- ture aux arrêts ; cette charge doit s'effectuer à tension variable. - d'autre part, à l'alimentation des circuits d'éclairage, de commande et de contre du chauffage, de divers appareils auxiliaires. Ces circuits peuvent être alimentés sous tension variable, lais il est préférable de les alimenter sous tension constante. Avec une distribution à tension variable, celle-ci correspondant à chaque instant à l'état de charge de la batterie, les appareils récepteurs doivent pouvoir fonctionner correctement dans une large plage de tension et supporter notaient la tension de fin de charge. I1 en résulte pour la construction des appareils des caractéristiques techniques spéciales et fort différentes des fabrications standard ; les prix s' en trouvent majorés. En outre, le rendement de ces appareils ne peut être satisfaisant dans toute la plage de fonctionnement. C'est pourquoi l'alimentation à tension constante est jugée meilleure, mais, dans la situation actuelle, elle ne résout pas toutes les difficultés. Avec une distribution à tension régulée, réalisée de façon sim- ple par application d'un régulateur de tension à peigne ou à pile de carbone, l'appareillage de régulation comporte généralement une résistance variable insérée automatiquement dans le circuit d'utilisation pour provoquer la chute de tension nécessaire en fonction du courant absorbé. Ce régulateur met en oeuvre un dispositif électromagnétique sujet, à la longue, à des dérives, à des usures qui imposent des travaux de maintenance et des frais d'entretien non négligeables et, bien entendu, il dissipe de l'énergie en pure perte. La présente invention a pour but d'éliminer ces inconvénients et propose à cet effet une solution originale permettant de satisfaire avec un excellent rendement énergétique aux conditions requises tant pour la charge des batteries que pour l'alimentation des circuits d'utilisation. Selon une première caractéristique de l'invention, l'dquipe- ment comporte un premier circuit pour la charge de la batterie et un second circuit pour l'alimentation des diverses installations électriques du véhicule, une première génératrice à tension variable pour la charge de la batterie et une seconde génératrice à tension constante pour l'alimentation normale du circuit d'utili station, un contacteur de couplage et d'asservissement et un ensemble électronique de contrôle des tensions et de la vitesse adapté à commander ledit contacteur. L'application à chacun des deux circuits d'une génératrice de caractéristiques et de puissance appropriés et le contrôle des tensions et de la vitesse par un ensemble électronique permet par l'action du contacteur de couplage et d'asservissement d'éliminer les perturbations de fonctionnement notamment pendant les périodes de démarrage et d'arrAt. Selon un mode de réalisation, les deux génératrices sont com- mandées par une nêne transmission mécanique. D'apurés d'autre, variantes de réalisation, ce sont deux trans missions mécaniques séparées,associées ou non à un même essieu, mais toujours du uêne véhicule, qui entratnent les génératrices. Selon une autre caractéristique de l'invention, les génératrices étant des alternateurs à excitation shunt commandés par des régulateurs et débitant par des circuits redresseurs distincts dans la batterie et le circuit d'utilisation, le contacteur comporte deux contacts qui sont simultanément ouverts ou fermés et dont 1' un assure le couplage de la batterie au circuit d'utilisation et l'autre, inséré dans le circuit régulateur de la première généra- trice assure l'asservissement de son excitation à la vitesse et à la tension de la deuxième génératrice. Cet asservissement de l'excitation de la première génératrice aux paramètres vitesse et tension de la seconde permet de limiter à des valeurs prédéterminées la tension de charge aux bornes de la batterie durant les phases transitoires ou, par l'intermédiaire du contacteur,les circuits d'utilisation passent de l'alimentation par batterie à l'alimentation par génératrice soit encore lors de la manoeuvre inverse. Avantageusement la puissance nécessaire à l'alimentation de l'ensemble électronique est prélevée sur la pre mièvre génératrice. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'en semble électronique comporte d'une part des moyens sensibles à la vitesse et d'autre part, des moyens sensibles à la tension de la deuxième génératrice et il est adapté à provoquer l'enclenchement lorsque la vitesse dépasse un seuil minimal et à provoquer le déclenchement lorsque la vitesse et la tension de cette dernière tonbent simultanément au-dessous de deux seuils qui leur sont attribués à cet effet. En effet, à vitesse croissante, la vitesse de plein débit est une caractéristique isports etl'enclenchesent du circuit de connande du contacteur ne se produira que Si la vitesse de la génératrice et partant, la tension fonction de cette vitesse, est supérieure à un seuil critique. En vitesse décroissante par contre, les circuits logiques de l'ensemble électronique, sont adaptés à considérer deux cas distincts a) - Si la génératrice développe la puissance maximum, on dé- tectera d'abord une tension inférieure au seuil critique mais l'en clenchement du circuit de conarde du contacteur n'aura lieu que lorsqu'à son tour, la vitesse aura franchi un seuil critique inférieur. b) - Si la génératrice est très peu chargée, la vitesse passera le seuil critique inférieur en premier, et le déclenchement du circuit précité n'aura lieu qu'au moment ou la tension sera tom- bée également au-dessus de la valeur critique prédéterminée. Les caractéristiques de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1, nontre le schéma synoptique d'un dquiperent conforme à l'invention. la figure 2 représente un diagramme des tensions en période de démarrage la figure 3 représente un diagramme de ces tensions en période de freinage suivi d'arrêt la figure 4 montre le schéma synoptique de l'ensemble électronique de contrôle. Ainsi qu'il ressort de la figure 1, un alternateur 1 comportant un circuit d'excitation 3 contrôlé par un régulateur 5 débite à travers un ensemble redresseur 10 dans une batterie d'accunulatexus 11, un second alternateur 2 avec un circuit d'excitation 4 contrb- 1é par un régulateur 6 alimenté à travers un ensemble redresseur 12 le circuit d'utilisation du véhicule 13. Les systèmes triphasés 14 et 15 prélevés aux bornes des alternateurs 1 et 2 sont connectés aux entrées d'un ensemble électronique de contrôle 7 commandant un contacteur de couplage et d'asser pissement 16. Ce contacteur 16 est équipé de 2 contacts, associés en fonctionnement, dont l'un assure le couplage de la batterie 11 avec le circuit d'utilisation du véhicule et l'autre 9, l'insertion dans le circuit du régulateur 5 d'un dispositif électrique non représenté permettant de faire varier l'excitation de l'alternateur 1. L'ensemble électronique de contrtle représenté figure 4 conporte deux entrées distinctes, apurés la première entrée recevant le système triphasé 14 prélevé aux bornes de l'alternateur 2, on rencontre successivement un confornateur 17, un convertisseur fréquence-tension t8 et un coiparateur 19 à une tension de réf é- rence U prélevée en aval du redresseur (non représenté), ces dispositifs étant tous connus en eux-mSmes ; le comparateur 19 est relié à un module 25 assurant la fonction d'enclenchement et de déclenchement, d'une part, directement par une liaison 20, d'autre part, inairectement, par deux liaisons 21 et 22, un conditionneur 23 et une liaison 24. Le module 25 est relié à un étage de puissance 26 lui-m;me connecté au contacteur 16 qui est situé en fin de circuit. Le bloc d'alimentation 28 est alimenté par le système tripha sé 15 prélevé aux bornes de l'alternateur 1 ; la sortie 27 de ce bloc 28 constitue la deuxième entrée de l'ensemble électronique au point 29 de l'étage de puissance 26. La régulation de l'alternateur 1 est réalisée de manière à fournir un courant dont la tension corresponde aux nécessités de la charge de la batterie jusqu'à la tension de fin de charge ; la régulation de l'alternateur 2 permet de délivrer un courant dont la tension est limitée à la tension nominale des circuits d'utilisation. Dans les figures 2 et 3 sont représentés les diagralles de ces tensions au déferrage et à l'arrSt d'un train, en traits gras, la tension aux bornes du circuit d'utilisation, en traits fins, la tension aux bornes de la batterie ; les courbes en traits pointillés correspondent à la tension disponible aux bornes de l'al- ternateur I et celles en traits mixtes à la tension disponible aux bornes de l'alternateur 2. Ainsi qutil ressort de la figure 4, le fonctionnement de 1'- tage de puissance commandant le contacteur de couplage et d'amortissement est lié à la présence simultanée à ses entrées d'une tension d'alimentation prélevée sur le bloc 28, lui-mme alimenté par l'alternateur 1, et d'un signal en provenance du module 25, ce dernier étant lié au comparateur 19 soit directement soit par l'intermédiaire du conditionneur 23. En effet, à partir du système triphasé 14, la vitesse du train est mesurée d'après la fréquence de l'alternateur 2, compte tenu de la liaison rigide entre essieu et générateur. Après passage dans le conformateur 17, cette fréquence est convertie en tension et comparée à une tension de référence ; on dispose donc ainsi de moyens sensibles à la fonction vitesse du véhicule. D'autre part, l'introduction dans le comparateur 19 de la tension prélevée en aval du redresseur 12 crée des moyens sens i- bles à la fonction tension de l'alternateur 2. Le fonctionnement de l'équipement ressort cossue suit des figures 2 et 3 ; au repos, les contacts 8 et 9 du contacteur 16 sont fermés. Le circuit d'utilisation est alimenté sous la tension UO (figure 2) de la batterie. Un certain temps après le démarrage du véhicule, l'alternateur 1 s'amorce en premier en fonction de ses caractéristiques constructives. Sa tension croit depuis une valeur nulle jusqu'à une valeur U2 supérieure à Uo. L'alternateur 2 s'amorce avec un léger retard et la tension à ses bornes croit depuis une valeur nulle jusqu'à un seuil U3 ; ce seuil de tension U3 correspond à la vitesse minimale nécessaire pour passer de l'alimentation par batterie à celle par alternateur. Le module 25 reçoit par la liaison 20 un signal émanant du comparateur 19 et, sous réserve de la présence de la tension d'alimentation prélevée sur le bloc 28 et introduite dans l'étage de puissance 26, ce dernier alimente le contacteur 16, provoquant ainsi l'ouverture des contacts 8 et 9. Par l'ouverture du contact 8, le circuit d'utilisation est découplé de la batterie et reste alimenté par l'alternateur 2 seulement. L'ouverture du contact 9 met fin à l'asservissement de l'excitation de l'alternateur 1 et la tension aux bornes de ce dernier croit depuis U2 jusqu'à une va- leur adaptée à l'état de décharge de la batterie. Après cette phase, les deux alternateurs débitent, indépen dampent l'un de l'autre, dans les circuits qui leur sont propres. En période de freinage précédant l'arrêt du train (figure 3), dès réception par le conditionneur 23 des deux signaux émanant du comparateur 19 et signalant que la tension et la vitesse de l'alternateur 2 sont en-dessous des seuils critiques, un signal de déclenchement est adressé au module 25 qui provoque la coupure de l'alimentation du contacteur 16 ; les contacts 8 et 9 sont à nouveau fermés. La caractéristique d'excitation de l'alternateur 1 se trouve modifiée par la fermeture du contact d'asservissement 9 et la tension à ses bornes décroit. La tension aux bornes de l'alternateur qui se trouve déchargé croit très légèrement et, après un temps très court de phénomènes transitoires, les deux alternateurs se désamorcent pratiquement en même temps. On remarquera que durant les phases transitoires du départ et de l'arrSt, l'équipement objet de l'invention maintient les variations de la tension d'utilisation dans des limites relativement étroites dont les appareils de fabrication standard peuvent s'accaOSOder. Les alternateurs 1 et 2 peuvent être commandés : - soit par une xtue transmission mécanique, pour des puissan- ces allant jusqu'à 3 KW par alternateur. - soit par deux transmission mécaniques, accouplées aux fusées d'un même essieu, pour des puissances allant jusqu'à 4,5 KW par Alternateur. - soit par deux transmissions mécaniques, entratiées par deux essieux différents du n9me véhicule, Si la puissance de chaque alternateur dépasse 4,5 KW. REVENDICATIONS 1. Equipement électrique autonome, du type comportant une batterie d'accumulateurs, pour véhicule remorqué, caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit pour la charge de la batterie et un second circuit pour l'alimentation des diverses utilisations électriques du véhicule, une prenière génératrice à tension variable pour la charge de la batterie et une seconde génératrice à tension constante pour l'alimentation normale du circuit d'utilisation, un contacteur de couplage et d'asservissement et un en- semble électronique de contrle de tension et de la vitesse adapté à commander ledit contacteur. 2. Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la deuxième génératrice sont entraînées par une seule transmission mécanique. 3. équipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la deuxième génératrice, sont entratnéee par deux transmissions distinctes accouplées aux fusées d'un mme essieu du véhicule remorqué. 4. équipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la deuxième génératrice sont entratnées par deux transmissions distinctes accouplées à deux essieux différents du véhicule. 5. équipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les génératrices étant des alternateurs à excitation shunt commandés par des régulateurs et débitant par des circuits redresseurs distincts dans la batterie et le circuit d'utilisation, le contacteur comporte deux contacts, qui sont simultanément ouverts ou fermés, etdont l'un assure le couplage de la batterie au circuit d'utilisation et l'autre, inséré dans le circuit régulateur de la première génératrice, assure l'asservis- serment de son excitation à la vitesse et à la tension la deuxiè- me génératrice. 6. équipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bloc d'alimentation dudit ensemble étant uniquement branché sur la première génératrice, ledit ensemble conporte d'une part, des moyens sensibles à la vitesse et, d'autre part, des moyens sensibles à la tension de la deuxième génératrice et est adapté à provoquer l'enclenchement lorsque la vitesse dépas- se un seuil minimal et à provoquer le déclenchement lorsque la vitesse et la tension tombent simultanément au-dessous de deux seuils qui leur sont attribués à cet effet.